CARRASCO AGUIRRE, Raymundo (Onceava Avenida 307, Col. Cumbres Primer SectorC.P, Monterrey Nuevo León, 64610, MX)
AVILA MONTES, Jesús (Fuente Azul 305, Col. Fuentes de AnahuacC.P, San Nicolás de los Garza Nuevo León, 66444, MX)
CARRASCO AGUIRRE, Raymundo (Onceava Avenida 307, Col. Cumbres Primer SectorC.P, Monterrey Nuevo León, 64610, MX)
REIVINDICACIONES
1. Un transformador de corriente de flujo remanente controlado que comprende: un núcleo magnético en forma toroidal que incluye una abertura central; un conductor primario, que pasa a través de dicha abertura central, al que se Ie suministra una corriente principal para inducir un flujo magnético principal en dicho núcleo magnético; un devanado secundario arrollado en dicho núcleo magnético; y donde dicho transformador de corriente se caracteriza por incluir: al menos un generador de campo de distorsión magnética, en dicho núcleo magnético, al que se Ie suministra una corriente de control temporal para generar un campo de distorsión magnética sobre dicho núcleo magnético, bajo Ia detección de Ia ocurrencia de un parámetro eléctrico relacionado con el funcionamiento de dicho transformador de corriente; en donde dicho campo de distorsión magnética se combina con un flujo magnético remanente del flujo magnético principal generando una distorsión de este último, logrando de esta manera una reducción o eliminación del flujo magnético remanente.
2. El transformador de corriente de Ia reivindicación 1, caracterizado porque dicho generador de campo de distorsión magnética incluye: un primer par de agujeros en dicho núcleo magnético; un segundo par de agujeros en dicho núcleo magnético; un primer devanado de control arrollado en dicho primer par de agujeros, al cual se Ie suministra una corriente de control temporal para generar un primer flujo magnético de control sobre dicho núcleo magnético; y un segundo devanado de control arrollado en dicho segundo par de agujeros, al cual se Ie suministra simultáneamente una corriente de control temporal para generar un segundo flujo magnético de control sobre dicho núcleo magnético, en donde dicho segundo flujo magnético de control tiene una dirección opuesta a dicho primer flujo magnético de control; en donde dichos primer y segundo flujos magnéticos de control forman el campo de distorsión magnética.
3. El transformador de corriente de Ia reivindicación . 2, caracterizado porque dicho primer par de agujeros y dicho segundo par de agujeros están adyacentes.
4. El transformador de . corriente de Ia reivindicación 2, caracterizado porque dicho primer devanado de control tiene al menos una espira.
5. El transformador de corriente de Ia reivindicación 2, caracterizado porque dicho segundo devanado de control tiene al menos una espira.
6. El transformador de corriente de Ia reivindicación 1, caracterizado porque dicha corriente de control temporal es corriente alterna o corriente continua.
7. El transformador de corriente de Ia reivindicación 1, caracterizado porque dicho parámetro eléctrico detectado es Ia interrupción de Ia corriente principal en dicho conductor primario.
8. El transformador de corriente de Ia reivindicación 1, caracterizado porque dicho parámetro eléctrico detectado es Ia presencia de un flujo remanente en dicho núcleo magnético.
9. El transformador de corriente de Ia reivindicación 1, caracterizado porque dicho parámetro eléctrico detectado es Ia saturación de dicho núcleo magnético.
10. Un método para controlar el flujo remanente en un transformador de corriente formado por un núcleo magnético en forma toroidal, un conductor primario, un devanado secundario y al menos un generador de campo de distorsión magnética, dicho método comprende los pasos de: suministrar una corriente principal a dicho conductor primario para inducir un flujo magnético principal en dicho núcleo magnético; en donde dicho método de caracteriza por incluir los pasos de: detectar Ia ocurrencia de un parámetro eléctrico relacionado con el funcionamiento de dicho transformador de corriente; y generar al menos un campo de distorsión magnética en dicho núcleo magnético, bajo Ia detección de dicho parámetro eléctrico, en donde dicho campo de distorsión magnética se combina con un flujo magnético remanente del flujo magnético principal en dicho núcleo magnético, logrando una reducción o eliminación de dicho flujo magnético remanente.
11. El método de Ia reivindicación 10, caracterizado porque dicho parámetro eléctrico detectado es Ia interrupción de Ia corriente principal en dicho conductor primario.
