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Title:
AUTOMATIC ON-LOAD VOLTAGE REGULATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/103296
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a solid-state automatic on-load voltage regulator which allows switching between the different taps of a transformer by means of purely electronic devices, dispensing with all types of movable part, comprising a casing with a box for each phase, comprising: a power board provided with solid-state switches; a control board that monitors and controls the power board and receives/emits signals by optical fibre from the central control board; and a power source with multiple outputs in addition to protection elements, varistors, and voltage transformers, none of the boxes having movable parts.

Inventors:
FERNANDEZ HEVIA, Daniel (Jarama, 1 Pol. Ind. de Toledo, Toledo, 45007, ES)
LARA GAROZ, Angel (Jarama, 1 Pol. Ind. de Toledo, Toledo, 45007, ES)
Application Number:
ES2015/070925
Publication Date:
June 22, 2017
Filing Date:
December 18, 2015
Export Citation:
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Assignee:
INAEL ELECTRICAL SYTEMS, S.A. (Jarama, 1 Pol. Ind. de Toledo, Toledo, 45007, ES)
International Classes:
H01F27/04; G05F1/20; H01F29/04; H02P13/06; H05K5/00
Domestic Patent References:
WO2015127215A12015-08-27
WO2007135209A12007-11-29
Foreign References:
US20100315190A12010-12-16
US5581173A1996-12-03
JPS61101816A1986-05-20
Attorney, Agent or Firm:
CAPITÁN GARCÍA, Nuria (Felipe IV 10, Madrid, 28014, ES)
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Claims:
REIVINDICACIONES

1. -Regulador de tensión automático en carga para transformadores tanto de tipo seco como aislados en aceite o cualquier otro liquido dieléctrico, que

comprende una envolvente (1), caracterizado por que en dicha envolvente (1) se aloja una caja (2) por cada fase, ambas envolvente (1) y caja (2) son estancas y en material plástico de rigidez dieléctrica suficientemente elevada como para aislar un regulador de entre 24 y 36 kV, adecuado para operar a temperaturas de hasta 95°C y ambientes ácidos, y la caja (2) comprende:

a. una placa de potencia (2.1) equipada con interruptores de estado sólido (2.11) y su electrónica de funcionamiento asociada (2.12) ; b. una placa de control (2.2), que se encarga de monitorizar y controlar la placa de potencia asi como la emisión/recepción de señales por fibra óptica (5) que interactúan con un control central ( 3 ) ;

c. fuente de alimentación de salida múltiple;

d. elementos de protección (2.4), varistores y transformadores de tensión;

careciendo cada caja (2) de partes móviles.

2. -Regulador según la reivindicación 1 en el que los interruptores de estado sólido (2.11) son tiristores, IGBTs, MOSFETs, ó JBTs.

3. -Regulador según cualquiera de las

reivindicaciones 1 o 2 en el que la placa de potencia (2.1) además comprende resistencias de transición y drivers de disparo de los componentes que lo integran, elementos de protección y seguridad, además de

conectores para señales de control y de potencia, disipador térmico adaptado a los componentes antes mencionados con sus correspondientes ventiladores.

4. -Regulador según cualquiera de las

reivindicaciones anteriores que además comprende:

a. una placa de control de potencia con sus distintos componentes de adaptación de señales, microcontrolador, conectores de señales ópticas y sensores de control de temperatura, tensión e intensidad;

b. fuentes de alimentación, transformadores y

varistores ;

c. una placa de control central que monitoriza y controla cada una de las placas de control (2.2) de cada una de las fases mediante fibra óptica (5), formada por un microprocesador ,por un microcontrolador de señales y la electrónica asociada a los mismos;

d. una unidad remota de comunicaciones (4) con entradas y salidas de conexión con la placa de control central, para monitorización, control , regulación y medida remota del regulador;

e. pantalla;

d. armario continente protector.

