Un sistema para prevención y protección de un OLTC, es decir un conmutador de toma en carga,

frente al fuego,y/o de un transformador frente a la explosión por anticipado, con anterioridad a la descomposición de un fluido (11)refrigerante/aceite dieléctrico combustible, comprendiendo dicho sistema:

a. un relé (26) eléctrico de detección de corriente, para determinar la diferencia entre la corriente de entrada y lacorriente de salida, y proporcionar una señal de entrada para la unidad de control si la relación entre la corriente deentrada y la corriente de salida excede un límite predeterminado,

b. uno o más ruptores (24, 28) de circuito para aislar el transformador eléctrico de la fuente entrante,

c. uno o más relés (18) de Buchholz para detectar un aumento excesivo de aceite en el tanque (14) deltransformador, y

d. una o más unidades (1) de control para recibir señales de entrada a partir de los parámetros mencionadosanteriormente, generando con ello opcionalmente una señal de control para energizar uno o más imanes (5) desubida para el drenaje del fluido (11) refrigerante combustible a través de la válvula de drenaje y proporcionar acontinuación una señal para inyectar gas inerte desde la parte inferior del tanque de transformador eléctrico y/o en laparte superior de una cámara (33) de OLTC a través de una válvula de control de flujo de nitrógeno para agitar elfluido (11) refrigerante combustible;

caracterizado porque se proporciona uno o más relés (38) de aumento de aceite para detectar un aumento excesivode aceite en la cámara (33) de OLTC, en el que las una o más unidades (1) de control reciben una señal de entradaprocedente de los uno o más relés (38) de aumento de aceite.

Un sistema y un método para la prevención y protección de un OLTC contra el fuego y/o de un transformador contra la explosión 5

Campo de la invención

La presente invención se refiere al campo de la prevención y protección de un OLTC contra el fuego, y/o a la prevención, protección y/o detección de una explosión y/o del fuego resultante en transformadores eléctricos. Más en particular, la invención se refiere a un sistema/dispositivo que impide y detecta la posibilidad de una explosión y/o del fuego resultante por anticipado, en particular con anterioridad a la descomposición del fluido refrigerante/aceite dieléctrico combustible.

Descripción de antecedentes y de la técnica anterior

Los transformadores eléctricos presentan pérdidas tanto en los arrollamientos como en el núcleo, por cuyo motivo se produce calor que necesita ser disipado. Los transformadores de alta potencia son por tanto enfriados utilizando un fluido tal como aceite. Los aceites utilizados son dieléctricos y pueden incendiarse por encima de una temperatura del orden de 140 ºC. Puesto que los transformadores son muy caros, debe prestarse especial atención a la protección de los mismos. Un fallo en el aislamiento genera en primer lugar un intenso arco dieléctrico, que requiere una acción rápida por parte del sistema de protección eléctrica que corta el relé de suministro del transformador (ruptor de circuito) . El arco eléctrico provoca también la consiguiente disipación de energía, lo que genera una liberación de gases de descomposición del aceite dieléctrico, en particular hidrógeno y acetileno. Después de que los gases hayan sido liberados, la presión en el interior de la envolvente del transformador se incrementa muy

rápidamente, y con ello una deflagración con frecuencia muy violenta. La deflagración da como resultado un extenso desgarramiento de las conexiones mecánicas en la envolvente (tornillos, soldaduras) del transformador, lo que lleva a dichos gases a entrar en contacto con el oxígeno del aire circundante. Puesto que el acetileno puede incendiarse espontáneamente en presencia de oxígeno, la combustión se inicia inmediatamente y provoca que el fuego se extienda a otros equipos del mismo lugar, los cuales pueden contener también grandes cantidades de productos combustibles. Las explosiones se deben a cortocircuitos provocados por sobrecargas, picos de tensión, deterioro progresivo del aislamiento, y nivel de aceite insuficiente, a la aparición de agua o humedad o al fallo de un componente aislante. Además, se ha observado también que existen muchos casos en los que el fuego se inicia en una cámara de un Conmutador de Toma En Carga (OLTC) y después da como resultado una explosión debido a la expansión del fuego. Así, hemos apreciado una necesidad de monitorizar e impedir el fuego que ocurre debido a

