Equipo eléctrico para red de distribución con sistema de detección, desconexión y eliminación de faltas.

Equipo eléctrico para red de distribución que comprende un sistema de detección de faltas (6),

un sistema de desconexión de faltas (25) y un sistema de eliminación de faltas (8), estando el equipo eléctrico (3) alojado en una cuba (1) y aislado mediante un medio aislante (2) que llena, al menos parcialmente, la cuba (1), comprendiendo el equipo eléctrico (3) al menos una entrada (4) a la cuba (1) correspondiente a al menos una fase (5) de la red de distribución, un transformador (14) con un devanado primario (17) conectado a al menos una fase (5) y un devanado secundario (18) con al menos una fase (15) y una fase de neutro (16), comprendiendo el sistema de detección de faltas (6) al menos un sensor (7, 7a, 7b, 26) sensible a una situación de falta, comprendiendo el sistema de eliminación de faltas (8) un fusible (9) por cada fase (5) dispuesto entre la entrada (4) y el devanado primario (17) del transformador (14), y comprendiendo el sistema de desconexión de faltas (25) un elemento de desconexión (10) con dos posiciones, una primera posición de "conexión" y una segunda posición de "desconexión", dispuesto el sistema de desconexión de faltas (25) en serie entre dicho fusible (9) y el devanado primario (17) del transformador (14), estando el sistema de eliminación de faltas (8) y el sistema de desconexión de faltas (25) configurados para, en una situación de falta, producir una señal de alarma y/o la desconexión del equipo eléctrico (3), caracterizado porque el acoplamiento entre el sistema de detección de faltas (6) y el sistema de desconexión de faltas (25) es electromecánico, comprendiendo dicho acoplamiento electromecánico un circuito serie (11) que comprende al menos un dispositivo de disparo (13) y al menos un contacto (12, 12a, 12b, 26') dispuesto en serie con dicho al menos un dispositivo de disparo (13), estando dicho al menos un dispositivo de disparo (13) dispuesto para accionar al menos un elemento de desconexión (10) y siendo dicho al menos un contacto (12, 12a, 12b, 26') un contacto de salida de al menos un relé asociado a dicho al menos un sensor (7, 7a, 7b, 26), con lo que dicho al menos un contacto (12, 12a, 12b, 26') está configurado para actuar en respuesta a la situación de falta.

Equipo eléctrico para red de distribución con sistema de detección, desconexión y eliminación de faltas

La presente invención se refiere a un equipo eléctrico para redes de distribución de energía eléctrica, como puede ser por ejemplo un transformador autoprotegido, con la particularidad de que dicho equipo eléctrico comprende un sistema de detección de faltas, así como un sistema de desconexión de faltas y un sistema de eliminación de faltas, estando asociados el sistema de detección y el sistema de desconexión de faltas de manera electromecánica. El sistema de detección de faltas comprende al menos un sensor sensible a las variaciones de, al menos, un parámetro, como por ejemplo presión, temperatura, o nivel, del líquido dieléctrico contenido en la cuba del equipo eléctrico y el sistema de eliminación de faltas comprende al menos un fusible, mientras que el sistema de desconexión comprende un interruptor o un interruptor - seccionador, de manera que en el caso de un evento indicativo de detección de la variación de, al menos, un parámetro del líquido dieléctrico o en el caso del paso de una elevada corriente a través del fusible, el sistema de eliminación de faltas y/o el sistema de desconexión de faltas efectúa la desconexión del equipo eléctrico.

Antecedentes de la invención

Los equipos eléctricos que forman parte de las redes de distribución de energía eléctrica, tales como los transformadores y las celdas de maniobra y protección, están compuestos por una serie de elementos o aparamenta eléctrica que se aloja en una envolvente, generalmente metálica, en cuyo interior se dispone un aislante eléctrico que envuelve completamente los equipos eléctricos.

Las dos tecnologías más desarrolladas en base a fluidos dieléctricos y claramente diferenciadas han sido, por un lado las tecnologías basadas en el uso de un gas como elemento aislante, y por otro las tecnologías basadas en el uso de un líquido dieléctrico como medio aislante.

De estas dos tecnologías, la que utiliza el líquido como aislante tal vez sea la más antigua, y presenta ciertos problemas de seguridad. Por ejemplo, si se produce un arco eléctrico interno, dicho arco puede ocasionar la explosión del equipo completo, lo que supone, además de la destrucción del equipo, un grave peligro para las personas que se encuentren próximas al equipo, ya que la explosión lanza, además de distintas piezas o elementos, el líquido -por ejemplo, aceite- a muy alta temperatura.

