ES2225523T3 - Transformadores de tension acoplados a condensador. - Google Patents
Transformadores de tension acoplados a condensador.Info
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Abstract
CH y CL son bancos de condensadores de alta y de baja tensión, respectivamente, conectados en serie entre un carril 10 y tierra. Conectado entre bornes del banco CL de condensador de baja tensión están los otros componentes del CVT, usualmente un elemento de reactancia de sintonización, un transformador reductor y un circuito ferrorresonante de amortiguación de la oscilación. Estos componentes se
Description
Transformadores de tensión acoplados a
condensador.
Esta invención se refiere genéricamente a
transformadores de tensión acoplados a condensador, también
conocidos como transformadores condensadores de tensión o CVT. Estos
transformadores de usan, inter alia, como los transformadores
principales para instrumentación de interfaz, tal como aparatos de
medida y dispositivos de protección, con sistemas de tensión extra
alta (EHV) y ultra alta (UHV).
Actualmente se prefieren los transformadores
condensadores de tensión a los transformadores convencionales de
tipo electromagnético pues, en comparación, son menos caros y de
menor tamaño. Sin embargo, debido a su construcción, los CVT no
tienen una buena característica en frecuencia y, generalmente, se
sintonizan para dar una imagen precisa de su tensión primaria a una
tensión reducida, normalmente de 60 a 100 voltios, únicamente para
la componente fundamental de frecuencia. La medida precisa en
niveles de EHV y UHV que precisen un ancho de banda más ancho no es
posible si el único transformador de instrumental presente en el
sistema es del tipo CVT.
La evaluación de la calidad de la energía en
sistemas de energía eléctrica se ha convertido en un requisito
importante en la moderna gestión de sistemas de suministro de fluido
eléctrico. Un requisito en la evaluación de la calidad de la energía
es cumplir con los estándares nacionales e internacionales para
evitar la contaminación de harmónicos en el sistema. Los estándares
se aplican tanto a tensiones como a intensidades de corriente.
Hasta ahora, no hay un procedimiento técnicamente
adecuado para medir tensiones de armónicos en sistemas de EHV y UHV.
Esto únicamente es posible usando pruebas y disposiciones de medida,
especiales y costosas. El documento US 4327390 describe un CVT
dotado de un transformador de intensidad para volver a conectar la
tensión en el condensador de baja tensión si fallara la conexión de
alta tensión. Este CVT no aborda el problema de la respuesta en
frecuencia de todo el circuito. Los documentos US 4914382 y 5473244
describen, respectivamente, usos conocidos de transformadores de
intensidad y dispositivos de efecto Hall para propósitos no
relacionados con el problema resuelto por esta invención.
Es un objetivo de la presente intención permitir
que uno use con éxito CVT convencionales en la medida de armónicos
de sistemas EHV y UHV. Es un objetivo adicional de la invención
conseguir esto con un coste mínimo, con poco gasto de tiempo y con
una precisión realzada de la medida. Es otro objetivo de la
invención hacerlo posible para realizar exactas medidas de armónicos
en sistema de energía eléctrica donde los transformadores
principales de instrumental son del tipo CVT convencional. Esto,
hasta ahora, no ha sido conseguible. Aún es otro objetivo de la
invención permitir que transformadores de tensión con condensador
que ya estén en servicio, sean transformados con los medios
necesarios a fin de estar de conformidad con la invención, y hacer
esto fácilmente y con una buena relación coste/rendimiento.
De acuerdo con la presente intención se
proporciona un procedimiento para determinar parámetros de la
tensión de entrada de un transformador condensador de tensión, el
cual incluye medio condensador de alta tensión y medio condensador
de baja tensión conectado entre bornes de la tensión de entrada, el
cual comprende medir la intensidad que fluye por al menos uno de los
mencionados medios condensador, y obtener, a partir de las medidas,
los parámetros requeridos de la tensión de entrada.
Preferiblemente, los parámetros requeridos son
los valores armónicos de la tensión de entrada.