OLTC. Los sistemas de protección contra el fuego para transformadores eléctricos son conocidos en el estado de la técnica, y también la combustión de los detectores del fuego que los activan. Sin embargo, estos sistemas son implementados con un lapso de tiempo significativo, cuando el aceite de los transformadores está ya ardiendo. Entonces es necesario hacer que la combustión quede limitada al equipo en cuestión, e impedir que el fuego se expanda por la planta contigua. Con el fin de ralentizar la descomposición del fluido dieléctrico debido a un arco eléctrico, se pueden usar aceites de silicona en vez de aceites minerales convencionales. Sin embargo, la explosión del recinto del transformador debido al incremento de la presión interna se retarda únicamente durante un tiempo extremadamente corto, del orden de unos pocos milisegundos. Este alargamiento de tiempo hace que sea factible la agrupación de medios que puedan impedir la explosión.

45 Se ha observado además que en la mayor parte de las roturas por fuego del transformador, la fuente del incendio es el OLTC. De ahí que sea importante detectar y proteger en primer lugar el OLTC. Esto podría evitar la ruptura respecto a otras partes del transformador. La razón más común para unos cortafuegos en el OLTC se debe a la formación de arco en el interior del conmutador derivador. El documento WO-A-97/12379 divulga un método para prevención, protección y/o detección frente a la explosión y/o el fuego resultante en un transformador eléctrico equipado con una envolvente rellena de fluido refrigerante combustible, detección de una ruptura en el aislamiento eléctrico del transformador con la utilización de un sensor de presión, despresurización del refrigerante contenido en la envolvente con la utilización de una válvula, y enfriamiento de las partes calientes mediante la inyección de un gas inerte a presión en el fondo del recinto con el fin de agitar el citado refrigerante e impedir que el oxígeno entre en la envolvente del transformador. Este método es satisfactorio y hace que resulte posible impedir que la envolvente del

55 transformador explote en alguna medida. Sin embargo, el citado método no proporciona una indicación por anticipado para que se tomen las medidas correctoras. También, durante el tiempo de la acción correctora, tiene lugar una cantidad significativa de ruptura del aislamiento eléctrico.

Un transformador eléctrico presenta pérdidas inherentes en los arrollamientos y en el núcleo, generando calor que necesita ser disipado, mediante refrigeración natural por aire o refrigeración natural por aceite o refrigeración forzada por corriente de aire o refrigeración forzada por corriente de aceite. Los transformadores eléctricos más grandes se enfrían por lo general utilizando aceite, el cual es un fluido refrigerante combustible. Los transformadores eléctricos más grandes tienen un dispositivo para detectar y liberar la presión desarrollada a causa de la expansión del fluido refrigerante combustible en el interior del tanque del transformador y evitar con ello la explosión.

65 La solicitud de patente india IN 189089 enseña un método y un dispositivo para la prevención, protección y/o detección de un transformador frente a la explosión y/o el fuego resultante. La patente proporciona un método para impedir, proteger y/o detectar el deterioro de un transformador eléctrico por medio de la protección, prevención y/o detección de dicho transformador eléctrico frente a la explosión y/o el fuego resultante, teniendo dicho transformador eléctrico una envolvente llena con un fluido refrigerante combustible, comprendiendo dicho método las etapas de

detectar una ruptura en el aislamiento eléctrico del transformador utilizando un medio detector de presión; drenar parcialmente el refrigerante contenido en la envolvente utilizando una válvula, y enfriar las partes calientes del refrigerante inyectando un gas inerte a presión en el fondo de la envolvente con el fin de agitar el refrigerante y vaciar el oxígeno situado en las proximidades. La citada patente se refiere en particular a un medio de presión para la prevención, protección y/o detección del transformador contra la explosión y/o el fuego resultante, lo cual es diferente de la presente invención. La patente falla en cuanto a mencionar claramente la naturaleza del medio de presión.

