Transformador.

Un transformador (2) que contiene un espacio aislante, que incluye un fluido aislante (16,

16b), y una parte activa eléctrica,

estando dispuesta la parte activa eléctrica en el espacio aislante y teniendo una bobina primaria (8), una bobina secundaria (6) y un núcleo magnético (10),

estando dichas bobinas (6, 8) enrolladas alrededor del núcleo magnético (10) y estando radialmente separadas entre sí por un espacio intersticial de bobinado (12),

donde el transformador (2) comprende además un bloque (18) que define un compartimento (20) cerrado y separado de un resto de espacio aislante (22), estando dispuesto dicho compartimento cerrado (20) al menos parcialmente en el espacio intersticial de bobinado (12),

caracterizado por que el compartimento cerrado (20) contiene un fluido aislante (16a) que es diferente del fluido aislante (16b) contenido en el resto del espacio aislante (22) del transformador (2), teniendo el fluido aislante (16a) contenido en el compartimento cerrado (20) una mayor fuerza de campo de ruptura dieléctrica que el fluido aislante (16b) contenido en el resto del espacio aislante (22).

Transformador La presente invención se relaciona con un transformador, según el preámbulo de la reivindicación 1, y con el uso del transformador a un voltaje en el rango de 10 a 300 kV, preferiblemente de 20 a 150 kV, más preferiblemente de 36 a 110 kV y más preferiblemente a aproximadamente 72.5 kV, según la reivindicación 13.

Los transformadores son bien conocidos en la técnica y designan dispositivos que transfieren energía eléctrica de un circuito a otro a través de conductores acoplados por inducción, es decir, las bobinas del transformador. En general, las bobinas están enrolladas alrededor de un núcleo magnético. Una corriente en la primera ("primaria") bobina crea un campo magnético en el núcleo magnético, induciendo dicho campo magnético un voltaje en la segunda ("secundaria") bobina. A este efecto se le denomina inducción mutua.

Los componentes de la parte activa eléctrica, que incluye las bobinas y el núcleo magnético, deben estar aislados entre sí dependiendo de los requerimientos dieléctricos entre ellos.

Con respecto al aislamiento, se pueden distinguir dos tipos de transformadores:

En un transformador de líquido o de gas, por un lado, la parte activa eléctrica que comprende las bobinas y el núcleo magnético está dispuesta en un tanque o recipiente, el cual está lleno de un medio de aislamiento dieléctrico que tiene propiedades aislantes superiores a las del aire. Específicamente, el medio aislante es un líquido, tal como aceite, silicona o midel, en un transformador aislado con líquido, y un gas, tal como SF6 o N2 a presión atmosférica o elevada, en un transformador aislado con gas. Se conoce un transformador refrigerado con agua gracias a FR-1070676.

Un transformador seco, por otro lado, está desprovisto de tanque, y la parte activa eléctrica está, por lo tanto, rodeada de aire a presión atmosférica.

Para un voltaje mayor de 36 kV, se usan típicamente transformadores de gas o de líquido. Debido al rendimiento aislante relativamente alto del medio aislante, la separación entre los componentes de la parte activa eléctrica es relativamente pequeña. Estos transformadores presentan, sin embargo, el inconveniente de ser relativamente complejos y -debido al uso de un tanque y de un medio aislante diferente del aire -relativamente costosos. Además, con frecuencia son necesarios medios refrigerantes en dichos transformadores con objeto de refrigerar activamente el espacio aislante, y en particular el espacio entre las bobinas. Estos medios refrigerantes contribuyen aún más a la complejidad y al elevado coste de los transformadores de gas y de líquido.

Los transformadores secos, que son típicamente utilizados hasta un voltaje de 36 kV, son menos complejos, paro tienen el inconveniente de grandes separaciones debido al rendimiento aislante relativamente bajo del aire. Por lo tanto, los requerimientos espaciales de un transformador seco son relativamente exigentes y su peso es relativamente elevado. Debido a la cantidad de material requerida, los transformadores secos son, por lo tanto, también relativamente costosos.

En base a los anteriores inconvenientes del estado de la técnica, el objeto de la presente invención es proporcionar 45 un transformador que -incluso aunque esté designado para voltajes relativamente altos -permita un diseño muy simple y compacto y al mismo tiempo también una reducción substancial en el coste de fabricación.

El objeto es resuelto mediante el transformador según la reivindicación 1. Se dan realizaciones preferidas del transformador en las reivindicaciones dependientes.