Además, de acuerdo con la invención se
proporciona un procedimiento para transformar un transformador
condensador de tensión el cual tiene un medio condensador de alta
tensión y medio condensador de baja tensión dispuestos para ser
conectados entre bornes de una tensión de entrada, mediante los
cuales se pueden determinar los parámetros de la tensión de entrada,
lo que comprende la instalación del transformador con al menos un
sensor de intensidad para medir la intensidad que fluye por al menos
uno de los mencionados medios condensador.
La invención también proporciona un transformador
condensador de tensión que comprende un medio condensador de alta
tensión y un medio condensador de baja tensión dispuestos para ser
conectados entre bornes de una tensión de entrada, estando dispuesto
el medio sensor de intensidad para detectar la intensidad que fluye
por al menos uno de los mencionados medios condensador, y estando
dispuesto el medio de medida para proporcionar, a partir de los
valores detectados de intensidad, una medida de los parámetros de la
tensión de entrada.
En una realización, el transformador comprende
sensores de intensidad primero y segundo, respectivamente, para
medir la intensidad que fluye por el mencionado medio condensador de
alta tensión y en el mencionado medio condensador de baja
tensión.
En una realización alternativa, el transformador
comprende un único sensor de intensidad dispuesto para medir la
intensidad total en el transformador. Usando un procedimiento de
aproximación, uno aún puede obtener los parámetros requeridos, sólo
con el sensor de intensidad.
Con el fin que la invención sea comprendida más a
fondo, ahora se describirán un cierto número de realizaciones de
acuerdo con la invención a modo de ejemplo y haciendo referencia a
los dibujos que se acompañan. En los dibujos:
la figura 1 es un diagrama esquemático del
circuito de un conocido transformador convencional condensador de
tensión;
la figura 2 es un diagrama esquemático del
circuito del transformador de la figura 1 modificado de acuerdo con
la invención por la adición de dos sensores de intensidad; y,
la figura 3 es un diagrama esquemático del
circuito del transformador de la figura 1, modificado de acuerdo con
la invención por la adición de un único sensor de intensidad, usando
un procedimiento de aproximación.
Antes de describir las reivindicaciones de
acuerdo con la invención, primero se hace referencia al CVT de la
técnica anterior mostrado en la figura 1. C_{H} y C_{L} son
bancos de condensadores de alta y de baja tensión, respectivamente,
conectados en serie entre un carril 10 y tierra. Conectado entre
bornes del banco C_{L} de condensador de baja tensión están los
otros componentes del CVT, usualmente un elemento de reactancia de
sintonización, un transformador reductor y un circuito
ferrorresonante de amortiguación de la oscilación. Estos componentes
se indican genéricamente con 12. La tensión de entrada del CVT se
indica como V_{in} y la tensión de salida como V_{o}. La caída
de tensión entre bornes del condensador de alta tensión C_{H} se
indica como V_{CH} y la caída de tensión entre bornes del
condensador de baja tensión C_{L} se indica como V_{CL}.
Las características inherentes de un CVT hacen
que se éste comporte eléctricamente como un filtro, con la pasabanda
principal sintonizada con precisión respecto de los componentes
fundamentales de frecuencia. Esto, a su vez, implica que la salida
del transformador no representa una imagen exacta del contenido de
frecuencia de la señal de entrada sobre todo el espectro de
frecuencia.
La suma de la caída de tensión V_{CH} entre
bornes del condensador de alta tensión C_{H} y de la caída de
tensión V_{CL} entre bornes del condensador de baja tensión
C_{L}, es siempre igual a la tensión de entrada V_{in},
independientemente de los componentes y conexiones en el circuito
12. Esta relación sigue siendo verdad en todas las frecuencias del
espectro. Además, la intensidad que fluye por el CVT depende de la
tensión de entrada V_{in}.
Por lo tanto, si uno conoce los valores de los
condensadores C_{H} y C_{L} y también la intensidad por cada
banco de condensadores, se puede medir la tensión de entrada
V_{in}. Esto es válido para todas las frecuencias en la señal de
entrada.