REIVINDICACIONES MODIFICADAS

recibidas por la oficina Internacional el 26 de octubre de 2016 (26.10.2016)

REIVINDICACIONES

1. -Regulador de tensión automático en carga para transformadores tanto de tipo seco como aislados en aceite o cualquier otro líquido dieléctrico, que

comprende una envolvente (1), caracterizado por que en dicha envolvente (1) se aloja una caja (2) por cada fase, ambas envolvente (1) y caja (2) son estancas y en material plástico de rigidez dieléctrica suficientemente elevada como para aislar un regulador de entre 24 y 36 kV, adecuado para operar a temperaturas de hasta 95 °C y ambientes ácidos, y la caja (2) comprende:

a. una placa de potencia (2.1) equipada con

interruptores de estado sólido (2.11) y su electrónica de funcionamiento asociada (2.12); b. una placa de control (2-2), que se encarga de monitorizar y controlar la placa de potencia así como la emisión/recepción de señales por fibra óptica (5) que interactúan con un control central (3) , dicho control central (3) a su vez comprende :

i. una placa de control central que monitoriza y controla cada una de las placas de control (2.2) de cada una de las fases mediante fibra óptica (5) , formada por un microprocesador, por un microcontrolador de señales y la

electrónica asociada a los mismos;

ii. una unidad remota de comunicaciones (4) con entradas y salidas de conexión con la placa de control central, para

monitorización , control , regulación y medida remota de la regulación automática de tensión en carga;

iii. pantalla; iv. armario continente protector;

c. fuente de alimentación de salida múltiple; d. elementos de protección (2.4), varistores y transformadores de tensión;

careciendo cada caja (2) de partes móviles.

2. -Regulador según la reivindicación 1 en el que los interruptores de estado sólido (2.11) son tiristores, IGBTs , MOSFETs, ó JBTs .

3. -Regulador según cualquiera de las

reivindicaciones 1 o 2 en el que la placa de potencia (2.1) además comprende resistencias de transición y drivers de disparo de los componentes que lo integran, elementos de protección y seguridad, además de

conectores para señales de control y de potencia, disipador térmico adaptado a los componentes antes mencionados con sus correspondientes ventiladores.

Description:
REGULADOR DE TENSION AUTOMATICO EN CARGA

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se engloba en el campo de los reguladores de tensión en carga.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El control de tensión en las redes de

distribución está ganando protagonismo en el contexto de las redes inteligentes, asociadas con la penetración de recursos energéticos renovables y/o distribuidos, asi como con las infraestructuras necesarias para la

implantación masiva de vehículos eléctricos. El mercado eléctrico demanda un aumento cualitativo y cuantitativo en la capacidad de control sobre el perfil de tensiones en la red de distribución.

Los transformadores de distribución están equipados de "cambiadores de tomas manuales", que son reguladores de tensión que necesitan ser operados manualmente (por un operario físicamente situado frente al transformador) y sin carga, i.e., con la línea eléctrica cortada y el suministro a los clientes interrumpidos. Son dispositivos puramente mecánicos, a base de una manivela que acciona un mecanismo que transforma el movimiento giratorio en lineal,

desplazando una pletina de contacto que conmuta dos contactos contiguos cerrando el circuito formado por el devanado de media tensión de cada fase. Suelen ser una fuente problemas y necesitan abundante mantenimiento.

Desde hace tiempo, se viene buscando una solución innovadora para poder equipar tanto los transformadores de distribución como los transformadores de parques eólicos y otros sistemas de generación distribuida con equipos de regulación de tensión que sean automáticos y que puedan operar en carga, i.e., que puedan regular la tensión sin que haya que interrumpir el suministro.

Muy pocos de estos equipos se han puesto en el mercado, y los únicos que se conocen se basan en la utilización de un motor eléctrico para mover el mismo conjunto de contactos móviles que en el caso manual/sin carga, combinado con un conjunto de interruptores eléctricos de vacio que permiten conmutar entre las distintas tomas del transformador, aun cuando haya tensión entre ellas y esté pasando corriente (es decir, que conmuten, como ya se ha dicho anteriormente, "en carga") . Este tipo de dispositivos se pueden calificar de "electromecánicos" y mantienen la existencia de partes móviles: un motor y un juego de contactos que se deslizan sobre una placa dentro del transformador.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención queda establecida y caracterizada en las reivindicaciones independientes, mientras que las reivindicaciones dependientes describen otras características de la misma.

El objeto de la invención es un regulador de tensión automático en carga, de estado sólido, que permite conmutar entre las distintas tomas de las bobinas de un transformador tanto de aislamiento

dieléctrico liquido como seco mediante dispositivos puramente electrónicos, eliminando todo tipo de partes móviles. El problema técnico a resolver es configurar el regulador para alcanzar el objeto citado.

