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Title:
OPTIMIZED STATIC TAP CHANGER FOR HIGH-TENSION/MEDIUM-TENSION (HT/MT) AND MEDIUM-TENSION/LOW-TENSION (MT/LT) TRANSFORMERS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2007/135209
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a static tap changer for HT/MT and MT/LT distribution transformers based on switched thyristors, which achieves an increase in the number of output voltages of up to 50% for HT/MT transformers with linear adjustment and up to 100% for HT/MT transformers with coarse/fine regulation when the coarse winding is separated from the fine winding. In MT/LT transformers, there is an increase of 5 to 9 different output voltages using only 7 static switches, allowing, furthermore, passage from current manual regulation of output voltage to automatic or remotely controlled regulation.

Inventors:
MONROY BERJILLOS DARIO (ES)
GOMEZ EXPOSITO ANTONIO (ES)
Application Number:
PCT/ES2007/000287
Publication Date:
November 29, 2007
Filing Date:
May 17, 2007
Export Citation:
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Assignee:
UNIV SEVILLA (ES)
MONROY BERJILLOS DARIO (ES)
GOMEZ EXPOSITO ANTONIO (ES)
International Classes:
H01F29/04; G05F1/20
Foreign References:
US3700925A1972-10-24
US4220911A1980-09-02
US6351106B12002-02-26
US20020050829A12002-05-02
EP0644562A11995-03-22
Other References:
FAIZ J.S.B.: "New solid-state onload tap-changers topology for distribution transformers", IEEE TRANS. OF POWER DELIVERY, vol. 18, January 2003 (2003-01-01), pages 138 - 141, XP011078911
DEMIRCI O. ET AL.: "New approach to solid-state on load tap changing transformers", IEEE TRANS. OF POWER DELIVERY, vol. 13, no. 3, July 1998 (1998-07-01), pages 952 - 961, XP011049528
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Claims:

R E I V I N D I C A C I O N E S

1 a .- Dispositivo cambiador de tomas para transformadores de media/baja tensión, del tipo de los utilizados en Ia alimentación de líneas de baja tensión para permitir regular los niveles de tensión a Ia salida de dicho transformador en función de Ia carga de Ia línea de distribución asociada al mismo, estando constituido cada uno de sus tres devanados de media tensión correspondientes a cada fase, por un devanado principal dividido en dos partes iguales (3), (3 J ) y por una serie de devanados auxiliares (4), (5), (6) y (7) que pueden conectarse y desconectarse de su devanado principal para variar dicha relación de tensiones, caracterizado por incorporar, asociados a las tomas de dichos devanados auxiliares, siete interruptores electrónicos estáticos basados en electrónica de potencia (16), (17), (18), (19), (20), (21) y (22), que pueden ser regulados automáticamente o telemandados.

2 a .- Dispositivo cambiador de tomas para transformadores de media/baja tensión, según reivindicación 1 a caracterizado porque seis de los siete interruptores electrónicos (16), (17), (18), (19), (21) y (22) están distribuidos de manera que tres de ellos (16), (18) y (21) conectan cada uno una mitad del devanado principal (3) con una toma intermedia de los devanados auxiliares (8), (9) y (13), y cada uno de los otros tres (17), (19) y (22) conectan una de dichas tomas con la otra mitad del devanado principal (3'); el séptimo interruptor (20) se conecta entre Ia toma intermedia (10-11) y Ia segunda mitad del devanado principal (3'), de tal manera que mediante el accionamiento simultaneo de dos de los citados interruptores se consiguen nueve recorridos posibles de Ia corriente a través del devanado de media tensión; un primer recorrido que evita los devanados auxiliares, cuatro recorridos distintos que atraviesan los devanados auxiliares en un sentido "positivo" y cuatro recorridos que atraviesan los devanados auxiliares en un sentido "negativo", generándose nueve niveles de tensión posibles a Ia salida del transformador.

3 a .- Dispositivo cambiador de tomas para transformadores de alta/media tensión, cuyo devanado de regulación esté formado por un número k de bobinas auxiliares múltiplo de tres, capaz de sustituir al regulador electromecánico sin necesidad de alterar Ia configuración de los devanados del transformador, minimizando el número de interruptores estáticos y de tomas de regulación utilizadas, y caracterizado por emplear interruptores electrónicos distribuidos dos a dos sobre las tomas, agrupando para ello las bobinas auxiliares, cada una de n espiras, en un primer grupo de n espiras, en serie con (k-3)/3 grupos de 3n espiras y en serie con un último grupo de 2n espiras, utilizándose sólo las tomas de regulación existentes entre cada uno de estos grupos, a las que se conectan los interruptores estáticos.