Los valores de C_{H} y de C_{L} se conocen
por su diseño y se dan en la hoja de datos del CVT. Se propone, de
acuerdo con la invención, que se midan las intensidades en los
correspondientes bancos de condensadores C_{H} y C_{L}, usando
sensores de intensidad.
La figura 2 muestra la inclusión de sensores de
intensidad de acuerdo con la invención. Se hace referencia a los
sensores de intensidad como sensores de intensidad de calidad de
energía y se indican como PQCS1 y PQCS2. Están conectados en serie
con los bancos de condensadores y entre el banco de condensador
C_{L} de baja tensión y tierra. El circuito 12 está conectado a un
punto 14 entre los dos bancos de condensadores mediante un primer
conductor 16 y hasta un punto 18 entre los dos sensores de
intensidad mediante un conductor 20. Cada uno de los sensores de
intensidad PQCS1 y PQCS2 está conectado a un circuito 22 de medida
de tensión mediante conductores 24 y 26, respectivamente.
Los sensores PQCS1 y PQCS2 de intensidad pueden
ser de cualquier tipo adecuado, por ejemplo, transformadores de
intensidad o dispositivos de efecto Hall.
En la figura. 2, el sensor PQCS1 mide toda la
intensidad del CVT que fluye por el banco C_{H} de condensadores
de alta tensión. El otro sensor PQSC2 mide la intensidad que fluye
por el banco C_{L} de condensadores de baja tensión. La colocación
del sensor PQCS1 puede ser diferente respecto de la mostrada en la
figura 2, en función del tipo y de la fabricación del CVT, pero es
esencial que mida la intensidad total del CVT.
Los sensores PQCS1 y PQCS2 de intensidad pueden
tener dispositivos protectores conectados entre sus bornes para
impedir daño debidos a fallos internos del CVT. Dichos dispositivos
protectores están instalados preferiblemente en un punto donde están
al potencial de tierra, con el fin de reducir o eliminar la
necesidad de altos niveles de aislamiento para los dispositivos
protectores.
Las señales de salida procedentes de los sensores
PQCS1 y PQCS2 de intensidad se alimentan hasta el circuito 22 de
medida de tensión. En el circuito 22, primero se obtienen las
tensiones entre bornes de cada banco C_{H} y C_{L} de
condensadores, y, a continuación, se deduce la tensión total de
entrada V_{in} sumando las dos tensiones entre sí.
En una modificación respecto del circuito
mostrado en la figura 2, en algunos diseños de transformador de
tensión de condensador, puede ser más fácil conectar uno u otro de
los sensores de intensidad PQCS1 y PQCS2 en el conductor 20 de
retorno del circuito 12. Sin embargo, independientemente de donde
estén situados los sensores de intensidad, el objetivo es medir la
intensidad total del CVT y la intensidad a través del condensador
C_{L} de baja tensión desde dos ramificaciones.
Es posible una simplificación adicional en la
medida aceptando una aproximación en relación con el circuito CVT.
Esta aproximación introduce algunos errores en la medida de
armónicos, pero estos errores se han mostrado ser relativamente
pequeños para diferentes modelos CVT, que se han considerado.
En el procedimiento simplificado, que se ilustra
mediante el circuito de la figura 3, en el CVT únicamente se mide la
intensidad total. Esta intensidad total se puede medir usando
únicamente un sensor PQCS1 de intensidad de calidad de energía
situado en el recorrido principal de tierra del CVT. El sensor está
conectado al circuito 22 de medida de tensión por el conductor 24, y
el circuito 22 de medida de tensión está conectado al lado de salida
del circuito 12. La principal caída de tensión en un transformador
de tensión con condensador está en el banco C_{H} de condensadores
de alta tensión. Habiendo medido la intensidad en el CVT, se puede
suponer que todas las caídas de tensión del sistema están entre
bornes de un condensador de alta tensión recientemente calculado o
compensado. La capacidad del nuevo condensador ficticio o compensado
se calcula usando la tensión V_{o} de salida del CVT en el
componente fundamental de frecuencia, cuya relación de
transformación nominal de CVT se conoce y se supone exacta, y la
intensidad del CVT en el componente fundamental de frecuencia.
