ES2586827T3 - Transformador combinado para sistema de energía - Google Patents
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Abstract
Un transformador combinado para un sistema de energía comprende una carcasa (10), una base (20) y un aislante (30) que conecta la carcasa (10) y la base (20), en donde un transformador (12) de corriente se dispone en la carcasa (10), transformador (12) de corriente que puede detectar la corriente en un conductor (40) primario en el sistema de energía, y el transformador (12) de corriente que envía una primera señal reflejando el valor de la corriente en el conductor (40) primario a la base (20); un transformador (32) de voltaje se dispone en el aislante (30), en donde el transformador (32) de voltaje comprende: un circuito (38) ramificado de salida, que comprende un primer extremo (382) de entrada y un segundo extremo (384) de entrada, en donde el circuito (38) ramificado de salida envía una segunda señal reflejando el valor del voltaje en el conductor (40) primario a la base (20); un circuito (34) de división de resistencia, del cual un extremo está conectado al conductor (40) primario, el otro extremo del mismo estando conectado eléctricamente al primer extremo (382) de entrada; un circuito (36) de división de capacitancia formado por una pluralidad de capas de pantallas de capacitancia conectadas en serie, de las cuales un extremo está eléctricamente conectado al conductor (40) primario, el otro extremo de las mismas estando eléctricamente conectado al segundo extremo (384) de entrada, y el primer extremo (382) de entrada estando eléctricamente conectado a un punto (361) potencial de división secundario del circuito (36) de división de capacitancia; y un resistor (37) de división secundario, del cual un extremo está eléctricamente conectado con el primer extremo (382) de entrada, el otro extremo del mismo estando eléctricamente conectado al segundo extremo (384) de entrada caracterizado porque: el circuito (36) de división de capacitancia se forma por una pluralidad de capas de electrodos de pantallas de capacitancia conectadas en serie, en donde la capa de electrodos más externa está eléctricamente conectada con el conductor (40) primario, en donde el segundo extremo (384) de entrada del circuito (38) ramificado de salida está eléctricamente conectado con la última capa de electrodos, en donde el primer extremo (382) de entrada del circuito (38) ramificado de salida está eléctricamente conectado con un grifo de una capa de electrodos correspondiente con el punto (361) potencial de división secundario.
Description
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DESCRIPCION
Transformador combinado para sistema de energla
La presente invencion se relaciona con un transformador combinado para un sistema de energla, y en particular con un transformador electronico independiente combinado.
Es necesario utilizar transformadores en un sistema de energla para medir corriente grande de voltaje alto y voltaje alto, con el fin de lograr proteccion, control y medicion de la energla electrica del sistema de energla. Durante este proceso, tambien es necesario llevar a cabo el aislamiento electrico sobre el voltaje alto primario y el voltaje bajo secundario. El transformador combinado es un aparato que tiene una funcion de medicion de corriente y voltaje mientras es capaz de llevar a cabo el aislamiento electrico sobre el voltaje alto primario y el voltaje bajo secundario.
En los transformadores combinados convencionales, la tecnologla del transformador electromagnetico con un nucleo de hierro basado en el principio de induccion electromagnetica de Faraday es adoptado usualmente para la medicion de corriente y voltaje. En la actualidad, un transformador combinado como ese ha sido aplicado ampliamente en sistemas de energla alrededor del mundo. Dado que este transformador de voltaje es electromagnetico, el elemento inductivo formado por el nucleo de hierro y el bobinado primario puede causar resonancia ferromagnetica con elementos de capacitancia (por ejemplo, disyuntores, condensadores, etc.) sobre la red de energla bajo ciertas condiciones operativas, de este modo afectando la operacion estable de la red de energla. En segundo lugar, sobre el lado secundario, no se permite cortocircuito para el transformador de voltaje mientras que no se permite circuito abierto para el transformador de corriente, de otra manera la corriente grande formada debido al cortocircuito o el sobre voltaje formado debido al circuito abierto causara danos graves al transformador. Adicionalmente, la superficie de salida del transformador convencional es adecuada para retransmisiones electromecanicas, y la energla de salida de una bobina sencilla es relativamente grande algunas veces, para que se incremente el uso de la seccion transversal del nucleo magnetico en los transformadores, la perdida es grande, y se incrementa el tamano del transformador.