4 a .- Dispositivo cambiador de tomas para transformadores de alta/media tensión, cuyo devanado de regulación esté formado por un número k de bobinas auxiliares múltiplo de tres más uno, capaz de sustituir al regulador electromecánico sin necesidad de alterar la configuración de los devanados del transformador, minimizando el número de interruptores estáticos y de tomas de regulación utilizadas, y caracterizado por emplear interruptores electrónicos distribuidos dos a dos sobre las tomas, agrupando para ello las bobinas auxiliares, cada una de n espiras, en dos grupos iniciales de n espiras, en serie con (k-4)/3 grupos de 3n espiras y en serie con un último grupo de 2n espiras, utilizándose sólo las tomas de regulación existentes entre cada uno de estos grupos, a las que se conectan los interruptores estáticos. 5 a .- Dispositivo cambiador de tomas para transformadores de potencia de alta/media tensión cuyo devanado de regulación esté formado por un número k de bobinas auxiliares múltiplo de tres más dos, capaz de sustituir al regulador electromecánico sin necesidad de alterar Ia configuración de los devanados del transformador, minimizando el número de interruptores estáticos y de tomas de regulación utilizadas, y caracterizado por emplear interruptores electrónicos distribuidos dos a dos sobre las tomas, agrupando para ello las bobinas auxiliares, cada una de n espiras, en un grupo inicial de n espiras, en serie con (k-5)/3 grupos de 3n

espiras y en serie con dos últimos grupos de 2n espiras, utilizándose sólo las tomas de regulación existentes entre cada uno de estos grupos, a las que se conectan los interruptores estáticos

6 a .- Dispositivo cambiador de tomas para transformadores de alta/media tensión según reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque el accionamiento simultáneo, de forma automática o teiemandada, de dos de los interruptores consigue 2k+1 recorridos distintos de Ia corriente a través del devanado de regulación, generándose 2k+1 valores de relaciones de tensión diferentes y equidistantes. 7 a .- Dispositivo cambiador de tomas para transformadores de alta/media tensión que sustituye al cambiador de tomas electromecánico de los transformadores dotados de regulador lineal por otro que emplea interruptores estáticos basados en electrónica de potencia según alguna de las configuraciones descritas en las reivindicaciones 3, 4, 5 y 6, caracterizado por su capacidad de duplicar el número de escalones de tensión del regulador sin alterar el devanado de regulación ni el devanado principal (P), al permitir Ia circulación de Ia corriente en ambos sentidos.

8 a .- Dispositivo cambiador de tomas para transformadores de alta/media tensión que sustituye al cambiador de tomas electromecánico de los transformadores dotados de regulador con preselector positivo- negativo por otro que emplea interruptores estáticos basados en electrónica de potencia, según alguna de las configuraciones descritas en las reivindicaciones 3, 4, 5 y 6, caracterizado porque no altera el devanado de regulación ni el devanado principal (P), eliminando Ia necesidad del preselector.

9 a .- Dispositivo cambiador de tomas para transformadores de alta/media tensión que sustituye al cambiador de tomas electromecánico de los transformadores dotados de regulador con preselector basto-fino por otro que emplea interruptores estáticos basados en electrónica de potencia, según alguna de las configuraciones descritas en las reivindicaciones 3, 4, 5 y 6 para el devanado fino de regulación, caracterizado porque no altera su estructura original ni Ia del devanado principal (P), no realiza regulación en el devanado basto (B), eliminando Ia

necesidad del preselector (I) y permitiendo el mismo número de tensiones distintas que el regulador electromecánico al que sustituye

10 a .- Dispositivo cambiador de tomas para transformadores de alta/media tensión, que sustituye al cambiador de tomas electromecánico de los transformadores dotados de regulador con preselector basto-fino por otro que emplea interruptores estáticos basados en electrónica de potencia, según alguna de las configuraciones descritas en las reivindicaciones 3, 4, 5 y 6 para el devanado fino de regulación, caracterizado porque no altera su estructura original ni Ia del devanado principal (P), permitiendo mediante dos interruptores Ia circulación o no de

Ia corriente por el devanado basto (B), incrementando el número de tensiones distintas de salida posibles en un 50% respecto del regulador electromecánico al que sustituye, eliminando la necesidad del preselector.