Las ventajas del regulador son:

- ausencia de partes móviles;

- modularidad: se trata de dispositivos "plug & play" en el que un elemento defectuoso puede

intercambiarse por uno nuevo en cuestión de minutos, tal y como se ilustra en la composición del equipo por tres unidades monofásicas independientemente controlables;

- independencia de fases: la configuración preferente consiste en tres elementos independientes, uno por fase, que pueden regular cada fase de forma independiente (al igual que, por supuesto, pueden regular las tres fases de forma idéntica y simultánea) ;

- disponibilidad de regulación, monitorización y obtención de medidas eléctricas de forma local o remota;

- alta eficiencia y fiabilidad;

- alta compactación;

- alta integración en las redes inteligentes;

- bajo mantenimiento;

- posibilidad de mejorar las prestaciones a medida que la electrónica de potencia vaya mejorando los dispositivos comerciales disponibles.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Se complementa la presente memoria descriptiva, con un juego de figuras, ilustrativas del ejemplo preferente, en este caso un transformador con

aislamiento dieléctrico liquido, y nunca limitativas de la invención.

La figura 1 representa una vista en perspectiva del regulador con tres cajas pues en la configuración mostrada es trifásico. La figura 2 representa una vista en perspectiva de una envolvente y de una caja para una fase.

La figura 3 representa una vista en perspectiva del interior de una caja con sus diferentes elementos electrónicos .

La figura 4 representa una cara de la placa de potencia .

La figura 5 representa la otra cara de la placa de potencia.

La figura 6 representa un esquema de la conexión del regulador con el control central.

EXPOSICIÓN DE TALLADA DE LA REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A continuación se muestra una realización de la invención con apoyo en las figuras para el caso de su uso en transformador con aislamiento dieléctrico

liquido. No obstante, la realización es igualmente aplicable al caso de un transformador de los llamados "tipo seco".

En las figuras 1 y 2 se muestra un regulador de tensión automático en carga, que comprende : una

envolvente (1) receptora de conexión por cada fase conectada a las tomas de regulación de cada una de las bobinas de media tensión del transformador, en la que se aloja y conexiona una caja (2) por cada fase que

contiene los elementos electrónicos de regulación y control, ambas envolvente (1) y caja (2) son estancas y realizadas en material plástico adecuado para operar bajo altas temperaturas, de hasta 95°C, ambientes ácidos, y con elevada rigidez dieléctrica,

suficientemente elevada como para aislar un regulador de entre 24 y 36 kV.

La caja (2) está formada por los siguientes elementos, de acuerdo a las figuras 3 a 5:

a . una placa de potencia (2.1) equipada con interruptores de estado sólido (2.11) y su electrónica de funcionamiento asociada (2.12) que además

opcionalmente comprende: resistencias de transición, drivers, elementos de protección y seguridad, además de conectores para señales de control y de potencia, disipador térmico adaptado a los componentes antes mencionados con sus correspondientes elementos de ventilación;

b . una placa de control (2.2), que se encarga de monitorizar y controlar la placa de potencia (2.1) asi como la emisión/recepción de señales por fibra óptica (5) que interactúan con un control central (3), la placa de control (2.2) comprende opcionalmente los distintos componentes de adaptación de señales, microcontrolador, conectores de señales ópticas y sensores de control de temperatura, tensión e intensidad;

c. fuente de alimentación (2.3) de salida múltiple ;

d. elementos de protección (2.4), varistores y transformadores de tensión;

careciendo cada caja (2) de partes móviles.

Opcionalmente, los interruptores de estado sólido (2.11) pueden estar formados por tiristores, IGBTs, MOSFETs, ó JBTs. En definitiva, los componentes aquí arriba descritos están configurados de manera que se alojan dentro de las cajas (2) para permitir empaquetar el mayor número de componentes en el menor espacio posible, respetando la integridad de las señales.

Opcionalmente, el cuadro de control central (3), Fig 6, comprende:

a. una placa de control central que monitoriza y controla cada una de las placas de control (2.2) de cada una de las fases mediante fibra óptica (5), formada por un microprocesador, por un microcontrolador de señales y la electrónica asociada a los mismos;

b. una unidad remota de comunicaciones (4) con entradas y salidas de conexión con la placa de control central, para monitorización , control , regulación y medida remota de la regulación automática de tensión en carga;

c. pantalla ("display") ,

d. armario continente protector.




 
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