Para un transformador electronico de lado de alto voltaje activo combinado, la parte de medicion de la corriente es localizada sobre el lado de alto voltaje en la parte superior del transformador, la corriente primaria pasa a traves del centro del transformador de corriente por medio de una varilla de conduccion primaria, en donde una bobina hueca es utilizada en general como el transformador para el nivel de proteccion, y una bobina de baja energla es utilizada como el transformador para el nivel de medicion, mientras que la salida secundaria del transformador de corriente es convertida a una senal digital optica para ser enviada al lado de voltaje bajo a traves de una fibra optica. La parte de medicion de voltaje es localizada en general en un aislante, y es usualmente adoptado un divisor de capacitancia de tipo electrodo. Un transformador combinado como ese tiene una estabilidad deficiente, el error en la medicion de corriente es influenciado directamente por el voltaje de energla sobre el lado de voltaje alto y el estado de trabajo de cada dispositivo electronico, y, dado que la medicion de voltaje esta basada en el principio de divisor de capacitancia y el error de salida necesita ser calibrado despues de la instalacion en el sitio, es incapaz de lograr la conexion y operacion. En general se requiere que la vida util designada para el transformador en el sistema de energla para alcanzar hasta 30 anos, mientras que el dispositivo electronico en el transformador de lado de alto voltaje activo combinado tiene en general una vida util de solo 4 o 5 anos y diflcilmente puede ser mantenido normalmente pero puede ser reemplazado o reparado despues de ser apagado; sin embargo, un apagado anormal tendra un impacto significativo sobre la operacion estable de la red de energla. En segundo lugar, el transformador de lado de alto voltaje activo combinado tiene una resistencia deficiente a la interferencia electromagnetica, el sobre voltaje formado debido a la operacion del interruptor de asilamiento o los similares sobre la red de energla pueden hacer que la alimentacion de lado de alto voltaje o los modulos electronicos se quiebren o directamente se descompongan. En segundo lugar, una bobina hueca es adaptada para la funcion de proteccion de corriente del transformador de corriente, y es necesario utilizar integracion cuadratica para lograr la relacion lineal entre la salida secundaria de voltaje y la corriente primaria, pero sin importar el tipo de integrador, la constante de tiempo del integrador causara una cierta cantidad de distorsion a la forma de onda de salida; en particular, en el caso en el que la constante de tiempo del integrador no sea lo suficientemente grande, cuando el cortocircuito de corriente pasa a traves de la bobina de Rogowski principalmente, el seguimiento de la salida de la bobina de Rogowski es muy serio, y causara incluso acciones de proteccion innecesarias, afectando la operacion segura de la red de energla.
Para un transformador pasivo de lado de alto voltaje puro fotoelectrico combinado, la parte de medicion de corriente esta localizada sobre el lado de alto voltaje en la parte superior del transformador, y se adoptan unos anillos sensitivos de tipo fibra optica completa o de vidrio de tipo magnetooptico basados en los efectos magnetoopticos de
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Faraday. Un transformador combinado como este tiene la desventaja de que el transformador tiene costes relativamente altos, y unos requerimientos sobre los materiales bastante altos (particularmente sobre la fibra optica de mantenimiento de la polarizacion del transformador de corriente y el cristal piezoelectrico del transformador de voltaje), varias veces, aun mas de 10 veces, mas altos que esos de los transformadores convencionales. El anillo sensitivo de fibra optica en la parte de medicion de corriente y el cristal en la parte de medicion de voltaje son ambos sensibles al campo magnetico formado por el voltaje primario, pero tambien son elementos sensitivos con respecto al voltaje, temperatura o los similares, y la vibracion, cambios de temperatura o los similares durante la operacion del transformador pueden tener un impacto directo sobre el error. Adicionalmente, el bucle de procesamiento de la senal secundaria es complejo, hay ruido blanco en la senal de salida, y el transformador combinado tambien tendra una salida de senal secundaria debido a la interferencia con el ruido blanco cuando no hay corriente primaria, por lo tanto los requerimientos de facturacion no se pueden alcanzar. Si se utiliza una tecnologla combinando el divisor de capacitancia con los efectos Pockels para la medicion del voltaje, el error de medicion de la parte de voltaje tambien debe ser calibrado en el sito, y es incapaz de lograr la conexion y operacion.
El arte anterior se divulga en la DE 198 32 707 A1, EP 1 624 312 A1, DE 195 08 582 A1, EP 2 136 216 A1, WO 99/15906 A1 y DE 198 41 164 A1.
Por lo tanto, hay una necesidad en el arte de un transformador combinado para un sistema de energla, con costes razonables, alta confiabilidad e instalacion conveniente.
El objeto de la presente invencion es proveer un transformador combinado, por medio del cual el error de calibracion despues de la instalacion del transformador combinado existente se evite, con costes razonables, alta confiabilidad, larga vida util y capacidad de conexion y operacion.
El objeto se logra por medio de un transformador combinado como se reivindica en la reivindicacion 1.
Un transformador combinado como este para un sistema de energla que se provee en la presente invencion comprende: una carcasa, una base y un aislante que conecta la carcasa y la base. Un transformador de corriente se dispone en la carcasa, en donde el transformador de corriente puede detectar la corriente en el conductor primario en el sistema de energla, y el transformador de corriente envla una primera senal reflejando el valor de la corriente en el conductor primario a la base. Un transformador de voltaje se dispone en el aislante, en donde el transformador de voltaje comprende un circuito ramificado de salida que comprende un primer extremo de entrada y un segundo extremo de entrada, en donde el circuito ramificado de salida envla una segunda senal reflejando el valor del voltaje en el conductor primario a la base; un circuito de division de resistencia, del cual un extremo esta conectado al conductor primario, el otro extremo del mismo estando conectado electricamente al primer extremo de entrada; un circuito de division de capacitancia formado por una pluralidad de capas de pantallas de capacitancia conectadas en serie, de las cuales un extremo esta electricamente conectado al conductor primario, el otro extremo del mismo estando electricamente conectado al segundo extremo de entrada, y el primer extremo de entrada estando electricamente conectado a un punto potencial de division secundario del circuito de division de capacitancia; y un resistor de division secundario, del cual un extremo esta electricamente conectado con el primer extremo de entrada, el otro extremo del mismo estando electricamente conectado al segundo extremo de entrada. Como se logra un metodo de division de voltaje conectando en paralelo resistores en serie y condensadores en serie y es utilizada una pluralidad de capas de pantallas de capacitancia en la presente invencion, el rango de dominio de la frecuencia en el cual el transformador combinado puede medir el valor del voltaje en el conductor primario es ampliado con exactitud, y el error del transformador de voltaje no necesita ser calibrado despues de la instalacion en el sitio, por ejemplo el transformador combinado puede ser conectado y operar. Adicionalmente, el transformador combinado puede ser utilizado no solo para la medicion del voltaje AC sino que tambien para el voltaje DC.