11 a .- Dispositivo cambiador de tomas para transformadores de alta/media tensión que sustituye al cambiador de tomas electromecánico de los transformadores dotados de regulador con preselector basto-fino por otro que emplea interruptores estáticos basados en electrónica de potencia según alguna de las configuraciones descritas en las reivindicaciones 3, 4, 5 y 6 para el devanado fino de regulación, caracterizado porque sin alterar su estructura original ni la del devanado principal (P) y mediante el uso de 4 interruptores estáticos y Ia separación física del devanado basto B del devanado principal P permite Ia circulación de Ia corriente por el devanado basto en ambos sentidos, incrementando el número de tensiones distintas de salida posibles en un 100% respecto del regulador electromecánico al que sustituye, eliminando la necesidad del preselector.

Description:

TITULO

Cambiador de tomas estático optimizado para transformadores de alta tensión/media tensión (AT/MT) y media tensión/baja tensión (MT/BT)

OBJETO DE LA INVENCIóN

La presente invención se refiere a un cambiador de tomas estático para transformadores de distribución AT/MT y MT/BT basados en tiristores conmutados que consigue un incremento del número de tensiones de salida de hasta el 50% para transformadores AT/MT con regulación lineal y hasta el 100% para transformadores AT/MT con regulador basto/fino cuando se separa el devanado basto del fino. En los transformadores MT/BT se consigue el incremento de 5 a 9 tensiones de salida diferentes utilizando sólo 7 interruptores estáticos, permitiendo además el paso de Ia actual regulación manual de Ia tensión de salida a una regulación automática o telemandada.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIóN

El mantenimiento de Ia tensión de salida de los transformadores de distribución dentro de los márgenes permitidos o deseados en función de las circunstancias de carga se viene realizando tradicionalmente mediante el cambio de Ia relación de transformación del transformador, de manera que Ia relación de tensiones cambia consecuentemente. Para ello, se dotan a los devanados principales de un conjunto de devanados auxiliares que conectándose y desconectándose del principal, añaden o reducen espiras, cambiando así Ia relación. El proceso de conmutación se realiza en Ia actualidad de dos maneras básicas: en carga o sin carga. La conmutación en carga es habitual en los transformadores AT/MT (Alta tensión/Media tensión), cuyo servicio no puede ser interrumpido sin perjudicar gravemente el funcionamiento del sistema. La conmutación sin carga es típica de los trafos MT/BT de los Centros de

Transformación, en los que el dispositivo de conmutación en carga resulta demasiado voluminoso y costoso, por Io que se admite que su servicio sea interrumpido mientras se realiza Ia conmutación.

Para Ia conmutación en carga se usa un regulador electromecánico muy voluminoso, con elementos móviles, de funcionamiento lento y que requiere un costoso mantenimiento, siendo además fuente de numerosas averías a Io largo de Ia vida útil del transformador por Ia aparición de arcos de conmutación.

Los cambiadores de tomas en caga responden en general a tres esquemas básicos:

- Regulación lineal, en Ia que las tomas de regulación se van conmutando sucesivamente, añadiendo o detrayendo un número constante de espiras según el cambiador de tomas conmute en un sentido o en el contrario. - Regulación con preselector positivo-negativo, en el que el rango de regulación es dos veces Ia tensión del arrollamiento de regulación, conectando el arrollamiento principal a uno u otro extremo del de regulación y por tanto, sumando o restando Ia tensión del mismo. Regulación con preselector basto-fino, que permite incluir o eliminar un arrollamiento sin tomas de regulación (basto) cuya tensión es igual a Ia del arrollamiento con tomas (fino), duplicando el rango de regulación del mismo.

Para Ia conmutación sin carga se usa en Ia actualidad un cambiador de tomas bajo tapa, que de forma manual y tras poner fuera de servicio previamente el transformador, permite realizar puntualmente cambios en Ia relación de transformación. En este caso, el número de tomas y tensiones posibles es muy escaso.

Estas limitaciones quedan solventadas en gran medida en Ia solicitud de patente P200500403, de título "Cambiador de tomas para transformadores de media/baja tensión". En dicha solicitud se presenta un nuevo enfoque de aplicación de interruptores estáticos basados en tiristores conmutados aplicable de forma casi inmediata a los transformadores de media/baja tensión con Ia posibilidad de incrementar el número de tensiones de salida

de los 5 valores habituales hasta 9 valores diferentes sin que ello signifique variación significativa de Ia disposición constructiva del transformador actual, usando para ello 8 interruptores estáticos.