Un tipo de equipos eléctricos que desempeña una parte fundamental en las redes de distribución eléctrica, y para el cual se sigue utilizando ampliamente la tecnología basada en el uso de un líquido dieléctrico como aislante, corresponde a los equipos transformadores, que normalmente están compuestos por una cuba, prácticamente llena con líquido dieléctrico, normalmente aceite mineral, aunque se pueden emplear otros líquidos como ésteres sintéticos o naturales, de origen vegetal, aceites de silicona o hidrocarburos de alto peso molecular, todos ellos con o sin aditivos, en cuyo interior está ubicado el transformador propiamente dicho. Si se produce un fallo de aislamiento entre las fases del transformador, o entre una fase y tierra, se produce una falta o arco interno que puede generar la descomposición del líquido dieléctrico contenido en la cuba, y en consecuencia puede generar una variación de los parámetros de dicho líquido, como por ejemplo un incremento importante de la temperatura y la presión, lo que puede provocar incluso la explosión de la cuba. Asimismo, en los transformadores se puede considerar como una falta la bajada del nivel del líquido dieléctrico a un valor determinado, el cual se puede originar debido a una fuga en la cuba del transformador, y que puede dar lugar a un fallo de aislamiento entre fases o entre una fase y tierra.

En relación con la forma de fabricación de los transformadores, estos se pueden clasificar en transformadores con depósito de expansión o en transformadores herméticos de llenado integral. Cuando se eleva la temperatura del transformador a causa de la carga, el aire o gas que se halle dentro del transformador se dilata y es expulsado; cuando se enfría el transformador, se contrae el aire o gas y penetra aire del exterior que contiene oxigeno y humedad. La humedad y el oxigeno deterioran el sistema y ensucian el líquido dieléctrico. Para evitar esto, en ocasiones se emplea nitrógeno y un respirador elimina el oxigeno y la humedad del aire que penetra. En el caso de los transformadores con depósito de expansión, dicho depósito montado sobre la cubierta del transformador reduce mucho la superficie del aceite expuesta al gas. En cuanto a los transformadores herméticos de llenado integral, estos se utilizan en intemperie o interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, siendo muy útiles en lugares donde los espacios son reducidos. Son de aplicación en zonas urbanas, industrias, minería, explotaciones petroleras, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica. Su principal característica es que al no llevar depósito de expansión de aceite no necesita mantenimiento, siendo esta construcción más compacta que la tradicional. Asimismo, la ventaja fundamental de los transformadores herméticos de llenado integral es que no existe contacto entre el dieléctrico líquido y el aire, con lo que se consigue:

Preservar las características del líquido dieléctrico en el tiempo,

Eliminación de los costes de mantenimiento del transformador, y

Evitar vertidos no deseados al medio ambiente.

Los transformadores suelen protegerse mediante fusibles de media tensión limitadores de corriente, los cuales se funden cuando pasa por ellos una corriente elevada, producida por una falta entre el fusible y la zona por él protegida. Normalmente la fusión del fusible tiene lugar dentro de un tiempo muy breve, con lo cual es posible evitar

la explosión del equipo.

Estos fusibles suelen encontrarse fuera de la cuba del transformador pero, en ocasiones, en soluciones más compactas, los fusibles pueden disponerse en el Interior de la cuba; para este tipo de equipos transformadores se utiliza con frecuencia el término "transformadores autoprotegidos". Transformadores de este tipo se divulgan por ejemplo en EP1014528 y EP0817346.

Existen también transformadores autoprotegidos en los que en el interior de la cuba se dispone, conectado en serie entre los fusibles y los bobinados de alta tensión del transformador, un elemento de maniobra como por ejemplo un disyuntor o un interruptor-seccionador. En este caso, habltualmente se dispone de un sistema de detección de falta que puede estar asociado a un dispositivo de disparo que a su vez esta asociado al mecanismo de apertura del elemento de maniobra, de manera que en caso de detección de una falta el elemento de maniobra ejecuta la desconexión del equipo eléctrico. Soluciones de este tipo se encuentran por ejemplo definidas en EP0981140, EP1267368, EP0817346 y FR2712730.

Ahora bien, los transformadores autoprotegidos presentan algunos problemas, para los que se han desarrollado soluciones diferentes para superar cada uno de estos problemas.

Cuando la corriente producida por una falta es pequeña, por ejemplo cuando la falta se produce entre una fase y tierra, el fusible de media tensión puede experimentar una fusión muy lenta. Para el caso de los fusibles limitadores habitualmente más utilizados, si la intensidad de la corriente de falta es inferior a la correspondiente a la intensidad de corriente de corte mínima, el fusible funde parcialmente pero no corta la corriente, llegando finalmente a explotar. De esta forma, el transformador se encuentra sin protección ante esta clase de faltas. Para solucionar este problema se utilizan por ejemplo mlcrofuslbles, que al fundirse debido a estas corrientes de falta de menor intensidad que la necesaria para que los fusibles limitadores abran la línea correspondiente, provocan la actuación de un cortocircuitador, creando este elemento un cortocircuito de muy elevada intensidad entre fases y por tanto la fusión de los fusibles limitadores de corriente. EP0800251, EP1304785, EP1102379, W02004102764 divulgan un sistema de este tipo. Se trata de un diseño complejo con multitud de elementos que disminuye la fiabilidad del sistema.