En una implementation esquematica del transformador combinado en la presente invencion, la direction de extension de las capas de electrodos de cada capa de pantalla de capacitancia en la pluralidad de capas de pantallas de capacitancia es igual a la direccion de extension del aislante, para que las pantallas de capacitancia con un area de electrodo lo suficientemente grande puedan ser configuradas, y el procesamiento y ensamblaje de la pluralidad de pantallas de capacitancia puede ser simplificado, de acuerdo con la demanda actual.
En otra implementacion esquematica del transformador combinado en la presente invencion, el transformador combinado comprende una pestana de alto voltaje y una pestana de conexion a tierra, en donde el aislante esta conectado a la carcasa a traves de la pestana de alto voltaje, y el aislante esta conectado a la base a traves de la pestana de conexion a tierra.
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Aun en otra implementacion esquematica del transformador combinado en la presente invencion, el transformador combinado comprende un pasacabos, un cable doble de pares entorchados blindado para corriente que transmite la primera senal a la base y un cable doble de pares entorchados blindado para voltaje que transmite la segunda senal a la base, en donde el cable doble de pares entorchados blindado para corriente y el cable doble de pares entorchados blindado para voltaje pasan a traves del pasacabos. El pasacabos puede proteger los cables dobles de pares entorchados blindados que pasan a traves del mismo.
En aun otra implementacion esquematica del transformador combinado en la presente invencion, las pantallas de capacitancia son enrolladas sobre el pasacabos o ensambladas sobre el pasacabos despues de haber sido premoldeadas, los electrodos en las pantallas de capacitancia son uno de lamina de aluminio, lamina de cobre, semiconductor de pellcula delgada o papel semiconductor, mientras que la capa aislante entre los electrodos es una pellcula delgada combinada con gas de hexafluoruro de azufre, papel para cable combinado con aceite aislante, resina epoxica combinada con papel crepe o cinta de politetrafluoroetileno combinada con aceite de silicona.
En aun otra implementacion esquematica del transformador combinado en la presente invencion, el segundo extremo de entrada del circuito ramificado de salida esta conectado electricamente con el potencial de tierra.
En aun otra implementacion esquematica del transformador combinado en la presente invencion, el circuito de division de resistencia comprende una pluralidad de resistores de pellcula gruesa, en donde los resistores de pellcula gruesa estan conectados en paralelo con ambos extremos de la pantalla de capacitancia despues de estar conectados el uno al otro en serie, un extremo del resistor de pellcula gruesa conectado en serie esta conectado electricamente al conductor primario, y el otro extremo del mismo esta conectado electricamente al primer extremo de salida del circuito ramificado de salida.
En aun otra implementacion esquematica del transformador combinado en la presente invencion, el circuito de division de resistencia comprende una banda de resistencia, en donde la banda de resistencia se forma por medio de la adhesion continua de una suspension con resistencia a la superficie interior del aislante a traves de impresion laser o recubrimiento por aspersion, un extremo de la banda de resistencia esta conectado con la pestana de alto voltaje, y el otro extremo de la misma esta conectado con el primer extremo de salida del circuito ramificado de salida. Utilizando el aislante como parte del transformador de voltaje no solo asegura una larga vida util, confiabilidad y estabilidad del sistema aislante y los materiales aislantes del transformador combinado, pero tambien protege los materiales del transformador de voltaje, para reducir los costes de diseno.
En aun otra implementacion esquematica del transformador combinado en la presente invencion, el transformador de corriente es un transformador de corriente electronico de baja potencia que comprende un nucleo magnetico, un bobinado secundario enrollado sobre el nucleo magnetico y un resistor de platino conectado al extremo posterior del bobinado secundario.
En aun otra implementacion esquematica del transformador combinado en la presente invencion, hay un medio aislante llenando el espacio entre el transformador de corriente y la carcasa, y el medio aislante es uno de gas de hexafluoruro de azufre, papel para cable combinado con aceite aislante, resina epoxica combinada con papel crepe o cinta de politetrafluoroetileno combinada con aceite de silicona.
