Un dispositivo supresor de transitorios muy rápidos.

Un dispositivo para la supresión de transitorios muy rápidos que tiene lugar en cables conductores de corriente(3),

el cual es un componente de carácter inductivo (1, 1a, 1b), que comprende un núcleo magnético de altafrecuencia (2) dispuesto alrededor del cable conductor de corriente (3), sobre el núcleo magnético (2) hay unabobina de enrollado al menos un devanado (4, 4a) con al menos un par de terminales (6) usados para la conexiónde al menos una resistencia de amortiguación (7), caracterizado por que contiene un cuerpo aislante (8) en el quese sitúa un núcleo magnético (2) junto con una resistencia de amortiguación (7) y un devanado (4, 4a) o contiene uncuerpo aislante (8a) en el que se localiza un núcleo magnético (2) junto con una resistencia de amortiguación (7), undevanado (4, 4a) y una sección de un cable conductor de corriente (3).

Un dispositivo supresor de transitorios muy rápidos El objeto de la invención es un dispositivo para suprimir transitorios muy rápidos, aplicable a la protección de equipamientos eléctricos y/o de potencia eléctrica y especialmente transformadores que funcionan en subestaciones eléctricas y en plantas de generación eólica, conectadas en el circuito de la alimentación aguas abajo del interruptor y aguas arriba del equipo protegido.

Durante el funcionamiento del equipo de potencia eléctrica en las subestaciones eléctricas y equipos de conmutación que contengan interruptores de vacío, en el transcurso del funcionamiento de la conmutación de los interruptores con conexión y desconexión, el equipo de potencia eléctrica se expone a transitorios muy rápidos que son peligrosos para el equipamiento accionado. A modo de ejemplo, se generan transitorios muy rápidos cuando se conectan y desconectan los transformadores por medio de interruptores de vacío. Los transformadores están frecuentemente conectados con los interruptores por medio de cables de una longitud de varias docenas o de varios centenares de metros. El valor de la impedancia y las insignificantes pérdidas en el cable hacen que la amplitud de los transitorios muy rápidos generados se magnifiquen por las reflexiones de onda en los puntos de conexión, lo que puede llevar a exceder considerablemente el valor nominal de la tensión de alimentación y la frecuencia de dichos transitorios puede estar en el intervalo desde unos pocos centenares de kilohercios hasta como mucho unos pocos megahercios. En ese momento los transitorios muy rápidos pueden dañar el aislamiento del transformador o sus devanados. Una tensión de un tiempo de elevación corto de unas pocas docenas o unos pocos centenares de kilovoltios por microsegundo (kV/µs) y oscilaciones de frecuencias que varíen desde varios centenares de kilohercios a muchos megahercios pueden acumularse sobre el devanado del transformador degradando el aislamiento y, en consecuencia, conduciendo a su ruptura y a faltas internas. Por lo tanto hay una necesidad de eliminar o reducir el

efecto dañino de los transitorios muy rápidos mediante el uso de un componente o dispositivo protector adicional. Normalmente, se usan disipadores de sobretensiones mediante varistores, condensadores o capacidades de sobretensión del orden de unos pocos centenares de nanofaradios, filtros RC y resistencias de preinserción, conectados en paralelo con los contactos del interruptor como componentes o dispositivos adicionales contra los daños por la aparición de transitorios muy rápidos.

El uso de disipadores de sobretensiones mediante varistores asegura una gran eficiencia en la reducción de la amplitud del transitorio, pero no cambia la velocidad de elevación de la onda de tensión. Más aún, debido al carácter del funcionamiento de este tipo de supresores, se generan componentes adicionales de tensión de alta frecuencia.

Las soluciones basadas en condensadores de sobretensión caracterizados por un valor de capacidad grande y filtros R-C, son eficientes, pero tienen grandes dimensiones y pesos que hacen claramente difícil su colocación en una carcasa común con el dispositivo protegido por el interruptor. Además, aunque los filtros R-C proporcionan una buena protección contra interferencias de gran amplitud, la velocidad de elevación de la primera punta de tensión no se reduce en muchos casos, lo que afecta significativamente al nivel de protección de las instalaciones protegidas.

Esto tiene lugar particularmente cuando la conexión entre el interruptor y el equipamiento protegido es relativamente corta. Entonces, las resistencias de preinserción conectadas en paralelo con el sistema de los contactos del interruptor son difíciles de instalar y requieren contactos adicionales. Más aún, la gran potencia desprendida de dicha resistencia y los problemas conectados con su disipación no son de ningún modo insignificantes.

