Cable y dispositivo electromagnético que comprende el mismo.

Un cable (10, 10', 10'') para un bobinado de un dispositivo electromagnético,

en el que el cable (10, 10', 10'') comprende:

un conductor (13; 13'; 13''), y

una capa (17; 5 17'; 17'') que comprende un material magnético que tiene una permeabilidad relativa del orden de 100 a 5000, en el que la capa (17, 17', 17'') rodea al menos parcialmente el conductor, en el que la capa es un revestimiento, y caracterizado por que el revestimiento tiene un grosor que es del orden de 200 a 800 μm.

Cable y dispositivo electromagnético que comprende el mismo CAMPO TÉCNICO

La presente descripción se refiere en general a sistemas de energía eléctrica y en particular a un cable para bobinados o arrollamientos de un dispositivo electromagnético y a un dispositivo electromagnético que tiene bobinados que comprenden tal cable.

ANTECEDENTES

Los dispositivos electromagnéticos, tales como transformadores y reactancias o balastos son utilizados en sistemas de energía para el control del nivel de tensión. Hasta el presente, un transformador es un dispositivo electromagnético utilizado para elevar escalonadamente y reducir escalonadamente la tensión en sistemas de energía eléctrica con el fin de generar, transmitir y utilizar energía eléctrica de una manera eficiente en costes. En un sentido más genérico un transformador tiene dos partes principales, un circuito magnético, el núcleo, hecho por ejemplo de hierro en láminas y un circuito eléctrico, bobinados o arrollamientos, usualmente hechos de alambre de aluminio o de cobre.

Los transformadores más grandes utilizados en redes de energía eléctrica son diseñados en general con una elevada eficiencia y con un conjunto de criterios operativos estrictos por ejemplo, criterios dieléctricos, térmicos, mecánicos y acústicos. Debido a la capacidad continuamente creciente de manejar energía, es decir valores de energía y tensión, de transformadores, el diseño del transformador se enfrenta cada vez a más restricciones.

La práctica de diseño moderna de transformadores implica entre otras cosas el equilibrio del uso de materiales en el núcleo y en los bobinados, y las pérdidas. Debido a la gran cantidad de energía manejada por un transformador de gran potencia y debido a la larga vida en servicio, típicamente de 40 años, cualquier mejora en la reducción de las pérdidas sería apreciable, si puede ser justificado por el coste.

La Pérdida de Potencia en los transformadores debido a las corrientes de carga es una gran parte de las pérdidas totales. La pérdida de carga (LL) consiste en tres tipos diferentes de pérdidas basados en su origen de manera perceptible, i) las pérdidas por I2R debidas a la resistencia inherente de los conductores del bobinado, también denominadas pérdidas de corriente continua, ii) la pérdida por corrientes de Eddy (ECL) en los bobinados debido al campo magnético variable en el tiempo creado por la corriente de carga en todos los conductores del bobinado, el campo de fugas y iii) las pérdidas por fugas, es decir la ECL en otras partes estructurales del transformador debido al campo de fugas.

Las soluciones actuales para reducir las pérdidas por corrientes de Eddy incluyen cables traspuestos continuamente de múltiples hilos o filamentos (CTC) . Estos cables requieren cobre más resistentes con el fin de ser capaces de manejar cortocircuitos en aplicaciones de alta tensión. Además, la fabricación de cables CTC que tienen una pluralidad de hilos suficientemente finos y traspuestos es un proceso muy caro y requiere el pegado o encolado y aislamiento de los hilos por medio de resina epoxídica. El coste material de los dispositivos inductivos de alta tensión aumenta por tanto de forma tremenda.

Otra técnica relacionada como el documento JP-A-9003692, describe un cable como se ha definido en el preámbulo de la reivindicación 1.

RESUMEN

Un objeto de la presente descripción es proporcionar un cable para bobinados de un dispositivo electromagnético, cuyo cable reduce las pérdidas en el bobinado cuando está en un estado cargado a un menor coste de lo que ha sido posible previamente.

Así, en un primer aspecto de la presente descripción, se ha proporcionado un cable para un bobinado de un dispositivo electromagnético de acuerdo con la reivindicación 1.

Con permeabilidad relativa del material magnético se quiere indicar la permeabilidad magnética relativa Îr del material magnético a lo largo de todo este texto.

Previendo una delgada capa de material magnético elegida de forma adecuada con una permeabilidad relativa razonablemente elevada comparada con el material del que está hecho el conductor, al menos parcialmente alrededor del conductor, el flujo de fuga se redistribuirá y parte del mismo será confinado a la capa y por ello reducirá sustancialmente la pérdida por corrientes de Eddy en el conductor. Así, el funcionamiento de un dispositivo electromagnético que comprende el cable presente puede ser hecho más eficiente en el sentido del rendimiento. En particular, con unos parámetros optimizados del material magnético para una aplicación particular, se ha considerado que la reducción de pérdidas puede ser del orden de un 5-10%.

Además, debido al material magnético, puede almacenarse más energía magnética en el cable y así en el bobinado, por lo que la capacidad de grandes dispositivos electromagnéticos para resistir la fuerza que ocurre debido a una corriente de cortocircuito es mejorada. En otras palabras la impedancia de un dispositivo electromagnético dispuesto con el cable presentado aquí puede ser controlada por medio del material magnético. Con este fin, el cable de acuerdo con la presente descripción puede ser particularmente ventajoso para aplicaciones de alta tensión en las que hay presentes corrientes elevadas, dando así como resultado pérdidas elevadas. Ha de observarse, sin embargo, que el cable podría también ser utilizado para aplicaciones de media tensión e incluso para aplicaciones de baja tensión.