En aun otra implementacion esquematica del transformador combinado en la presente invencion, se provee la base all! dentro con una caja de salida, en donde la caja de salida comprende: un modulo de entrada, una primera senal secundaria que se obtiene despues de que la primera senal es procesada por el modulo de entrada en terminos de division de voltaje, y una segunda senal secundaria que se obtiene despues de que la segunda senal es procesada por el modulo de entrada en terminos de division de voltaje; un modulo de muestreo asilado electricamente del modulo de entrada, el modulo de muestreo haciendo un muestreo de la primera senal secundaria y de la segunda senal secundaria y hace la conversion de estas en una primera senal digital reflejando la primera senal y una segunda senal digital reflejando la segunda senal respectivamente; un modulo de conversion, el modulo de conversion recibiendo la primera senal digital y la segunda senal digital sacada por el modulo de muestreo, e integrando las dos cantidades digitales en un mensaje basado en los acuerdos de comunicacion o los protocolos de comunicacion; un modulo de salida, el modulo de salida recibiendo el mensaje sacado por el modulo de conversion y sacando el mensaje al exterior a traves de una interfaz de red de una fibra optica o un cable; un modulo de suministro de energla, el modulo de suministro de energla provee la energla electrica necesaria para trabajar el modulo de entrada, el modulo de muestreo, el modulo de conversion y el modulo de salida. En el transformador combinado, el modulo de entrada, el modulo de muestreo y el modulo de conversion estan todos localizados dentro
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de la base en el lado de voltaje bajo, lo que ayuda a mejorar la resistencia a la interferencia electromagnetica y la confiabilidad del transformador combinado; ademas, el mantenimiento es conveniente, y a los modulos se les puede realizar el mantenimiento o se pueden reemplazar sin tener que apagar la energla ni una sola vez.
En aun otra implementacion esquematica del transformador combinado en la presente invencion, la base se provee all! mismo con una caja de salida, en donde la caja de salida comprende: un modulo de entrada, una primera senal secundaria que se obtiene despues de que la primera senal es procesada por medio del modulo de entrada en terminos de la division de voltaje, y una segunda senal secundaria que se obtiene despues de que la segunda senal es procesada por medio del modulo de entrada en terminos de la division de voltaje; un modulo de muestreo aislado electricamente del modulo de entrada, el modulo de muestreo haciendo un muestreo de la primera senal secundaria y de la segunda senal secundaria y hace la conversion de estas en una primera senal digital reflejando la primera senal y una segunda senal digital reflejando la segunda senal respectivamente; un modulo de salida, el modulo de salida recibiendo la primera senal digital y la segunda senal digital sacadas por el modulo de muestreo, y sacando la primera senal digital y la segunda senal digital al exterior por medio de una interfaz de red de una fibra optica o de un cable; un modulo de suministro de energla, el modulo de suministro de energla provee la energla electrica necesaria para trabajar el modulo de entrada, el modulo de muestreo, el modulo de conversion y el modulo de salida. En el transformador combinado, ambos el modulo de entrada y el modulo de muestreo estan localizados dentro de la base en el lado de voltaje bajo, lo que ayuda a mejorar la resistencia a la interferencia electromagnetica y la confiabilidad del transformador combinado; ademas, el mantenimiento es conveniente, a los modulos se les puede realizar el mantenimiento o se pueden reemplazar sin tener que apagar la energla ni una sola vez.
En aun otra implementacion esquematica del transformador combinado en la presente invencion, la caja de salida comprende tambien: un modulo de sincronizacion, el modulo de sincronizacion recibiendo una senal de sincronizacion desde el exterior del transformador combinado y controlando el modulo de muestreo para sincronizar de acuerdo con la senal de sincronizacion.
Las realizaciones preferidas seran descritas abajo con referencia a los dibujos acompanantes de manera clara y entendible, y las funciones, las caracterlsticas tecnicas, las ventajas e implementaciones del transformador combinado en la presente invencion seran descritas adicionalmente.
Las siguientes figuras solamente son para descripcion esquematica y explicacion de la presente invencion y no son para limitar el alcance de la presente invencion.
La Fig. 1 es un diagrama de estructura de una implementacion esquematica de un transformador combinado para un sistema de energla.
La Fig. 2 es un diagrama de estructura de circuito que ilustra una implementacion esquematica de un transformador de voltaje del transformador combinado como se muestra en la Fig. 1.
La Fig. 3 es un diagrama de estructura parcial de una implementacion esquematica de una pantalla de capacitancia en el transformador combinado para un sistema de energla.
La Fig. 4 es un diagrama de estructura que ilustra una implementacion esquematica de una base del transformador combinado para un sistema de energla.
Con el fin de entender mas claramente las caracterlsticas tecnicas, los objetivos y los efectos de la presente invencion, realizaciones particulares de la presente invencion son descritas aqul con referencia a los dibujos acompanantes, en los cuales los numerales iguales en las figuras representan las mismas partes o partes con una estructura similar pero con la misma funcion.
Para hacer que las figuras se vean concisas, solo las partes relacionadas con la presente invencion son mostradas esquematicamente en cada una de las figuras, y estas no representan la estructura real del producto. Adicionalmente, para hacer que las figuras se vean concisas y faciles de entender, en algunas figuras, solo uno de los componentes con la misma estructura o funcion es esquematicamente dibujado o marcado.
En este contexto, “un” o “unos” no solo representa “solamente uno” pero tambien “mas de uno”. En este contexto, “paralelo” entre dos objetos no significa absolutamente paralelo en un sentido geometrico; en cambio, puede comprender una desviacion aceptable durante el ensamblaje y el procesamiento.
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En este contexto, el potencial de tierra, la base 20, la pestana 22 de conexion a tierra y el segundo extremo 384 de entrada pueden estar electricamente conectados a la tierra, y estos tienen el mismo potencial. La carcasa 10, el conductor 40 primario y la pestana 31 de alto voltaje tienen el mismo potencial.