DESCRIPCIóN DE LAS FIGURAS

Figura 1.-

Esquema de bobinas de una fase de un transformador AT/MT con regulación lineal. La fase consta de un arrollamiento principal (P) y otro de regulación dividido en grupos de n espiras entre cada dos de los cuales hay tomas accesibles (t). Un contacto móvil (c) puede desplazarse de forma automatizada o telemandada de una a otra para añadir o detraer grupos de n espiras al devanado principal, cambiando así Ia relación de transformación del transformador y con ello Ia tensión de salida.

Figura 2.-

Esquema de bobinas de una fase de un transformador AT/MT con preselector positivo-negativo. La fase consta de un arrollamiento principal (P) y otro de regulación dividido en grupos de n espiras entre cada dos de los cuales hay tomas accesibles (t). El arrollamiento de regulación se une al principal a través de un conmutador (cpn) para poder preseleccionar de esta manera el sentido de Ia corriente por el arrollamiento de regulación. Un contacto móvil (c) puede desplazarse de forma automatizada o telemandada de una toma a otra para añadir o detraer grupos de n espiras que a su vez se sumarán o restarán al devanado principal según el sentido de Ia corriente, cambiando así Ia relación de transformación del transformador y con ello Ia tensión de salida.

Figura 3.- Esquema de bobinas de una fase de un transformador AT/MT con preselector basto-fino. La fase consta de un arrollamiento principal (P), un arrollamiento de regulación basto (B) en serie con el principal, con tomas accesibles (t) en sus extremos, y otro de regulación fino dividido en grupos

de n espiras entre cada dos de los cuales hay tomas accesibles (t). El arrollamiento de regulación se puede unir al basto o bien al principal a través de un conmutador (cbf) para poder preseleccionar de esta manera si el arrollamiento basto se hace intervenir o no. Un contacto móvil (c) puede desplazarse de forma automatizada o telemandada de una toma a otra para añadir o detraer grupos de n espiras que a su vez se sumarán o restarán al arrollamiento basto y a' principal o bien sólo al devanado principal, cambiando así Ia relación de transformación del transformador y con ello Ia tensión de salida.

Figura 4.-

Esta figura representa Ia manera de conectar los interruptores estáticos basados en electrónica de potencia (I) a las tomas de regulación de los transformadores AT/MT existentes en Ia actualidad. Como se indica en Ia figura, sólo han de conectarse las tomas que correspondan a grupos de espiras del devanado de regulación en las secuencias 1n, 3n, 3n,..., 3n, 2n para el caso de ser el número de grupos de n espiras múltiplo de 3 (Figura A); 1n, 1n, 3n, 3n,... , 3n, 2n para el caso de ser el número de grupos de n espiras múltiplo de 3 más 1 (figura B) o 1n, 3n, 3n,... , 3n, 2n, 2n para el caso de ser el número de grupos de n espiras múltiplo de 3 más 2 (figura C).

Figura 5.-

Esta figura representa Ia estructura simplificada de uno de los devanados de

Media Tensión de un transformador típico de distribución MT/BT. Cada fase del devanado de media tensión está dividida en bobinas principales separadas en dos partes (3), (3'), a cada una de las cuales se conectan dos bobinas auxiliares (4), (5), (6), (7) mediante los puntos de unión (8), (9), (10), (11), (12), (13). Dichos bornes pueden a su vez conectarse o desconectarse mediante un conjunto de conexiones mecánicas, (14).

Figura 6.-

En Ia figura se representa una sola fase del devanado de media tensión de un transformador MT/BT igual al representado en Ia figura 5 utilizando 8

interruptores estáticos basados en tiristores conmutados (16), (17), (18), (19), (20), (21), (22), (23).

Figura 7.-

En Ia figura se representa una sola fase del devanado de media tensión de un transformador MT/BT igual al representado en Ia figura 5 utilizando 7 interruptores estáticos basados en tiristores conmutados (16), (17), (18), (19), (20), (21), (22).

Figura 8.-

En Ia figura se representa el esquema de una sola fase del devanado de alta tensión de un transformador ATYMT con la estructura correspondiente a una regulación lineal al que se Ie ha sustituido ei regulador electromecánico por interruptores estáticos basados en electrónica de potencia. El arrollamiento de regulación está dividido en grupos de bobinas de regulación con Ia secuencia de espiras 1n, 3n 3n, 2n, entre los cuales están las tomas de regulación a las que se conectan los interruptores estáticos. Dicho arrollamiento de regulación se conecta en serie al arrollamiento principal, representado en Ia figura con Ia letra (P).