Además, debido a la reducción de pérdidas por corrientes de Eddy proporcionada por el material magnético, la sección transversal del cable puede ser hecha maciza, o el cable puede ser fabricado con un menor número de hilos, teniendo cada hilo una dimensión en sección transversal más gruesa. Además la necesidad de un material de cobre más resistente, es decir la resistencia mecánica de Yield, es reducida. Los hilos con una dimensión más gruesa son menos caros de fabricar, reduciendo por ello los costes de fabricación del cable.

De acuerdo con el presente invento, la permeabilidad relativa del material magnético es del orden de 100 a 5000. Los ensayos han mostrado que para valores de permeabilidad relativa de este orden, especialmente superiores a 300, puede proporcionarse una pérdida por corrientes de Eddy total muy reducida por capa o disco de bobinado cuando el cable está dispuesto como un bobinado para un dispositivo electromagnético.

De acuerdo con una realización, la capa rodea completamente el conductor.

De acuerdo con una realización, el material magnético es ferromagnético.

Una realización comprende varias subcapas dispuestas concéntricamente.

De acuerdo con una realización, una de las subcapas comprende un material semiconductor.

De acuerdo con una realización la capa es más gruesa en aquellas superficies del conductor que presentan las vueltas más interiores o más exteriores de un bobinado para una aplicación específica cuando el cable es formado como un bobinado.

De acuerdo con una realización la capa o una de las subcapas comprende un material eléctricamente aislante con propiedades magnéticas, en el que las propiedades magnéticas son proporcionados por el material magnético.

De acuerdo con una realización el material magnético es dispersado en el material aislante compuesto en forma de partículas magnéticas.

De acuerdo con una realización el dispositivo electromagnético es un dispositivo electromagnético de alta tensión.

De acuerdo con una realización el dispositivo electromagnético es un transformador de potencia.

De acuerdo con el presente invento el revestimiento tiene un grosor que es del orden de 200 a 800 Îm. Los ensayos realizados por los inventores han mostrado que las pérdidas totales por capa de bobinado son reducidas en gran medida en este orden de grosor de revestimiento.

De acuerdo con una realización el material magnético tiene una conductividad de un orden de 1*106 siemens por metro o menos.

De acuerdo con una realización el material magnético tiene un coeficiente de Steinmetz que es menor o igual a 20 W/m3. El coeficiente η de Steinmetz, a veces denominado como la constante de Steinmetz o el coeficiente de histéresis, es el coeficiente de pérdida magnética en la ecuación de Steinmetz Q = η*B1, 6, donde B es la inducción máxima. Los inventores han llevado a cabo experimentos que muestran que la reducción de pérdidas es sustancialmente mejorada para materiales magnéticos que tienen un coeficiente de pérdida magnética, es decir un coeficiente de Steinmetz muy bajo. En particular se han obtenido resultados ventajosos para valores... [Seguir leyendo]

1. Un cable (10, 10', 10'') para un bobinado de un dispositivo electromagnético, en el que el cable (10, 10', 10'') comprende:

un conductor (13; 13'; 13'') , y una capa (17; 17'; 17'') que comprende un material magnético que tiene una permeabilidad relativa del orden de 100 a 5000, en el que la capa (17, 17', 17'') rodea al menos parcialmente el conductor, en el que la capa es un revestimiento, y caracterizado por que el revestimiento tiene un grosor que es del orden de 200 a 800 Îm.

2. El cable (10; 10'; 10'') según la reivindicación 1, en el que la capa (17; 17'; 17'') rodea completamente del conductor (13; 13'; 13'') .

3. El cable (10; 10'; 10'') según la reivindicación 1 ó 2, en el que el material magnético es ferromagnético.

4. El cable (10; 10'; 10'') según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la capa (17; 17'; 17'') comprende varias subcapas dispuestas concéntricamente.

5. El cable (10; 10'; 10'') según la reivindicación 4, en el que una de las subcapas dispuestas concéntricamente comprende un material semiconductor.

6. El cable (10; 10'; 10'') según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la capa (17; 17'; 17'') es más gruesa en aquellas superficies del conductor (13; 13'; 13'') que presentan las vueltas más interiores o más exteriores de un bobinado para una aplicación específica cuando el cable (10; 10'; 10'') es formado como un bobinado.

7. El cable (10; 10'; 10'') según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la capa (17; 17'; 17'') de una de dichas subcapas comprende un material eléctricamente aislante con propiedades magnéticas, en el que las propiedades magnéticas son proporcionadas por el material magnético.

8. El cable (10; 10'; 10'') según la reivindicación 7, en el que el material magnético es dispersado en el material aislante compuesto en forma de partículas magnéticas.

9. El cable (10; 10'; 10'') según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el material magnético tiene una conductividad del orden de 100000 siemens por metro o menor.

10. El cable (10; 10'; 10'') según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el material magnético es un material amorfo.

11. El cable (10; 10'; 10'') según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el conductor tiene un primer terminal de extremidad y un segundo terminal de extremidad que definen partes del conductor que tienen extensión tanto axial, radial, en que el primer terminal de extremidad y el segundo terminal de extremidad están sin la capa (17; 17'; 17'') .

12. Un dispositivo electromagnético que comprende un núcleo magnético y gobernados dispuestos alrededor del núcleo magnético, en el que los bobinados comprenden al menos un cable (10; 10'; 10'') de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-11.

13. El dispositivo electromagnético según la reivindicación 12, en el que el dispositivo electromagnético es un transformador de potencia.

14. Un dispositivo electromagnético que comprende un cable (10; 10'; 10'') según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el que el dispositivo electromagnético es un dispositivo electromagnético de alta tensión.

15. Un dispositivo electromagnético según la reivindicación 14, en el que el dispositivo electromagnético es un transformador de potencia.