La Fig. 1 es un diagrama de estructura que muestra una implementacion esquematica de un transformador combinado para un sistema de energla. Como se muestra en la Fig. 1, el transformador combinado de la presente invencion comprende una carcasa (10), una base (20) y un aislante (30). La carcasa 10 y la base 20 estan conectadas por medio del aislante 30. En una implementacion del transformador combinado en la presente invencion, el aislante 30 comprende un cojinete de ceramica. El extremo del aislante 30 conectado con la carcasa 10 se provee con una pestana 31 de alto voltaje, mientras que el extremo del mismo conectado con la base 20 se provee con una pestana 33 de conexion a tierra, en donde los pernos de conexion (no se muestran) conectan el aislante 30 a la carcasa 10 y la base 20 a traves de la pestana 31 de alto voltaje y la pestana 33 de conexion a tierra, respectivamente. El aislante 30 puede estar conectado tambien a la carcasa 10 y a la base 20 por medio de vertido o adhesion.
Un transformador 12 de corriente se dispone en la carcasa 10. El transformador 12 de corriente puede detectar la corriente en un conductor 40 primario en el sistema de energla. El conductor 40 primario esta conectado a la llnea de suministro de energla en el sistema de energla, y el potencial del conductor primario y de la corriente pasando a su traves son los mismos que el de la llnea de suministro de energla. El transformador 12 de corriente envla una primera senal que refleja el valor de la corriente en el conductor 40 primario a la base 20. En una implementacion esquematica del transformador combinado en la presente invencion, el transformador de corriente es un transformador de corriente electronico de baja potencia divulgado en la Patente China ZL200510024292.3, que comprende un nucleo magnetico, un bobinador secundario y un resistor de platino. Los conductores del bobinado secundario son enrollados uniformemente sobre el nucleo magnetico, el extremo posterior del bobinado secundario esta conectado al resistor de platino, y la primera senal inducida en el bobinado secundario y que refleja el valor de la corriente en el conductor primario se envla a la base, transmitida por el cable doble de pares entorchados blindado. La estructura especlfica del transformador de corriente puede ser encontrada en la especificacion de esa patente de invencion y no sera descrita aqul otra vez. Otros tipos de transformadores de corriente pueden ser utilizados tambien, por ejemplo, transformadores de corriente basados en efectos magnetoopticos.
Adicionalmente, el transformador de corriente puede tener las siguientes estructuras, con los medios correspondientes para la medicion: i) este consiste en dos bobinas independientes, cada una de las bobinas tiene al menos una salida independiente, una de las bobinas se utiliza para medir el valor de la corriente en el sistema de energla, y la otra bobina se utiliza para desencadenar una accion de protection cuando hay una sobrecarga de corriente en el sistema de energla; ii) solo una salida esta designada en la misma bobina de baja energla, y este valor de salida puede lograr los requisitos de proteccion para corrientes diferentes en el conductor primario, por ejemplo, cuando la corriente en el conductor primario es menor o igual al 200% de la corriente evaluada del conductor primario, la salida de la bobina logra los requisitos de error del nivel de medicion, mientras que cuando la corriente primaria esta entre el 200% de la corriente evaluada del conductor primario y la corriente del sistema de cortocircuito, la salida secundaria alcanza los requisitos de error del nivel de proteccion; y iii) dos trayectos de salida son designados en la misma bobina de baja energla, en donde uno de los trayectos logra los requisitos de error del nivel de medicion, y el otro trayecto logra los requisitos de error del nivel de proteccion.
Hay un medio 11 aislante llenando el espacio entre el transformador 12 de corriente y la carcasa 10, y el medio 11 aislante puede ser uno de gas de hexafluoruro de azufre, papel para cable combinado con aceite aislante, resina epoxica combinada con papel crepe o cinta de politetrafluoroetileno combinada con aceite de silicona.
El aislante 30 se provee en el mismo con un transformador 32 de voltaje. La Fig. 2 es un diagrama de estructura de circuito que ilustra una implementacion esquematica de un transformador 32 de voltaje del transformador combinado como se muestra en la Fig. 1. Como se muestra, el transformador 32 de voltaje comprende un circuito 34 de division de resistencia, un circuito 36 de division de capacitancia, un circuito 38 ramificado de salida y un resistor 37 de division secundario, en donde el circuito 36 de division de capacitancia es realizado por una pluralidad de capas de pantallas de capacitancia conectadas en serie. El circuito 38 ramificado de salida comprende un primer extremo 382 de entrada y un segundo extremo 384 de entrada. El circuito 38 ramificado de salida puede enviar una segunda senal reflejando el valor del voltaje en el conductor 40 primario a la base 20. El circuito 34 de division de resistencia esta conectado en paralelo al circuito 36 de division de capacitancia, por ejemplo, un extremo del circuito 34 de division de resistencia esta conectado electricamente al conductor 40 primario para tener el mismo potencial que el conductor 40 primario, y el otro extremo del circuito 34 de division de resistencia esta conectado con el primer
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extremo 382 de entrada. Un extremo del circuito 36 de division de capacitancia esta conectado electricamente con el conductor 40 primario y el otro extremo del mismo esta conectado electricamente con el segundo extremo 384 de entrada, y el primer extremo 382 de entrada esta conectado electricamente al punto 361 de potencial de division secundario del circuito 36 de division de capacitancia. Un extremo del resistor 37 de division secundario esta conectado electricamente con el primer extremo 382 de entrada y el otro extremo del mismo esta conectado electricamente con el segundo extremo 384 de entrada. En la implementacion esquematica como se muestra en la figura, el segundo extremo 384 de entrada esta en tierra.