Figura 9.-

En Ia figura se representa el esquema de una sola fase del devanado de alta tensión de un transformador AT/MT con la estructura correspondiente a una regulación con preselector basto-fino , al que se Ie ha sustituido el regulador electromecánico por interruptores estáticos basados en electrónica de potencia .El arrollamiento de regulación fino está dividido en grupos de bobinas de regulación con Ia secuencia de espiras 1n, 3n,..., 3n, 2n, entre los cuales están las tomas de regulación a las que se conectan los interruptores estáticos basados en electrónica de potencia. Dicho arrollamiento de regulación fino puede ser conectado al arrollamiento basto (B) de tres formas distintas: directamente en serie con éste (figura I), a través de dos interruptores estáticos que permitan añadirlo o puentearlo

(figura II), o a través de cuatro interruptores estáticos (figura Ul) que permiten polarizarlo directamente o inversamente antes de conectarlo o no al devanado principal (P).

Figura 10.-

En Ia figura se representa el esquema de una sola fase del devanado de alta tensión de un transformador AT/MT con Ia estructura correspondiente a una regulación lineal al que se Ie ha sustituido el regulador electromecánico por interruptores estáticos basados en electrónica de potencia. El arrollamiento de regulación está dividido en 5 grupos de bobinas de regulación con Ia secuencia de espiras 1n, 3n, 3n, 3n, 2n, entre los cuales están las tomas de regulación a las que se conectan los interruptores estáticos (10a, 10b,..., 101). Dicho arrollamiento de regulación se conecta en serie al arrollamiento principal, representado en Ia figura con Ia letra (P).

Figura 11.-

En Ia figura se representa el esquema de una sola fase del devanado de alta tensión de un transformador AT/MT con Ia estructura correspondiente a una regulación con preselector basto-fino , al que se Ie ha sustituido el regulador electromecánico por interruptores estáticos basados en electrónica de potencia .El arrollamiento de regulación fino está dividido en 5 grupos de bobinas de regulación con Ia secuencia de espiras 1n, 3n, 3n, 3n, 2n, entre los cuales están las tomas de regulación a las que se conectan los interruptores estáticos basados en electrónica de potencia (11a, 11b,..., 111).

Dicho arrollamiento de regulación fino se conecta al arrollamiento basto (B) a través de dos interruptores estáticos (11m, Hq) que permitan añadirlo o puentearlo antes de conectarlo al devanado principal (P).

BREVE DESCRIPCIóN DE LA INVENCIóN

La presente invención consiste en un cambiador de tomas estático que permite versiones aplicables tanto a transformadores reductores de alta

tensión a media tensión (transformadores AT/MT) como a transformadores reductores de media tensión a baja tensión (transformadores MT/BT) basado en electrónica de potencia con una configuración nueva de los elementos que Io integran, de manera que en el caso de los transformadores AT/MT se consigue Ia sustitución directa del cambiador de tomas electromecánico por otro electrónico con minimi2ación del número de interruptores estáticos utilizados en el cambiador de tomas e incluso el aumento del rango de regulación en los tipos de regulación lineal y regulación con preselector basto-fino, y en el caso de los transformadores MT/BT se consiguen 9 tensiones de salida diferentes utilizando sólo 7 interruptores estáticos, sin que ello implique cambios relevantes en Ia estructura y configuración de los transformadores habitualmente empleados en las instalaciones actuales. Este último caso mejora significativamente Ia solución de 8 interruptores estáticos propuesta hasta ahora, dado que disminuir el número de interruptores es un factor importante en Ia aplicación práctica de! sistema tanto técnica como económicamente.

DESCRIPCIóN DETALLADA DE LA INVENCIóN

La invención consiste en una nueva forma de reagrupar los devanados de regulación y las tomas que dan acceso a los mismos, sustituyendo los cambiadores de tomas mecánicos y electromecánicos por otros basados en interruptores estáticos que permiten en todo caso Ia regulación en carga y automatizada o telemandada.