El transformador de la presente invención comprende un bloque, que define un compartimento cerrado y separado del resto del espacio aislante del transformador. Dicho compartimento cerrado está al menos parcialmente dispuesto en el espacio entre las bobinas, es decir, en el espacio de bobinado.

El transformador se caracteriza por el hecho de que el compartimento cerrado incluye un fluido aislante que es diferente del fluido aislante contenido en el resto del espacio aislante del transformador, teniendo el fluido aislante contenido en el compartimento cerrado una mayor fuerza de campo de ruptura dieléctrica que el fluido aislante contenido en el resto del espacio aislante.

La presente invención hace uso del descubrimiento de que la separación entre las bobinas tiene un impacto mucho mayor sobre el coste global de fabricación del transformador que, por ejemplo, la separación entre la bobina de alto voltaje y el núcleo magnético. Específicamente, la separación entre las bobinas se relaciona con la impedancia del transformador, lo cual tiene un impacto sobre el número de vueltas de las bobinas y sobre el área de sección transversal del núcleo magnético. En general, las bobinas del transformador según la presente invención son 65 bobinas circulares.

Debido a la presencia de un compartimento cerrado, se puede disponer selectivamente de un fluido aislante que tenga un rendimiento dieléctrico particularmente alto, en particular una elevada fuerza de campo de ruptura dieléctrica, donde el rendimiento dieléctrico es de la mayor importancia, es decir, en el espacio de bobinado. Así, la separación entre las bobinas está según la presente invención significativamente reducida, lo que va junto con una menor impedancia del transformador, un mayor número de vueltas en las bobinas, una reducción en el área de sección transversal del núcleo magnético y finalmente también una reducción del coste de fabricación.

En el resto del espacio aislante fuera del compartimento cerrado, se puede usar aire a presión atmosférica sin aumentar significativamente el peso del transformador, y por lo tanto las dimensiones espaciales del transformador aumentan sólo moderadamente y se puede conseguir un transformador compacto sin necesidad de un tanque.

Por lo tanto, en comparación con los transformadores convencionales aislados con aceite o con gas, se consigue una economización según la invención eliminando el coste de un tanque y de una mayor parte del medio aislante. En comparación con los transformadores convencionales secos, se consigue una economización según la invención disminuyendo la cantidad de material necesaria para el núcleo magnético. El impacto económico de este segundo aspecto es bastante substancial, lo cual es puesto en relieve por el hecho de que en los transformadores secos convencionales el coste del material del núcleo magnético contribuye a aproximadamente la mitad del coste global del transformador.

Debido al alto rendimiento aislante en el espacio de bobinado, se puede usar el transformador de la presente invención hasta voltajes relativamente altos.

Por lo tanto, la presente invención combina las ventajas de un transformador seco con las ventajas de un transformador de líquido o de gas.

Según una realización preferida, el compartimento cerrado corresponde al menos aproximadamente al espacio de bobinado.

El fluido aislante usado en el compartimento cerrado y el resto del espacio aislante del transformador según la presente invención pueden estar en fase líquida o gaseosa. Es también concebible que el fluido aislante forme un sistema bifásico consistente en una primera parte en fase líquida y una segunda parte en fase gaseosa.

Por ejemplo, el fluido aislante contenido en el compartimento cerrado puede ser un gas aislante que comprenda o consista esencialmente en SF6 o aire a alta presión o cualquier otro gas aislante que tenga un alto rendimiento dieléctrico, en particular que tenga una elevada fuerza de campo de ruptura dieléctrica. De manera alternativa, el fluido aislante puede ser un líquido aislante, por ejemplo seleccionado entre el grupo consistente en Midel 7131® (M&I Materials Limited) , aceite de silicona y aceite mineral.

Según otra realización preferida, el compartimento cerrado contiene un gas aislante que tiene una presión mayor que la del gas aislante contenido en el resto del espacio del transformador. Esto es favorable debido al hecho de que el rendimiento dieléctrico del fluido aislante puede verse aumentado por aumento de su presión. Por ejemplo, el aire a una presión absoluta de 5 atm (506625 Pa) tiene una fuerza dieléctrica que es aproximadamente 3 veces mayor que en el aire a presión atmosférica, de tal forma que es posible reducir la separación entre el bobinado primario (alto voltaje) y el secundario (bajo voltaje) en aproximadamente un 60% a un 70%.