12. El método de Ia reivindicación 10, caracterizado porque dicho parámetro eléctrico detectado es Ia presencia de un flujo remanente en dicho núcleo magnético.
13. El método de Ia reivindicación 10, caracterizado porque dicho parámetro eléctrico detectado es Ia saturación de dicho núcleo magnético.
14. El método de Ia reivindicación 10, caracterizado porque dicho paso de generar al menos un campo de distorsión magnética en dicho núcleo magnético, bajo Ia detección de dicho parámetro eléctrico, incluye los pasos de: suministrar una corriente de control temporal, a un primer devanado de control arrollado en un primer par de agujeros en dicho núcleo magnético, para generar un primer flujo magnético de control sobre dicho núcleo magnético; y suministrar simultáneamente una corriente de control temporal, a un segundo devanado de control arrollado en un segundo par de agujeros en dicho núcleo magnético, para generar un segundo flujo magnético de control sobre dicho núcleo magnético, donde dicho segundo flujo magnético de control tiene una dirección opuesta a dicho primer flujo magnético de control; en donde dichos primer y segundo flujos magnéticos de control forman el campo de distorsión magnética en dicho núcleo magnético.
15. El método de Ia reivindicación 14, caracterizado porque dicho primer par de agujeros y dicho segundo par de agujeros están adyacentes.
16. El método de Ia reivindicación 14, caracterizado porque dicho primer devanado de control tiene al menos una espira.
17. El método de Ia reivindicación 14, caracterizado porque dicho segundo devanado de control tiene al menos una espira.
18. El método de Ia reivindicación 14, caracterizado porque dicha corriente de control temporal es corriente alterna o corriente continua. |
TRANSFORMADOR DE CORRIENTE DE FLUJO REMANENTE CONTROLADO
CAMPO TéCNICO DE LA INVENCIóN
Esta invención se refiere a los transformadores de corriente, y más particularmente a un transformador de corriente de flujo remanente controlado por medio de campos de distorsión magnética.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIóN
Actualmente los dispositivos relevadores de protección de alta velocidad, generalmente, incluyen un transformador de corriente dispuesto alrededor de un conductor de corriente de una línea de suministro eléctrico que provee corriente eléctrica a una carga. El transformador de corriente tiene un devanado secundario que está eléctricamente conectado a un dispositivo relevador de protección. El devanado secundario, en este caso, es usado para detectar una sobre carga de corriente o un desequilibrio en el mencionado conductor de corriente y, en respuesta a esta detección, proporciona una corriente eléctrica de salida, proporcional a Ia sobrecarga de corriente o desequilibrio, al dispositivo relevador de protección. Al recibir Ia señal eléctrica, el dispositivo relevador de protección inicia una interrupción de Ia corriente suministrada a Ia carga a través de Ia línea de suministro. El devanado secundario también puede ser usado para proporcionar energía para el funcionamiento de los componentes electrónicos que están dentro del dispositivo relevador de protección.
En un dispositivo relevador de protección, Ia corriente de carga, operativamente hablando, pude cubrir una gama muy amplia. Desafortunadamente, los materiales magnéticos que se encuentran disponibles para elaborar el núcleo del transformador de corriente limitan el rango dinámico operativo del dispositivo de
detección. El limite superior de este rango dinámico está limitado por Ia densidad de flujo máximo, mientras el limite inferior está limitado por Ia perdida o disminución de Ia reluctancia del núcleo. Por Io que el rango operativo de un transformador de corriente se ve limitado por el material del núcleo empleado, así como Ia exactitud de operación requerida para dicho transformador.
Actualmente una solución para incrementar el rango de corrientes de operación del transformador de corriente consiste en incrementar el volumen del material del núcleo y/o incrementar el número de vueltas del devanado secundario, pero estas soluciones tienen Ia desventaja de incrementar el tamaño del transformador de corriente, Io cual en ocasiones resulta ser inconveniente, sobre todo para aquellas aplicaciones donde el tamaño del transformador de corriente resulta ser crítico.