Cada fase de un arrollamiento con tomas de regulación puede representarse como se indica en Ia figura 1. Entre cada dos tomas existe un número fijo de espiras n que corresponde a un escalón de tensiones. A medida que el contacto principal va recorriendo las tomas, se van sumando o restando espiras en grupos de n unidades al devanado principal (P), realizándose así

Ia regulación. A su vez, si se cambia el sentido de Ia corriente que recorre las espiras, Ia tensión correspondiente a cada escalonamiento podrá restarse en vez de sumarse, duplicándose así el rango de Ia regulación,

como se indica en Ia figura 2. Los sistemas mecánicos actuales conmutan de una toma a otra mediante contactos móviles secuencíales que sólo permiten lentas subidas o bajadas escalón a escalón y provocan arcos de conmutación que obligan a un mantenimiento permanente. La sustitución de estos contactos móviles por interruptores electrónicos de potencia basados en tiristores conmutados evita esos problemas, permitiendo saltos rápidos de cualquier magnitud dentro del rango del regulador, sin arcos de conmutación. La presente invención aprovecha esa capacidad de los interruptores electrónicos para conseguir ventajas adicionales sin que ello implique cambios en los propios devanados de regulación.

Así, mediante el cambio de sentido de Ia corriente que polariza las bobinas de regulación en sentido inverso, puede conseguirse disminuir el número de tomas necesarias agrupando los arrollamientos auxiliares de regulación, formados originalmente por k grupos de n espiras en serie y tomas intermedias entre cada dos de ellos, en conjuntos de 1n espiras, 2n espiras o 3n espiras conectados en serie en unas secuencias determinadas. Estos agrupamientos son óptimos si se realizan en las secuencias siguientes:

. 1n, 2n, para 3 grupos de n espiras.

. 1n, 1n, 2n, para 4 grupos de n espiras.

. 1n, 2n, 2n, para 5 grupos de n espiras.

. 1n, 3n, 2n, para 6 grupos de n espiras.

. 1n, 1n, 3n, 2n, para 7 grupos de n espiras. . 1n, 3n, 2n, 2n, para 8 grupos de n espiras.

. 1n, 3n, 3n, 2n, para 9 grupos de n espiras

Es decir, cada fase del arrollamiento de regulación siempre tendrá un grupo inicial de 1n espiras y otro final de 2n espiras. Si el número k de grupos de n espiras es múltiplo de 3, las restantes espiras se agruparán en (k-3)/3 grupos de 3n espiras. Si el número k de grupos de n espiras supera en una unidad a un múltiplo de 3, se colocará un segundo grupo de 1n espiras y las restantes se agruparán en (k-4)/3 grupos de 3n espiras. Si el número k de

grupos de n espiras supera en dos unidades a un múltiplo de 3, se colocará un penúltimo grupo de 2n espiras antes del último, y las restantes se agruparán en (k-5)/3 grupos de 3n espiras.

Por tanto, las agrupaciones habrán de hacerse en Ia secuencia 1n, 3n, 3n,,.. , 3n, 2n, para el caso de un número de grupos de n espiras múltiplo de 3, o bien 1n,1n, 3n, ... , 3n, 2n; y 1n, 3n, ... , 3n, 2n, 2n para los casos intermedios entre dichos múltiplos.

Los esquemas correspondientes a cada una de las agrupaciones se indican en los tres gráficos de Ia figura 4. En ellos puede observarse que, según se abran o cierren los interruptores estáticos, puede conseguirse añadir o detraer bobinas en grupos de n espiras, dentro de un rango que va desde cero hasta Ia suma total de espiras del arrollamiento de regulación, en escalones regulares. Además para cada valor de tensión de salida sólo han de cerrarse dos de los interruptores, estando todos los demás abiertos, Io que implica que sólo habrá dos interruptores en serie simultáneamente en cada caso. También puede observarse que se hacen innecesarias dos tomas por cada grupo de 3n espiras y una toma por cada grupo de 2n espiras. La invención puede dividirse en dos sistemas básicos, según se aplique a transformadores AT/MT o a transformadores MT/BT.

Transformadores MT/BT

La presente invención sustituye el modelo de conmutador estático de tomas de 8 interruptores por otro que realiza Ia misma función pero empleando sólo 7 interruptores, sin más que reagrupar los devanados auxiliares de manera diferente, como se indica a continuación:

La configuración habitual simplificada de un transformador de distribución MT/BT se indica en la figura 5. En ella se observa una de las tres fases del devanado de MT que se compone de una bobina principal dividida en dos partes (3) y (3'), cada una de NP/2 espiras, a cada una de las cuales se conectan dos bobinas auxiliares (4), (5), (6), (7), cada una de N espiras. Los puntos de unión (8), (9), (10), (11), (12), (13), son accesibles mediante bornes soldados al efecto (tomas). En Ia configuración actual dichos bornes pueden a su vez conectarse o desconectarse mediante un conjunto de

conexiones mecánicas, (14), que se accionan manualmente a través de un mecanismo cuyo mando se encuentra situado en Ia tapa de Ia cuba del transformador, y que responden al esquema de conexiones de la figura. De esa manera, cerrando y abriendo las conexiones, se van añadiendo las bobinas auxiliares a las bobinas principales, cambiándose Ia relación de transformación y con ello !a tensión de salida del transformador, consiguiéndose 5 tensiones diferentes de salida para una misma tensión de entrada, o bien una misma tensión de salida para 5 valores diferentes de Ia tensión de entrada. En Ia figura 6 se utilizan 8 interruptores (16),(17),... ,(23) y se consiguen 9 relaciones de transformación diferentes y con ello 9 tensiones diferentes de salida sin cambiar Ia estructura ni el número de las bobinas existentes actualmente en los transformadores MT/BT. Sí se hace necesario separar las bobinas auxiliares de las principales para adoptar Ia configuración del esquema, Io que puede realizarse con una intervención mínima en los transformadores ya existentes o de forma inmediata en los de posterior fabricación. El incremento en el número de tensiones se consigue porque el montaje permite Ia circulación de corriente tanto en un sentido como en el contrario en cada bobina auxiliar, según qué interruptores estén abiertos o cerrados, con Io que los flujos generados pueden tanto sumarse como restarse, siendo esta última posibilidad Ia que permite el incremento de valores de tensión obtenibles, como se indica en Ia siguiente tabla:

De esta forma, el flujo generado se sumará o restará al principal según sea Ia conexión, mientras que en los montajes actuales sólo se suma, consiguiéndose así añadir cuatro valores más a los 5 del montaje de Ia figura 5 sin cambios significativos en Ia estructura habitual de los transformadores actualmente en uso, como se indica en Ia tabla anterior.

Sin embargo, Ia presente invención propone una configuración aún más económica que consigue igualmente 9 relaciones de transformación diferentes y con ello 9 tensiones de salida, pero usando sólo 7 interruptores en vez de 8, con una variación simple del esquema, como se observa en Ia figura 7, y en los datos de Ia tabla siguiente:

Como puede observarse de Ia tabla y Ia figura 7, mediante el accionamiento simultáneo de dos de los interruptores se consigue que Ia corriente pueda tomar hasta nueve recorridos posibles a través del devanado de media tensión; un primer recorrido que evita los devanados auxiliares, cerrando los interruptores (16) y (17), cuatro recorridos distintos que atraviesan los devanados auxiliares en un sentido "positivo", cerrando cada vez las parejas de interruptores ((16), (19)), ((16), (20)), ((18), (22)), ((16), (22)), y cuatro recorridos que atraviesan los devanados auxiliares en un sentido "negativo", cerrando cada vez las parejas de interruptores ((17), (21)), ((19), (21)), ((20), (21)), ((17), (18)), generándose nueve niveles de tensión posibles a Ia salida de) transformador.

Este último caso mejora significativamente Ia solución de 8 interruptores estáticos propuesta hasta ahora, tanto en viabilidad técnica como económica, pues el número de interruptores estáticos es determinante, tanto por su coste, como por el espacio que ocupan en el transformador y Ia necesidad de control y refrigeración de los elementos de electrónica de potencia empleados. - Transformadores AT/MT con regulación lineal

Este tipo de regulación en carga utiliza un conmutador de tomas en carga

que va añadiendo o detrayendo paquetes de n espiras, para regular Ia tensión de salida en escalones iguales, según se indica en Ia figura 1. En Ia figura 8 se muestra una configuración propuesta en esta patente. El arrollamiento principal está indicado con Ia letra P, y puede observarse Ia agrupación de tomas y disposición de los interruptores estáticos del arrollamiento de regulación que propone ia presente invención para conseguir de forma óptima Ia regulación de tensiones con una ampliación al doble del rango de regulación, al permitir Ia polarización de las bobinas en ambos sentidos, de forma análoga al método indicado en Ia aplicación a los transformadores MTYBT. Además se disminuye sensiblemente el número de tomas necesarias en el devanado de regulación.