La patente de EE.UU. 6.804.092 divulga un dispositivo para la prevención, protección y detección frente a la explosión y/o el fuego resultante de un transformador eléctrico que comprende una envolvente llena de fluido

refrigerante combustible, y un medio para descomprimir la envolvente del transformador. El medio de descompresión comprende un elemento de ruptura con un detector de explosión integrado, equipado con una parte de retención que incluye primeras zonas que tienen un espesor reducido en comparación con el resto de la parte de retención y que están capacitadas para desgarrarse sin fragmentarse cuando dicho elemento se rompe, y segundas zonas que tienen espesor reducido en comparación con el resto de la parte de retención y que están capacitadas para plegarse sin desgarro cuando el citado elemento se rompe. El citado elemento de ruptura está capacitado para romperse cuando la presión en el interior de la envolvente excede un techo predeterminado. La señal procedente de un detector de explosión integrado con el disco de ruptura, dispara un sistema de refrigeración e impide que el oxígeno entre en contacto con los gases explosivos generados por el arco eléctrico en contacto con el aceite.

La patente de EE.UU. 6.804.092 hace una aclaración breve en relación con “Descompresión/Medios”, en la que... [Seguir leyendo]

1. Un sistema para prevención y protección de un OLTC, es decir un conmutador de toma en carga, frente al fuego, y/o de un transformador frente a la explosión por anticipado, con anterioridad a la descomposición de un fluido (11) 5 refrigerante/aceite dieléctrico combustible, comprendiendo dicho sistema:

a. un relé (26) eléctrico de detección de corriente, para determinar la diferencia entre la corriente de entrada y la corriente de salida, y proporcionar una señal de entrada para la unidad de control si la relación entre la corriente de entrada y la corriente de salida excede un límite predeterminado,

b. uno o más ruptores (24, 28) de circuito para aislar el transformador eléctrico de la fuente entrante,

c. uno o más relés (18) de Buchholz para detectar un aumento excesivo de aceite en el tanque (14) del

transformador, y 15

d. una o más unidades (1) de control para recibir señales de entrada a partir de los parámetros mencionados anteriormente, generando con ello opcionalmente una señal de control para energizar uno o más imanes (5) de subida para el drenaje del fluido (11) refrigerante combustible a través de la válvula de drenaje y proporcionar a continuación una señal para inyectar gas inerte desde la parte inferior del tanque de transformador eléctrico y/o en la parte superior de una cámara (33) de OLTC a través de una válvula de control de flujo de nitrógeno para agitar el fluido (11) refrigerante combustible;

caracterizado porque se proporciona uno o más relés (38) de aumento de aceite para detectar un aumento excesivo de aceite en la cámara (33) de OLTC, en el que las una o más unidades (1) de control reciben una señal de entrada

procedente de los uno o más relés (38) de aumento de aceite.

2. Un sistema según la reivindicación 1, en el que se proporciona uno o más detectores para detectar fuego desde la cámara de OLTC.

3. Un sistema según la reivindicación 1, en el que se proporciona al menos un RPRR (31) , es decir un relé de subida rápida de presión, para detectar la tasa de cambio de presión en el tanque del transformador.

4. Un sistema según la reivindicación 1, en el que se proporciona al menos una PRV (32) , es decir una válvula de relajación de presión, para detectar la presión en el tanque (14) del transformador.

3.

5. El sistema según la reivindicación 1, en el que la corriente de entrada y la corriente de salida del relé (26) eléctrico de detección de corriente diferencial son la corriente procedente del conductor (22) de alta tensión y la del conductor (23) de baja tensión del transformador (30) eléctrico, respectivamente.