Aparte de aire, se ha visto que un gas aislante seleccionado entre el grupo de N2, CO2 y SF6, o una mezcla de gases aislantes seleccionada entre el grupo de SF6 en CO2 (siendo la razón molar de SF6 típicamente de aproximadamente... [Seguir leyendo]

1. Un transformador (2) que contiene un espacio aislante, que incluye un fluido aislante (16, 16b) , y una parte activa eléctrica, estando dispuesta la parte activa eléctrica en el espacio aislante y teniendo una bobina primaria (8) , una bobina secundaria (6) y un núcleo magnético (10) , estando dichas bobinas (6, 8) enrolladas alrededor del núcleo magnético (10) y estando radialmente separadas entre sí por un espacio intersticial de bobinado (12) , donde el transformador (2) comprende además un bloque (18) que define un compartimento (20) cerrado y separado de un resto de espacio aislante (22) , estando dispuesto dicho compartimento cerrado (20) al menos parcialmente en el espacio intersticial de bobinado (12) , caracterizado por que el compartimento cerrado (20) contiene un fluido aislante (16a) que es diferente del fluido aislante (16b) contenido en el resto del espacio aislante (22) del transformador (2) , teniendo el fluido aislante (16a) contenido en el compartimento cerrado (20) una mayor fuerza de campo de ruptura dieléctrica que el fluido aislante (16b) contenido en el resto del espacio aislante (22) .

2. Transformador (2) según la reivindicación 1, caracterizado por que el fluido aislante (16a) en el compartimento cerrado y el fluido aislante (16b) en el resto del espacio aislante (22) están en fase líquida, en fase gaseosa o forman un sistema bifásico que comprende una primera parte en fase líquida y una segunda parte en fase gaseosa.

3. Transformador (2) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el compartimento cerrado (20) contiene un gas aislante (16a) que tiene una mayor presión que el gas aislante (16b) contenido en el resto del espacio (22) del transformador (2) .

4. Transformador (2) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el fluido aislante, en particular el fluido aislante (16a) en el compartimento cerrado (20) , comprende una fluorocetona de 4 a 12 átomos de carbono.

5. Transformador (2) según la reivindicación 4, caracterizado por que la fluorocetona tiene la estructura general R1-CO-R2, donde R1 y R2 son cadenas al menos parcialmente fluoradas, siendo dichas cadenas independientemente la una de la otra lineales o ramificadas y teniendo de 1 a 10 átomos de carbono, y por que la fluorocetona es una cetona perfluorada o una cetona hidrofluorada, en particular por que la fluorocetona tiene 6 átomos de carbono y preferiblemente tiene la fórmula molecular C6F12O y más preferiblemente es dodecafluoro-2-metilpentan-3-ona.

6. Transformador (2) según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado por que el fluido aislante (16; 16a, 16b) es seleccionado entre el grupo de SF6, aire a alta presión, midel, aceite mineral y aceite de silicona.

7. Transformador (2) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que las bobinas (6, 8) están embebidas en el material del bloque (18) .

8. Transformador (2) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la permitividad relativa del material del bloque (18) es mayor que la permitividad relativa del fluido aislante (16a) en el compartimento cerrado (20) , preferiblemente en un factor de al menos 1, 5 y más preferiblemente en un factor superior a 3.

9. Transformador (2) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el bloque (18) está hecho de una resina epoxi.

10. Transformador (2) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el compartimento cerrado (20) está dividido por al menos una barrera (24) en al menos dos subcompartimentos (26a, 26b) .

11. Transformador (2) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que incluye además un sistema de control de presión (32) designado para controlar la presión en el compartimento cerrado (20) .

12. Transformador (2) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que incluye además un sistema de refrigeración (28) para refrigerar el bloque (18) , teniendo dicho sistema de refrigeración (28) medios para la circulación del fluido aislante (16a) en un circuito cerrado desde el compartimento cerrado (20) hasta un espacio externo (30) , donde se libera calor.

13. Transformador (2) según la reivindicación 1, caracterizado por que el compartimento cerrado (20) se corresponde al menos aproximadamente con el espacio de bobinado (12) .

14. Transformador (2) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la parte activa eléctrica está encerrada por un tanque y, por lo tanto, está dispuesta en un espacio aislante cerrado, o de manera

alternativa el transformador (2) está desprovisto de tanque y el fluido aislante (16, 16b) en el resto del espacio aislante (22) fuera del compartimento cerrado (20) es aire a presión atmosférica.

15. Uso de un transformador (2) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes para operación a un voltaje de 10 kV a 300 kV, preferiblemente de 20 kV a 150 kV, más preferiblemente de 36 kV a 110 kV y más preferiblemente a aproximadamente 72, 5 kV.