Transformadores A T/MT con preseledor basto/fino. En este tipo de regulación, representado en Ia figura 3, el arrollamiento con tomas se conecta al principal a través de un conmutador que permite a su vez añadir o no un segundo arrollamiento auxiliar (arrollamiento basto, indicado con Ia letra B) con sólo dos tomas y con un número de espiras igual al total del arrollamiento con tomas. En Ia figura 9 (I) se muestra Ia configuración propuesta en esta patente capaz de realizar las mismas funciones que Ia indicada en la figura 3, sin hacer cambios en Ia estructura original de los devanados, con disminución del número de tomas y eliminación de! preselector (cbf). En la figura 9 (II) se indica la propuesta en esta invención que permite añadir un 50% más de escalones de tensión, al permitir invertir Ia polarización del arrollamiento con tomas, agrupando éstas según Ia disposición óptima ya indicada. Además se disminuye sensiblemente el número de tomas necesarias sin cambiar Ia estructura de los devanados, como en el caso anterior. También, si fuera posible separar el arrollamiento basto del principal, se podrían aumentar los escalones hasta un 100%, usando dos interruptores más que permitan también polarizar inversamente el arrollamiento basto, como se indica en Ia figura 9 (III). - Transformador A T/MT con preselector positivo-negativo.

En este caso, el arrollamiento con tomas se conecta al principal mediante un conmutador de manera que Ia corriente puede polarizar los devanados auxiliares en ambos sentidos, con Io que Ia tensión de cada escalón puede

sumarse o restarse a Ia del devanado principal, como se indica en la figura 2. En Ia figura 8 se indica Ia configuración propuesta en esta patente para este tipo de regulador, en Ia que también se disminuye el número de tomas de regulación y se elimina el conmutador correspondiente al preselector positivo-negativo (cpn).

MODO DE REALIZACIóN DE LA INVENCIóN

Transformadores MT/BT.- A partir del esquema indicado en Ia figura 7 correspondiente a una fase de! devanado de media tensión de un transformador MT/BT, y considerando una relación de tensiones típica de 20.000/400 V en condiciones nominales, se muestran seguidamente los diferentes valores de tensiones de salida que pueden obtenerse según el estado de los interruptores, suponiendo una alimentación fija a 20.000 V.

Como puede observarse, Ia regulación de la tensión de salida

es mucho más amplia, permitiendo adaptarse a un rango mayor de variaciones en Ia tensión de entrada o de caídas de tensión, y además hacerlo automáticamente sin interrupción del suministro.

- Transformadores AT/MT con regulación lineal o con preselector positivo-negativo. -

Si consideramos el esquema de Ia figura 8 y se aplica a un transformador 66/20 kV, cuyo arrollamiento de regulación tiene 12 escalones de n espiras, como se indica en Ia figura 10, cada uno de los cuales corresponde a un 1% de Ia tensión nominal, se podrían obtener valores de salida desde 17600 V hasta 22400 V, en escalones de 200V, de forma similar a Ia indicada en el ejemplo anterior del transformador MT/BT.

Así, para conseguir Ia relación de tensiones nominal, bastará cerrar los interruptores 9a y 9b, manteniendo abiertos los demás. Para añadir 7n espiras habrán de cerrarse los interruptores 9a y 9h. Para detraer 5n espiras (añadir 5n espiras polarizadas inversamente) habrán de cerrarse los interruptores 9k y 9h. De forma análoga habrá de procederse con todos los demás valores:

- Transformador A T/MT con preselector basto fino. -

Si se considera el esquema de Ia figura 9 (II) y se aplica a un transformador 66/20 kV, cuyo arrollamiento de regulación "fino" tiene 12 escalones de n espiras, como se indica en Ia figura 11 , cada uno de los cuales corresponde a un 1% de Ia tensión nominal Un, y un arrollamiento de regulación "basto", indicado en Ia figura con Ia letra B, de 12n espiras, se podrían obtener valores de salida desde 15200 V hasta 22400 V en escalones de 200V, de forma similar a Ia indicada en el ejemplo anterior del transformador MT/BT.

Así, para conseguir Ia relación de tensiones nominal, bastará cerrar los interruptores 11a, 11b y 11 m, manteniendo abiertos los demás. Para añadir 7n espiras habrán de cerrarse los interruptores 11a, 11h y 11 m. Para detraer 5n espiras (añadir 5n espiras polarizadas inversamente) habrán de cerrarse los interruptores 11 k, 11h y 11m. Para detraer 15n espiras habrán de cerrarse por ejemplo los interruptores 11e, 11d y 11q. De forma análoga habrá de procederse con todos los demás valores:

Procediendo de Ia manera indicada en Ia tabla puede conseguirse el rango de tensiones indicado en el ejemplo. De forma análoga se procedería con las otras dos configuraciones posibles aplicables a transformadores con preseiector basto-fino indicadas en Ia figura 9 (1) y 9 (III).