A menudo, un transformador de corriente tiene un núcleo en forma de un toroide, pues un núcleo toroidal continuo proporciona un completo rango de corrientes de operación dinámico y deseable. Sin embargo, el uso de este tipo de núcleo en un transformador de corriente para emplearse con un dispositivo revelador de protección resulta no ser el ideal, debido a que por Io general un dispositivo relevador de protección requiere que el trasformador de corriente Ie proporcione una corriente eléctrica con una atenuación mínima. Mientras que un transformador de corriente tenga un núcleo toroidal continuo para proporcionar un rango aceptable de corrientes de operación que sea dinámico y deseable, entonces el transformador de corriente también proveerá un flujo remanente no deseable y significante. El flujo remanente es
Ia densidad de flujo que permanece el en núcleo después de que flujo magnético principal en el núcleo ha cesado, Io cual puede suceder durante fallas severas en el sistema.
El problema principal al presentarse un flujo remanente, en los transformadores de corriente para activar dispositivos relevadores de protección, es que puede provocar Ia saturación del transformador de corriente antes de que el dispositivo relevador de protección entre en acción y por tanto provocar un daño severo en el sistema de carga.
Una de Ia técnicas actuales para reducir o eliminar el flujo remanente consiste en aplicar un voltaje más alto que el voltaje de saturación e irlo disminuyendo gradualmente hasta que el flujo remanente llegue a un nivel cercano de un 10% del flujo de saturación, sin embrago este proceso rara vez se lleva a cabo.
Otra técnica actual para reducir el nivel de flujo remanente consiste en añadir un espacio de aire al núcleo magnético, es decir remover una sección del núcleo para formar un núcleo en forma de "C". Sin embargo, cuando esto es hecho el nivel al que se alcanza Ia saturación del núcleo se decrementa, así como el rango de corrientes de operación del transformador de corriente se reduce.
Una variante de Ia solución anterior es descrita por Zoltan Giday y Alan J. Messerli en Ia patente estadounidense US-6,459,349 Bl, en Ia cual se describe un transformador de corriente formado por un núcleo magnético que tiene una superficie superior y una superficie inferior, en donde Ia diferencia entre las superficies superior e inferior define Ia altura del núcleo. El núcleo tiene una abertura concéntrica que se extiende a través de Ia altura de manera que Ia distancia entre el punto externo en Ia abertura concéntrica y el punto externo más cercano del núcleo, define el espesor del núcleo en ese punto. Pasando a través de Ia abertura del núcleo, se encuentra un conductor primario, y rodeando el espesor del núcleo se encuentra un devanado secundario. Para optimizar el uso del transformador de corriente, se añade un hueco parcial de aire al núcleo, de manera que el intervalo de operación se mejora mientras
que se reduce al mínimo Ia atenuación de remanencia. Sin embargo esta solución presenta Ia limitante de que el rango de corrientes de operación del transformador de corriente aun así se reduce.
Otra solución comúnmente usada se basa en el empleo de un núcleo hecho de láminas apiladas generalmente de láminas de acero magnético de alto costo, con el objeto de prevenir que el núcleo se sature a altos niveles de corriente. Estas láminas son dimensionadas para permitir Ia detección de corrientes en corto circuito sin causar Ia saturación del núcleo. Los transformadores de corriente con este tipo de núcleo transmiten muy pequeñas atenuaciones de remanencia, pero el rango de corrientes de operación del transformador de corriente se reduce.
En vista de las limitantes antes descritas, es necesario proveer un transformador de corriente que opere en un rango variable de corrientes de operación y que permita reducir o eliminar el flujo remanente sin Ia necesidad del empleo de núcleos de alto costo, incremento del tamaño del transformador o emplear espacios de aire o ranuras grandes en el núcleo.
SUMARIO DE LA INVENCIóN
En vista de Io anteriormente descrito y con el propósito de dar solución a las limitantes encontradas, es objeto de Ia invención ofrecer un transformador de corriente de flujo remanente controlado formado por un núcleo magnético en forma toroidal con una abertura central; un conductor primario, que pasa a través de Ia abertura central, al que se Ie suministra una corriente principal para inducir un flujo magnético principal en el núcleo magnético; un devanado secundario arrollado en el núcleo magnético; y al menos un generador de campo de distorsión magnética, en el núcleo magnético, al que se Ie suministra una corriente de control temporal para
generar un campo de distorsión magnética sobre el núcleo magnético, bajo Ia detección de Ia ocurrencia de un parámetro eléctrico relacionado con el funcionamiento del transformador de corriente; tal que el campo de distorsión magnética se combina con un flujo magnético remanente del flujo magnético principal generando una distorsión de este último, logrando de esta manera 'una reducción o eliminación del flujo magnético remanente.