Cuando se conoce la capacidad del condensador ficticio, entonces se
pueden calcular las tensiones de otras frecuencias usando la
intensidad medida. La ventaja que se consigue usando este
procedimiento de aproximación es que únicamente se necesita un
sensor PQSC1 de intensidad con el fin de medir la intensidad total
en el CVT.
En función de la fabricación, del tipo y del
modelo del CVT, el sensor o los sensores de intensidad se
puede(n) colocar en lugares donde las intensidades requeridas
se obtendrían subsiguientemente. Por ejemplo, puede que no sea
posible adquirir las intensidades directamente en los condensadores
de baja tensión y de alta tensión. Los sensores de intensidad se
pueden colocar, entonces, en lugares disponibles en el trayecto de
tierra, de tal forma que las intensidades del condensador de baja
tensión y/o de alta tensión se obtienen combinando las intensidades
medidas. Por ejemplo, a menudo es práctico acceder al punto de toma
de tierra del condensador de baja tensión C_{L}, el cual es un
punto práctico para colocar un sensor de intensidad para medir el
condensador de baja tensión. En la mayoría de los CVT, el circuito
interno del CVT, indicado con 12 en la descripción anterior, se
conecta a tierra por separado. El punto de conexión a tierra del
circuito 12 se puede usar para un sensor de intensidad.
Habitualmente, las intensidades
medidas/forma-
das en los condensadores C_{L} y C_{H} de baja y de alta tensión se multiplican por la reactancia de los condensadores de baja y de alta tensión en cada frecuencia con el fin de obtener la tensión entre bornes de cada componente. Sumando estas tensiones, se puede calcular la tensión de entrada del CVT para cada frecuencia.
das en los condensadores C_{L} y C_{H} de baja y de alta tensión se multiplican por la reactancia de los condensadores de baja y de alta tensión en cada frecuencia con el fin de obtener la tensión entre bornes de cada componente. Sumando estas tensiones, se puede calcular la tensión de entrada del CVT para cada frecuencia.
En medidas de armónicos de sistemas eléctricos,
los niveles de armónicos se expresan como un porcentaje del
componente fundamental de frecuencia. De hecho, todos los estándares
de armónicos internacionales y nacionales se han presentado en forma
de porcentaje. Con la presente invención, el porcentaje de armónicos
en relación con la fundamental se puede calcular conociendo las
capacidades de pero sin usar la reactancia de los condensadores.
Esto significa que la precisión de la medida porcentual se efectúa
mínimamente por la tolerancia en los valores de los condensadores.
Esto se consigue usando la magnitud de las intensidades medidas en
los condensadores C_{L} y C_{H} de baja y de alta tensión.
Se puede incorporar al diseño de nuevos CVT el
uso de sensores de intensidad de acuerdo con la invención. También
es fácil y de buena relación coste/prestaciones, transformar CVT que
estén en servicio colocando sensores de intensidad en lugares
apropiados para efectuar las medidas requeridas.
Se recalca que se pueden prever otras
disposiciones de sensor de intensidad dentro del alcance de la
presente intención, en términos del número y colocación.
Claims (16)
1. Un procedimiento para determinar parámetros de
la tensión de entrada (V_{in}) de un transformador de tensión
(CVT) el cual incluye un medio (C_{H}) condensador de alta tensión
y un medio (C_{L}) condensador de baja tensión conectados a la
tensión de entrada (V_{in}), el cual comprende medir la intensidad
de corriente que fluye por al menos uno de los mencionados medios
(C_{H}, C_{L}) condensadores, y obtener, a partir de las
medidas, los parámetros requeridos de la tensión de entrada
(V_{in}).
2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en
el cual los parámetros requeridos son los valores armónicos de la
tensión de entrada (V_{in}).
3. Un procedimiento según la reivindicación 2, en
el cual los valores armónicos se expresan como un porcentaje de la
frecuencia fundamental.
4. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, el cual comprende medir la intensidad
de corriente que fluye por cada uno del mencionado medio (C_{H})
condensador de alta tensión del mencionado medio (C_{L})
condensador de baja tensión, obteniendo, a partir de los mencionados
valores medidos, las tensiones (V_{CH}, V_{CL}) entre cada uno
de los mencionados medios condensador (C_{H}, C_{L}) y sumando
las mencionadas tensiones (V_{CH}, V_{CL}) para obtener
parámetros de la tensión total de entrada (V_{in}).
5. Un procedimiento según las reivindicaciones 1,
2 ó 3 el cual comprende medir únicamente la intensidad total en el
transformador (CVT) usando un único sensor (PQCS1) de intensidad de
corriente.
6. Un procedimiento para transformar un
transformador condensador de tensión (CVT) el cual tiene un medio
(C_{H}) condensador de alta tensión y un medio (C_{L})
condensador de baja tensión dispuestos para ser conectados a una
tensión (V_{in}) de entrada, mediante lo cual se determinan los
parámetros de la tensión (V_{in}) de entrada según cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 5, que comprende instalar el transformador
(CVT) con al menos un sensor (PQSC1, PQSC2) de intensidad de
corriente, para medir el flujo de intensidad de corriente en al
menos uno de los mencionados medios (C_{H}, C_{L})
condensador.
7. Un transformador condensador de tensión (CVT)
que comprende un medio (C_{H}) condensador de alta tensión y un
medio (C_{L}) condensador de baja tensión, dispuestos para ser
conectados a la tensión (V_{in}) de entrada, un medio (PQCS1,
PQCS2) sensor de intensidad dispuesto para detectar la intensidad de
corriente que fluye por al menos uno de los mencionados medios
(C_{H}, C_{L}) de condensador, y un medio de medida (22)
dispuesto para proporcionar, a partir de los valores de intensidad
detectados, una medida de los parámetros de la tensión (V_{in}) de
entrada.
8. Un transformador según la reivindicación 7, en
el cual los parámetros son los valores armónicos de la tensión
(V_{in}) de entrada.
9. Un transformador según la reivindicación 8, en
el cual los valores armónicos se expresan como un tanto por ciento
de la frecuencia fundamental.
10. Un transformador según las reivindicaciones
7, 8 ó 9, el cual comprende sensores (PQSC1, PQSC2) de intensidad de
corriente primero y segundo, respectivamente, para medir el flujo de
intensidad de corriente por el mencionado medio (C_{H})
condensador de alta tensión y en el mencionado medio (C_{L})
condensador de baja tensión.
11. Un transformador según la reivindicación 10,
en el cual el mencionado medio (C_{H}) condensador de alta tensión
y el mencionado medio (C_{L}) condensador de baja tensión están
conectados en serie a tensión de entrada, y los sensores (PQSC1,
PQSC2) de intensidad de corriente están conectados en serie y entre
el medio (C_{L}) condensador de baja tensión y tierra.
12. Un transformador según la reivindicación 11,
el cual incluye medios (22) de medida de tensión conectado a ambos
sensores (PQSC1, PQSC2) de intensidad de corriente, y dispuestos
para proporcionar parámetros de tensión por suma de los valores de
tensión deducidos a partir de las intensidades de corriente que
fluyen por los correspondientes medios (C_{H}, C_{L})
condensador.
13. Un transformador según las reivindicaciones
7, 8 ó 9, el cual comprende un único sensor (PQSC1) de intensidad de
corriente dispuesto para medir la intensidad total en el
transformador (CVT).
14. Un transformador según la reivindicación 13,
en el cual el medio (C_{H}) condensador de alta tensión y el medio
(C_{L}) condensador de baja tensión están conectados en serie a la
entrada de tensión, y el sensor (PQSC1) de intensidad de corriente
está conectado entre el medio (C_{L}) condensador de baja tensión
y tierra.
15. Un transformador según cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 14, en el cual el sensor o sensores (PQSC1,
PQSC2) de intensidad de corriente es (son) transformador(es)
de intensidad de corriente.
16. Un transformador según cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 14, en el cual el sensor o sensores (PQSC1,
PQSC2) de intensidad de corriente es (son) dispositivo(s) de
efecto Hall.
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