Existe otro tipo de solución, como por ejemplo el definido en EP0817346, que comprende un medio de detección de una corriente a tierra, conectado entre la cuba puesta a tierra y el núcleo del transformador, y que consiste en un fusible con percutor, siendo el percutor capaz de accionar un mecanismo de apertura y este último hacer que el elemento de maniobra... [Seguir leyendo]

I.- Equipo eléctrico para red de distribución que comprende un sistema de detección de faltas (6), un sistema de desconexión de faltas (25) y un sistema de eliminación de faltas (8), estando el equipo eléctrico (3) alojado en una cuba (1) y aislado mediante un medio aislante (2) que llena, al menos parcialmente, la cuba (1), comprendiendo el equipo eléctrico (3) al menos una entrada (4) a la cuba (1) correspondiente a al menos una fase (5) de la red de distribución, un transformador (14) con un devanado primario (17) conectado a al menos una fase (5) y un devanado secundario (18) con al menos una fase (15) y una fase de neutro (16), comprendiendo el sistema de detección de faltas (6) al menos un sensor (7, 7a, 7b, 26) sensible a una situación de falta, comprendiendo el sistema de eliminación de faltas (8) un fusible (9) por cada fase (5) dispuesto entre la entrada (4) y el devanado primario (17) del transformador (14), y comprendiendo el sistema de desconexión de faltas (25) un elemento de desconexión (10) con dos posiciones, una primera posición de "conexión" y una segunda posición de "desconexión", dispuesto el sistema de desconexión de faltas (25) en serie entre dicho fusible (9) y el devanado primario (17) del transformador (14), estando el sistema de eliminación de faltas (8) y el sistema de desconexión de faltas (25) configurados para, en una situación de falta, producir una señal de alarma y/o la desconexión del equipo eléctrico (3), caracterizado porque

el acoplamiento entre el sistema de detección de faltas (6) y el sistema de desconexión de faltas (25) es electromecánico, comprendiendo dicho acoplamiento electromecánico un circuito serie (11) que comprende al menos un dispositivo de disparo (13) y al menos un contacto (12, 12a, 12b, 26) dispuesto en serie con dicho al menos un dispositivo de disparo (13), estando dicho al menos un dispositivo de disparo (13) dispuesto para accionar al menos un elemento de desconexión (10) y siendo dicho al menos un contacto (12, 12a, 12b, 26) un contacto de salida de al menos un relé asociado a dicho al menos un sensor (7, 7a, 7b, 26), con lo que dicho al menos un contacto (12, 12a, 12b, 26) está configurado para actuar en respuesta a la situación de falta.

2 - Equipo eléctrico para red de distribución con sistema de detección, desconexión y eliminación de faltas según la reivindicación 1, caracterizado porque el contacto (12, 12a, 12b, 26) está configurado para ser cerrado al detectarse una situación de falta, de forma que se permite la circulación de una corriente por el circuito serie (11), actuando así al menos un dispositivo de disparo (13) sobre al menos un elemento de desconexión (10) y pasando dicho elemento de desconexión (10) desde una posición de "conexión" a una posición de "desconexión", dejando el equipo eléctrico (3) desconectado de la red de distribución.

3 - Equipo eléctrico para red de distribución con sistema de detección, desconexión y eliminación de faltas según la reivindicación 2, caracterizado porque el dispositivo de disparo (13), que acciona el elemento de desconexión (10), comprende un percutor (13) de un microfusible.

4.- Equipo eléctrico para red de distribución con sistema de detección, desconexión y eliminación de faltas según la reivindicación 2, caracterizado porque el dispositivo de disparo (13), que acciona el elemento de desconexión (10), comprende una bobina de disparo.

- Equipo eléctrico para red de distribución con sistema de detección, desconexión y eliminación de faltas según la reivindicación 2, caracterizado porque el circuito serie (11) se encuentra alimentado entre una fase (15) y la fase de neutro (16) del transformador (14).

6.- Equipo eléctrico para red de distribución con sistema de detección, desconexión y eliminación de faltas según la reivindicación 2, caracterizado por que el circuito serie (11) se encuentra alimentado por medio de unas bobinas (24) arrolladas en el núcleo (21) del transformador (14).

7.- Equipo eléctrico para red de distribución con sistema de detección, desconexión y eliminación de faltas según la reivindicación 2, caracterizado porque el circuito serie (11) se encuentra alimentado por una fuente de energía externa.