Es también objeto de Ia invención ofrecer un método para controlar el flujo remanente en un transformador de corriente formado por un núcleo magnético en forma toroidal, un conductor primario, un devanado secundario y al menos un generador de campo de distorsión magnética, el método comprende los pasos de suministrar una corriente principal al conductor primario para inducir un flujo magnético principal en el núcleo magnético; detectar Ia ocurrencia de un parámetro eléctrico relacionado con el funcionamiento del transformador de corriente; y generar al menos un campo de distorsión magnética en el núcleo magnético, bajo Ia detección del parámetro eléctrico, tal que el campo de distorsión magnética se combina con un flujo magnético remanente del flujo magnético principal en el núcleo magnético, logrando una reducción o eliminación de del flujo magnético remanente.
DESCRIPCIóN BREVE DE LAS FIGURAS
Los detalles característicos de Ia invención se describen en los siguientes párrafos en conjunto con las figuras que Io acompañan, los cuales son con el propósito de definir al invento pero sin limitar el alcance de éste.
Figura 1 ilustra una vista en perspectiva de un núcleo magnético en forma toroidal de un transformador de corriente de acuerdo al invento.
Figura 2 ilustra una vista superior del núcleo magnético en forma toroidal de Ia Figura 1 con representación de Ia dirección de los flujos magnéticos de control y el flujo magnético remanente distorsionado.
Figura 3 ilustra una representación de un campo de distorsión magnética generado de acuerdo al invento.
Figura 4 ilustra un diagrama de bloques de un método para controlar el flujo remanente en un transformador de corriente de acuerdo al invento.
DESCRIPCIóN DETALLADA DE LA INVENCIóN
Con referencia a Ia Figura I 1 un transformador de corriente IO tiene un núcleo magnético 20 de forma toroidal, el cuál se forma a partir de materiales que cuentan con una alta permeabilidad magnética. El núcleo magnético 20 cuenta con una abertura central por Ia cuál pasa un conductor primario 30, y de forma arrollada al núcleo magnético 30 se encuentra un devanado secundario 40.
El núcleo magnético 20 cuenta con al menos un generador de campo de distorsión magnética 45 que a su vez puede estar formado por un primer par de agujeros 50 y un segundo par de agujeros 60 que atraviesan el grueso del núcleo magnético 20, tal que ambos pares de agujeros generalmente están adyacentes. Un primer devanado de control 70 está arrollado en el primer par de agujeros 50 y a su vez un segundo devanado de control 80 está arrollado en el segundo par de agujeros 60.
Por el conductor primario 30 pasa una corriente principal, Ia cuál induce un flujo magnético principal en el núcleo magnético 20. Mientras que el devanado
secundario 40, en este caso, pudiera ser usado para detectar una sobre carga de corriente principal o un desequilibrio en el conductor primario 30 y, en respuesta a esta detección, proporcionar una corriente eléctrica de salida, proporcional a Ia sobrecarga de corriente principal o desequilibrio', a uno o más dispositivos relevadores de protección (no mostrados).
Una corriente temporal es suministrada simultáneamente al primer devanado de control 70 y al segundo devanado de control 80 a través de unos medios para suministrar corriente temporal (no mostrados) que están eléctricamente conectados a estos devanados. Esta corriente temporal es suministrada cuando se detecta Ia ocurrencia de un parámetro eléctrico relacionado con el funcionamiento del transformador de corriente 10, tal como Ia interrupción de Ia corriente principal en el conductor primario 30, cuando hay un flujo remanente del flujo magnético principal en el núcleo magnético 20 y/o cuando se detecta Ia saturación del núcleo magnético 20.
La Figura 2 muestra una vista superior de un núcleo magnético 20 de forma toroidal alrededor de un conductor primario 30, el núcleo magnético 20 tiene al menos un generador de campo de distorsión magnética 45 que a su vez tiene un primer par de agujeros 50 entre los cuales está arrollado, con una o más espiras, un primer devanado de control 70; y un segundo par de agujeros 60 entre los cuales está arrollado, con una o más espiras, un segundo devanado de control 80.