Como se utiliza un metodo de division de voltaje que se obtiene por medio de conectar series de resistores y series de capacitores en serie, se amplla el rango de dominio de frecuencia en el cual el transformador combinado puede medir con exactitud el valor del voltaje en el conductor primario, y en particular evita la perdida de las senales frecuencias de alto voltaje. Al mismo tiempo, comparado con los divisores de capacitancia tipo electrodo, el area de electrodos de cada capa del capacitor en la pluralidad de capas de las pantallas de capacitancia se incrementa en gran medida, y el grosor de la capa aislante entre los electrodos puede ser muy pequena, para que se incremente en gran medida la capacitancia de las pantallas de capacitancia. Adicionalmente, las pantallas de capacitancia tienen baja susceptibilidad a la interferencia con las capacitancias de dispersion externas debido a la pequena capacitancia parasita, y por lo tanto es innecesario calibrar el error del transformador de voltaje despues de la instalacion en el sitio, por ejemplo el transformador combinado puede conectar y operar. Al mismo tiempo, el transformador combinado puede ser utilizado para la medicion no solo de voltaje AC sino tambien para voltaje DC.
La Fig. 3 es un diagrama de estructura parcial de una implementacion esquematica de una pantalla de capacitancia en el transformador combinado para un sistema de energla. Como se muestra, la direccion de extension de los electrodos 362 de cada capa de las pantallas de capacitancia en la pluralidad de capas de pantallas de capacitancia es la misma que la direccion de extension del aislante 30. Con un metodo de disposicion como este, las pantallas de capacitancia con un area de electrodos lo suficientemente grande pueden ser configuradas, de esta manera evitando un grosor muy pequeno de la capa aislante entre los electrodos. Adicionalmente, la direccion de extension de los electrodos 362 tambien puede formar un cierto angulo incluido con la direccion de extension del aislante 30.
Con referencia a la Fig. 1 y Fig. 3, el aislante 30 se provee tambien con un pasacabos 35, un cable 352 doble de pares entorchados blindado para corriente que transmite la primera senal a la base 20 y un cable 354 doble de pares entorchados blindado para voltaje que transmite la segunda senal a la base 20 son pasados a traves del pasacabos 35; el uso de cables dobles de pares entorchados blindados puede reducir la interferencia con las senales transmitidas desde campos electromagneticos externo, pero otros metodos de transmision con una funcion de blindaje pueden ser utilizados tambien, y el pasacabos 35 puede proteger los cables dobles de pares entorchados blindados que pasan a traves de los mismos.
Con referencia a la Fig. 2 y Fig. 3, las pantallas de capacitancia son enrolladas sobre el pasacabos 35 o ensambladas sobre el pasacabos despues de ser premoldeadas, y los electrodos en comun entre cada capa de capacitores estan conectados en serie. Los electrodos de las pantallas de capacitancia pueden ser pellculas delgadas flexibles con conductividad, tales como lamina de aluminio, lamina de cobre, semiconductor de pellcula delgada o papel semiconductor. La capa aislante entre los electrodos puede ser una pellcula delgada flexible aislante, tal como una pellcula delgada combinada con gas de hexafluoruro de azufre, papel para cable combinado con aceite aislante, resina epoxica combinada con papel crepe o cinta de politetrafluoroetileno combinada con aceite de silicona. La capa exterior de electrodos de las pantallas de capacitancia esta electricamente conectada con el conductor 40 primario, y la ultima capa de electrodos de las pantallas de capacitancia esta conectada electricamente al potencial de tierra. El segundo extremo 384 de entrada del circuito 38 ramificado de salida esta electricamente con la ultima capa de electrodos de las pantallas de capacitancia, el primer extremo 382 de entrada del mismo esta conectado electricamente con el grifo del electrodo en el circuito 36 de division de capacitancia correspondiente con el punto 361 de potencial de division secundario, por ejemplo la diferencia de potencial entre el punto 361 de potencial de division secundario y el potencial de tierra es muestreada como la senal de salida de voltaje para que la segunda senal de salida reflejando el valor del voltaje en el conductor primario, en donde el punto de potencial de division secundario es un punto potencial, y el potencial del cual corresponde con el radio de division especificado por el potencial del conductor primario de acuerdo con los estandares. Sera entendido por aquellos con habilidades en el arte que el valor de resistencia del circuito 38 ramificado de salida conectado con el circuito 34 de division de resistencia puede ser ajustado de acuerdo con las demandas actuales, para obtener un potencial adecuado.