8.- Equipo eléctrico para red de distribución con sistema de detección, desconexión y eliminación de faltas según cualquiera de las reivindicaciones 2-7, caracterizado por que al menos un sensor (7, 7a, 7b, 26) y al menos un contacto (12, 12a, 12b, 26) se encuentran integrados en un módulo (19).

9.- Equipo eléctrico para red de distribución con sistema de detección, desconexión y eliminación de faltas según la reivindicación 8, caracterizado porque el módulo (19) comprende una salida (23) para enviar una señal de situación de falta, siendo así posible establecer una alarma y/o la apertura de un dispositivo exterior al enviar dicha señal de situación de falta.

10.- Equipo eléctrico para red de distribución con sistema de detección, desconexión y eliminación de faltas según la reivindicación 9, caracterizado porque el módulo (19) se encuentra instalado en un casquillo (20) destinado al llenado del equipo eléctrico (3).

II.- Equipo eléctrico para red de distribución con sistema de detección, desconexión y eliminación de faltas según la reivindicación 2, caracterizado porque el elemento de desconexión (10) comprende un interruptor.

12.- Equipo eléctrico para red de distribución con sistema de detección, desconexión y eliminación de faltas según la reivindicación 2, caracterizado porque el elemento de desconexión (10) comprende un interruptor - seccionador.

13.- Equipo eléctrico para red de distribución con sistema de detección, desconexión y eliminación de faltas según la reivindicación 11 o 12, caracterizado porque el elemento de desconexión (10) es un elemento de una sola maniobra.

14.- Equipo eléctrico para red de distribución con sistema de detección, desconexión y eliminación de faltas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la situación de falta corresponde a una variación o superación de, al menos, un parámetro del medio aislante (2) o a una variación de la corriente en al menos una fase (5).

15.- Equipo eléctrico para red de distribución con sistema de detección, desconexión y eliminación de faltas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el medio aislante (2) es un líquido dieléctrico

(2).

16.- Equipo eléctrico para red de distribución con sistema de detección, desconexión y eliminación de faltas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sistema de detección de faltas (6) está configurado para generar un evento indicativo de la detección de una falta como respuesta a la detección por el sensor (7) de un cambio en la presión en el interior de la cuba (1).

17.- Equipo eléctrico para red de distribución con sistema de detección, desconexión y eliminación de faltas según cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado porque el sistema de detección de faltas (6) está configurado para generar un evento indicativo de la detección de una falta como respuesta a la detección por el sensor (7a) de un cambio en la temperatura del liquido dieléctrico (2).

18.- Equipo eléctrico para red de distribución con sistema de detección, desconexión y eliminación de faltas según cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado porque el sistema de detección de faltas (6) está configurado para generar un evento indicativo de la detección de una falta como respuesta a la detección por el sensor (7b) de un cambio en el nivel del líquido dieléctrico (2).

19.- Equipo eléctrico para red de distribución con sistema de detección, desconexión y eliminación de faltas según cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado porque el sistema de detección de faltas (6) está configurado para generar un evento indicativo de la detección de una falta como respuesta a la detección de una sobrecorriente en al menos una fase (5) del equipo eléctrico (3), empleando para ello al menos un medio de detección (26).

20.- Equipo eléctrico para red de distribución con sistema de detección, desconexión y eliminación de faltas según cualquiera de las reivindicaciones 1-19, caracterizado porque el sistema de detección de faltas (6) está configurado para generar un evento Indicativo de la detección de una falta como respuesta a la detección de un cambio en la presión en el interior de la cuba (1), a la detección de un cambio en la temperatura del liquido dieléctrico (2), a la detección de un cambio en el nivel del líquido dieléctrico (2) o a la detección de una sobrecorriente en al menos una fase (5) del equipo eléctrico (3).

21.- Equipo eléctrico para red de distribución con sistema de detección, desconexión y eliminación de faltas según la reivindicación 1, caracterizado porque al menos un fusible (9) es un fusible con percutor (9), estando configurado dicho percutor (9) para hacer pasar al elemento de desconexión (10) de una posición de "conexión" a una posición de "desconexión" en el caso de fusión de dicho fusible (9) mediante un sistema de accionamiento (22), dejando así el equipo eléctrico (3) desconectado de la red de distribución.

22.- Equipo eléctrico para red de distribución con sistema de detección, desconexión y eliminación de faltas según las reivindicaciones 3 y 21, caracterizado porque el mlcrofuslble con percutor (13) está configurado para actuar sobre el sistema de accionamiento (22).

23.- Equipo eléctrico para red de distribución con sistema de detección, desconexión y eliminación de faltas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el núcleo magnético (21) del transformador (14) está conectado a tierra.

24.- Equipo eléctrico para red de distribución con sistema de detección, desconexión y eliminación de faltas según la reivindicación 23, caracterizado porque el transformador (14) es un transformador autoprotegido polifásico.