En este caso el núcleo magnético 20 presenta un flujo remanente 90 que permanece después de que un flujo magnético principal ha cesado (el flujo magnético principal fue inducido en el núcleo magnético 20 por una corriente principal en el conductor primario 30). Es, en este momento, que se detecta Ia ocurrencia de un parámetro eléctrico relacionado con el funcionamiento del transformador de corriente
10, que en este caso puede ser Ia interrupción de Ia corriente principal en el conductor primario 30 y/o Ia presencia del flujo remanente 90 y/o cuando se detecta Ia saturación del núcleo magnético 20, entonces los medios para suministrar corriente temporal (no mostrados) suministran una corriente de control temporal al generador de campo de distorsión magnética 45, de tal manera que simultáneamente Ia corriente de control temporal es suministrada al primer devanado de control 70 y al segundo devanado de control 80, para que el primer devanado de control 70 genere un primer flujo magnético de control 100 en el núcleo magnético 20, mientras que el segundo devanado de control 80 genera un segundo flujo magnético de control 110 en dirección opuesta al primer flujo magnético de control 100; formando, ambos flujos magnéticos de control 100 y 110, un campo de distorsión magnética 120 que se combina con el flujo remanente 90. Una representación del campo de distorsión magnética 120 generado se muestran en Ia Figura 3.
El flujo remanente 90 disminuye o es eliminado al encontrarse con Ia combinación del campo de distorsión magnética 120, es decir, el campo de distorsión magnética 120 actúa temporalmente de manera análoga o equivalente a Ia función de un espacio de aire físico en el núcleo magnético 20, pero con Ia diferencia de que el tamaño del campo de distorsión magnética 120 varia según Ia intensidad de Ia corriente de control temporal suministrada al generador de campo de distorsión magnética 45, en especifico al primer devanado de control 70 y al segundo devanado de control 80, por Io que análogamente sería como tener Ia función de un espacio de aire de tamaño variable conforme a las necesidades de operación del transformador de corriente 10.
Cambiando ahora a Ia Figura 4 en conjunto con Ia Figura 2, se muestra un diagrama de bloques de un método para controlar- el flujo remanente en un transformador de corriente de acuerdo al invento. El método inicia en el paso 130
cuando una corriente principal es suministrada a un conductor primario 30 para inducir un flujo magnético principal en un núcleo magnético 20 de forma toroidal, el conductor primario 30 pasa a través de Ia abertura central del núcleo magnético 20.
Posteriormente, en el paso 140, se detecta Ia ocurrencia de un parámetro eléctrico relacionado con el funcionamiento del transformador de corriente, este parámetro eléctrico puede estar relacionado con los siguientes eventos de falla: interrupción de Ia corriente principal en el conductor primario 30, presencia de un flujo remanente en el núcleo magnético 20 y/o Ia saturación del núcleo magnético 20, por ejemplo, este último evento de falla puede ser detectado como Io describen Kang Yong Chaol y otros en Ia patente estadounidense US-6, 617839 o como Io describen Rene Allain y otros en Ia publicación de solicitud internacional de patente WO- 03065533.
Después de detectarse el parámetro eléctrico, en el paso 150, se procede a generar un campo de distorsión magnética 120 en el núcleo magnético 20, tal que el campo de distorsión magnética 120 se combina con un flujo magnético remanente 90 del flujo magnético principal en el núcleo magnético, logrando con esto una reducción o eliminación del flujo magnético remanente 90.
El campo de distorsión magnética 120 puede ser generado al suministrar, en el paso 160, una corriente de control temporal, ya sea corriente alterna o continua, a un primer devanado de control 70 para generar un primer flujo magnético de control 100 sobre el núcleo magnético 20, donde el primer devanado de control 70 está arrollado en un primer par de agujeros 50 en el núcleo magnético 20; y en el paso 170 suministrar simultáneamente Ia misma corriente de control temporal a un segundo devanado de control 80 para generar un segundo flujo magnético de control 110 en el núcleo magnético 20, en donde el segundo devanado de control 80 está arrollado en
un segundo par de agujeros 60 en el núcleo magnético 20, tal que el segundo flujo magnético de control 110 tiene una dirección opuesta al primer flujo magnético de control 100 formando así el campo de distorsión magnética 120 cuya representación de líneas de campo magnético se muestran en Ia Figura 3.
Basado en las realizaciones descritas anteriormente, se contempla que las modificaciones de los ambientes de realización descritos, así como los ambientes de realización alternativos serán considerados evidentes para una persona experta en el arte de Ia técnica bajo Ia presente descripción. Es por Io tanto, contemplado que las reivindicaciones abarcan dichas modificaciones y alternativas que estén dentro del alcance del presente invento o sus equivalentes.