Otra solución usada para reducir los transitorios muy rápidos son dispositivos en la forma de reactancias R-L conectadas en serie y que tienen parámetros especialmente seleccionados. Actúan como un conductor de mínima resistencia para las bajas frecuencias de la tensión aplicada y como una impedancia en serie adicional para las altas frecuencias que tienen lugar durante el fenómeno de conexión. Estos dispositivos se caracterizan por una pequeña caída de tensión en su propia impedancia y por un pequeño valor de potencia disipada durante su funcionamiento en 50 condiciones estables. Sin embargo, aunque estos dispositivos son muy efectivos en la supresión de transitorios muy rápidos, tienen una cierta característica inconveniente, concretamente sus dimensiones dependen del valor de la corriente que circula a través de estos dispositivos, y la significativa potencia disipada durante la circulación de la corriente de falta de gran valor puede dar como resultado su destrucción térmica. Los inconvenientes anteriormente mencionados impiden el uso de este tipo de soluciones para la instalación en equipos de conmutación situados en 55 subestaciones eléctricas conectadas con plantas de generación eólica por medio de cables de potencia.

Todas las soluciones presentadas o bien no consiguen asegurar una protección completa, como es el caso de los supresores de transitorios mediante varistores, o la presencia de estos dispositivos en la red de potencia durante las condiciones de funcionamiento normales, para una frecuencia de funcionamiento de 50/60 Hz, provoca la disipación 60 adicional en estos dispositivos. Por esa razón, las soluciones presentadas no son aceptables cuando los dispositivos que protegen completamente los transformadores trabajan en subestaciones o en plantas de generación eólica. El inconveniente de la integración de dichos dispositivos con equipos de conmutación y plantas de generación impide su uso en dichos casos debido al ilimitado espacio disponible en la góndola de nacela o en la torre de un generador eólico.

La descripción de la patente US 6 642 806 revela un método que permite una reducción en la frecuencia de aparición de transitorios y/o en el valor de la amplitud, que consiste en la colocación de un núcleo magnético de alta permeabilidad magnética alrededor de un cable que conduce la corriente eléctrica. El uso del núcleo magnético permite reducir las dimensiones del dispositivo que protege el equipo contra transitorios. Si se usa el dispositivo de acuerdo con la solución presentada, la eficiencia puede ser insuficiente debido a la eficiencia limitada de la supresión de las oscilaciones potenciales de los transitorios sólo mediante las pérdidas del material magnético del núcleo.

Una desventaja adicional de este tipo de solución es la saturación del núcleo, y por lo tanto la pérdida de funcionalidad del dispositivo, antes de que acabe el proceso de generación de los transitorios muy rápidos.

La descripción de patente WO 2008/040128 revela un método que permite reducir los valores de los transitorios muy rápidos, basado en los núcleos de un material magnético dispuesto alrededor de una pieza de un cable que conduce la corriente y una resistencia que puentea la pieza del cable que conduce la corriente. Un inconveniente de esta solución es la necesidad de realizar una conexión galvánica entre la resistencia de cortocircuito y el trayecto de la corriente, lo que requiere una modificación considerable del trayecto de la corriente.

La descripción de la patente de GB1187410 revela una disposición que contrarresta los impulsos de tensión debido a la interrupción del interruptor. En la disposición se conecta un cable eléctricamente conductor con un contacto de interrupción del interruptor. El cable conductor se rodea por un núcleo separado de material ferromagnético y en combinación con el núcleo constituye un dispositivo de inductancia de alta frecuencia conectado en serie con el contacto de la interrupción. El núcleo transporta un devanado secundario a través del que se conecta una resistencia.

La esencia del dispositivo para la supresión de transitorios muy rápidos que tienen lugar en los cables conductores de corriente, que es un componente de un carácter inductivo y que contiene un núcleo magnético de alta frecuencia dispuesto alrededor de un cable conductor de corriente y sobre el núcleo magnético se bobina al menos un devanado con al menos un par de terminales usados para conectar al menos una resistencia de supresión, es que contiene un cuerpo aislante que comprende un núcleo magnético con una resistencia de amortiguación y un devanado o contiene un cuerpo aislante que comprende un núcleo magnético con una resistencia de amortiguación, un devanado y una sección de un cable... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo para la supresión de transitorios muy rápidos que tiene lugar en cables conductores de corriente (3) , el cual es un componente de carácter inductivo (1, 1a, 1b) , que comprende un núcleo magnético de alta 5 frecuencia (2) dispuesto alrededor del cable conductor de corriente (3) , sobre el núcleo magnético (2) hay una bobina de enrollado al menos un devanado (4, 4a) con al menos un par de terminales (6) usados para la conexión de al menos una resistencia de amortiguación (7) , caracterizado por que contiene un cuerpo aislante (8) en el que se sitúa un núcleo magnético (2) junto con una resistencia de amortiguación (7) y un devanado (4, 4a) o contiene un cuerpo aislante (8a) en el que se localiza un núcleo magnético (2) junto con una resistencia de amortiguación (7) , un devanado (4, 4a) y una sección de un cable conductor de corriente (3) .

2. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que es un terminal de aislamiento de un equipo de conmutación de media tensión.

3. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado por que el núcleo magnético está hecho de una cinta amoría.

4. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado por que el núcleo magnético está hecho de un material en polvo. 20