6. El sistema según la reivindicación 1, en el que la cámara (33) de OLTC posee opcionalmente un RPRR y/o una PRV.

7. El sistema según las reivindicaciones 1 y 3, en el que la unidad de control recibe señales desde el RPRR y/o la PRV conectados a la cámara (33) de OLTC, para generar una señal de control para energizar uno o más imanes (5)

45 de subida.

8. El sistema según la reivindicación 1, en el que una válvula (34) de control de flujo de N2 para el OLTC y una válvula (35) de control de flujo de N2 para el transformador se usan para permitir una tasa predeterminada de flujo de N2 hacia la cámara (34) del OLTC y hacia el tanque (14) del transformador, respectivamente.

9. El sistema según la reivindicación 1, en el que el tanque (14) de transformador eléctrico está aislado del conservador (21) de transformador eléctrico por medio de una válvula (20) de aislamiento de conservador (TCIV) .

10. El sistema según la reivindicación 1, en el que el tiempo empleado para generar la señal de control desde la

55 unidad (1) de control y drenar el fluido (11) refrigerante combustible a través de la válvula (4) de drenaje y la consiguiente inyección de gas inerte desde la parte inferior del tanque (14) de transformador eléctrico discurre dentro de un período de tiempo comprendido en el rango de 31 a 700 milisegundos.

11. El sistema según la reivindicación 1, en el que un conmutador (36) de monitorización de presión dispara uno o más imanes de subida para inyectar nitrógeno en el tanque (14) de transformador cuando la presión en el tanque

(14) de transformador cae por debajo de un valor predeterminado durante el drenaje del fluido refrigerante combustible.

12. El sistema según la reivindicación 1, que comprende además una válvula (39) de descarga de seguridad para 65 liberar presión de gas nitrógeno a la atmósfera cuando la presión cruza un límite predeterminado.

13. Un método para la prevención y protección de un OLTC de transformador, es decir, un conmutador de toma en carga, frente al fuego y/o un transformador frente a la explosión por anticipado, con anterioridad a la descomposición del fluido (11) refrigerante/aceite dieléctrico combustible, comprendiendo dicho método las etapas de:

a. detectar la diferencia entre la corriente de entrada y la corriente de salida tras haber cruzado un nivel predeterminado,

b. detectar fuego desde la cámara de OLTC,

c. aislar el transformador eléctrico de la fuente entrante si la relación de la corriente de entrada respecto a la corriente de salida excede un límite predeterminado,

d. detectar un aumento excesivo de aceite en el tanque (14) de transformador utilizando al menos un relé (18) de Buchholz, monitorizando la presión en el tanque de transformador así como la tasa de cambio de presión, utilizando

una PRV y un RPRR respectivamente, en el que PRV se refiere a una válvula de relajación de presión y RPRR se refiere a un relé de subida rápida de presión,

e. comunicar las señales procedentes de las etapas a, b, c y d a una unidad de control, y

f. energizar uno o más imanes (5) de subida utilizando la unidad de control para el drenaje del fluido (11) refrigerante combustible utilizando un conmutador G03 e inyectando a continuación gas nitrógeno desde el fondo del tanque (14) de transformador a través de una válvula con el fin de agitar el fluido (11) refrigerante combustible y reducir la presencia de oxígeno cuando existan señales procedentes de las etapas a o b, c y d;

caracterizado porque el método comprende además:

g. detectar un aumento excesivo de aceite en relación con una cámara de OLTC utilizando al menos un relé de aumento de aceite, y

h. inyectar gas nitrógeno desde la parte superior de la cámara de OLTC a través de una válvula con el fin de agitar el fluido refrigerante combustible y reducir la presencia de oxígeno cuando existan señales procedentes de las etapas b, c, d y g.

14. El método según la reivindicación 13, en el que, en la etapa (f) , el tanque (14) de transformador eléctrico se

aísla del conservador (21) de transformador eléctrico por medio de una válvula (20) de aislamiento de conservador (TCIV) .

15. El método según la reivindicación 13, en el que la liberación de presión de gas nitrógeno a la atmósfera se realiza cuando la presión de inyección excede un límite predeterminado.