Con referencia a la Fig. 2 y Fig. 3, el circuito 34 de division de resistencia comprende una pluralidad de resistores de pellcula gruesa, y despues de que estos resistores de pellcula gruesa son conectados en serie, un extremo se
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conecta con la capa exterior de electrodos de las pantallas de capacitancia y el otro extremo se conecta con el punto 361 potencial de division secundario de las pantallas de capacitancia, para que el circuito 34 de division de resistencia sea conectado con el circuito 36 de division de capacitancia en paralelo, en donde un extremo de los resistores de pellcula gruesa esta conectado electricamente con el conductor 40 primario y el otro extremo del mismo esta conectado con el primer extremo 382 de entrada del circuito 38 ramificado de salida. Una banda de resistencia curveada puede ser formada por medio de la adhesion continua de una suspension con resistencia de la superficie interna del aislante a traves de impresion laser o recubrimiento por aspersion. Un extremo de la banda de resistencia esta conectado electricamente con la pestana de alto voltaje, y el otro extremo de la misma esta conectado con el primer extremo 382 de salida del circuito 38 ramificado de salida y aislado de la pestana 33 de conexion a tierra. Utilizando el aislante 30 como parte del transformador de voltaje no solo asegura una larga vida util, confiabilidad y estabilidad del sistema aislante y de los materiales aislantes del transformador combinado, pero tambien protege los materiales del transformador combinado, para que los costes de diseno sean reducidos.
La Fig. 4 es un diagrama de estructura que ilustra una implementacion esquematica de una base 20 del transformador combinado para un sistema de energla. Como se muestra, la base 20 (no se muestra) se provee en la misma con una caja 22 de salida que comprende: un modulo 24 de entrada, un modulo 26 de muestreo, un modulo
25 de conversion, un modulo 28 de salida, un modulo 27 de sincronizacion y un modulo 29 de suministro de energla.
El modulo 24 de entrada puede recibir una primera senal reflejando el valor de la corriente en el conductor 40 primario y una segunda senal reflejando el valor del voltaje en el conductor primario, que son ingresadas por el cable 354 doble de pares entorchados blindado para voltaje y el un cable 352 doble de pares entorchados blindado para corriente del circuito 38 ramificado de salida, respectivamente, y procesa la primera senal y la segunda senal en terminos de division de voltaje para adicionalmente reducir sus potenciales, con una primera senal secundaria y una segunda senal secundaria respectivamente obtenidas despues de la division de voltaje.
El modulo 26 de muestreo muestrea la primera senal secundaria y la segunda senal secundaria por medio de aislamiento y acoplamiento, por ejemplo, entra la primera senal secundaria y la segunda senal secundaria por medio de acoplamiento electromagnetico o acoplamiento fotoelectrico. El aislamiento electrico entre el modulo 26 de muestreo y el modulo 24 de entrada es utilizado para asegurar el mantenimiento de la seguridad de la caja 22 de salida y prevenir que el alto voltaje influencie dispositivos dentro de la caja 22 de salida. Al mismo tiempo, el modulo
26 de muestreo tambien convierte la primera senal secundaria y la segunda senal secundaria en la forma analoga en una primera senal digital y una segunda senal digital en una forma digital.
El modulo 25 de conversion recibe la primera senal digital y la segunda senal digital, lleva acabo procesamiento estandar en la forma de re-muestreo y conversion de formato sobre la primera senal digital y la segunda senal digital de acuerdo con un estandar industrial de sistemas de energla, por ejemplo, IEC61850-9-1/2 o IEC60044-1(FT3) para obtener senales formateadas que alcanzan los acuerdos/protocolos de comunicacion, e integra dos cantidades digitales (la primera senal digital y la segunda senal digital) en un mensaje basado en acuerdos de comunicaciones o protocolos de comunicaciones. El modulo 25 de conversion puede ser o no ser utilizado de acuerdo con la condition especifica de un sistema de energla.
El modulo 28 de salida puede recibir senales formateadas o recibir directamente senales digitales; ademas el modulo 28 convierte senales formateadas o senales digitales en senales adecuadas para Ethernet o para transmision punto a punto y saca lo mismo al exterior a traves de interfaz de red o una fibra optica o un cable.
Como se muestra en la Fig. 4, la caja 22 de salida tambien comprende un modulo 27 de sincronizacion. Este puede recibir una senal de sincronizacion desde el exterior de un transformador combinado de acuerdo con IEC61588 y controlar el modulo 26 de muestreo para sincronizar de acuerdo con la senal de sincronizacion, para coordinar las acciones de medicion de cada uno de los transformadores combinados y probar los terminales en un sistema de energla. Despues de perder la senal externa de sincronizacion, la caja 22 de salida cambia automaticamente, para que el modulo 24 de entrada, el modulo 26 de salida, el modulo 25 de conversion y el modulo 28 de salida dentro de la caja 22 de salida continuan trabajando, para asegurar que el muestreo sea continuo y sin interrupciones.
El modulo 29 de suministro de energla provee la energla electrica necesaria para trabajar el modulo 24 de entrada, el modulo 26 de muestreo, el modulo 25 de conversion y el modulo 28 de salida y el modulo 27 de sincronizacion. El modulo 29 de suministro de energla puede convertir DC ±110V o AC 220V que se provea externamente en voltaje DC bajo que puede ser utilizado por el modulo 26 de muestreo, el modulo 24 de entrada y el modulo 25 de conversion para trabajar. Estos tambien pueden ser alimentados por baterlas.
En el transformador combinado para un sistema de energla, la carcasa 10 sobre el lado del voltaje alto es de una estructura pasiva, no obteniendo energla, un modulo de muestreo de conversion esta dispuesto dentro de la carcasa 10, el modulo 24 de entrada, el modulo 26 de muestreo y el modulo 25 de conversion estan todos localizados dentro de la base 20 sobre el lado de voltaje bajo, lo que ayuda a mejorar la resistencia a la interferencia electromagnetica 5 y la confiabilidad del transformador combinado; ademas, el mantenimiento es conveniente, y a los modulos se les puede hacer mantenimiento o reemplazo sin tener que apagar la energla ni una sola vez.
En este contexto, “esquematico” indica que “sirve como un ejemplo, instancia o description”, y ninguna ilustracion o implementation descrita como “esquematica” en este contexto debe ser interpretada como mas preferida o solution tecnica mas ventajosa.
10 Debe ser entendido que, aunque la especificacion este dada de acuerdo con cada una de las realizaciones, no es por ningun medio el caso de que cada realization solamente comprende una solucion tecnica independiente; esta manera narrativa de la especificacion es solo por claridad, y para aquellos con experiencia en el arte, la especificacion debera ser vista como un todo, y las soluciones tecnicas en cada una de las realizaciones tambien puede ser adecuadamente combinada para formar otras implementaciones que pueden ser entendidas por aquellos
15 con experiencia en el arte.
Las series de descripciones detalladas que se explican arriba son solo descripciones especlficas de realizaciones factibles de la presente invention, y no tienen como fin limitar el alcance protector de la presente invention; y todas las realizaciones equivalentes o modificaciones hechas sin apartarse del alcance protector de la presente invencion como se reivindica.
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Claims (13)
- 51015202530354045REIVINDICACIONES1. Un transformador combinado para un sistema de energla comprende una carcasa (10), una base (20) y un aislante (30) que conecta la carcasa (10) y la base (20), en donde un transformador (12) de corriente se dispone en la carcasa (10), transformador (12) de corriente que puede detectar la corriente en un conductor (40) primario en el sistema de energla, y el transformador (12) de corriente que envla una primera senal reflejando el valor de la corriente en el conductor (40) primario a la base (20);un transformador (32) de voltaje se dispone en el aislante (30), en donde el transformador (32) de voltaje comprende:un circuito (38) ramificado de salida, que comprende un primer extremo (382) de entrada y un segundo extremo (384) de entrada, en donde el circuito (38) ramificado de salida envla una segunda senal reflejando el valor del voltaje en el conductor (40) primario a la base (20);un circuito (34) de division de resistencia, del cual un extremo esta conectado al conductor (40) primario, el otro extremo del mismo estando conectado electricamente al primer extremo (382) de entrada;un circuito (36) de division de capacitancia formado por una pluralidad de capas de pantallas de capacitancia conectadas en serie, de las cuales un extremo esta electricamente conectado al conductor (40) primario, el otro extremo de las mismas estando electricamente conectado al segundo extremo (384) de entrada, y el primer extremo (382) de entrada estando electricamente conectado a un punto (361) potencial de division secundario del circuito (36) de division de capacitancia; yun resistor (37) de division secundario, del cual un extremo esta electricamente conectado con el primer extremo (382) de entrada, el otro extremo del mismo estando electricamente conectado al segundo extremo (384) de entradacaracterizado porque:el circuito (36) de division de capacitancia se forma por una pluralidad de capas de electrodos de pantallas de capacitancia conectadas en serie, en donde la capa de electrodos mas externa esta electricamente conectada con el conductor (40) primario, en donde el segundo extremo (384) de entrada del circuito (38) ramificado de salida esta electricamente conectado con la ultima capa de electrodos, en donde el primer extremo (382) de entrada del circuito (38) ramificado de salida esta electricamente conectado con un grifo de una capa de electrodos correspondiente con el punto (361) potencial de division secundario.
- 2. El transformador combinado como se reivindica en la reivindicacion 1, en donde la direction de extension de las capas (362) de electrodos de las pantallas de capacitancia es la misma que la direccion de extension del aislante (30).
- 3. El transformador combinado como se reivindica en la reivindicacion 1 o 2, en donde el transformador combinado comprende una pestana (31) de alto voltaje y una pestana (33) de conexion a tierra, en donde el aislante (30) esta conectado con la carcasa (10) a traves de la pestana (31) de alto voltaje, y el aislante (30) esta conectado con la base (20) a traves de la pestana (33) de conexion a tierra.
- 4. El transformador combinado como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el transformador combinado comprende un pasacabos (35), un cable (352) doble de pares entorchados blindado para corriente transmitiendo la primera senal a la base (20) y un cable (354) doble de pares entorchados blindado para voltaje transmitiendo la segunda senal a la base (20), en donde el cable (352) doble de pares entorchados blindado para corriente y el cable (354) doble de pares entorchados blindado para voltaje son pasados a traves del pasacabos (35).
- 5. El transformador combinado como se reivindica en la reivindicacion 4, en donde las pantallas de capacitancia son enrolladas sobre el pasacabos (35) o ensambladas sobre el pasacabos (35) despues de haber sido premoldeadas, las capas (362) de electrodos de las pantallas de capacitancia son una de lamina de aluminio, lamina de cobre, semiconductor de pellcula delgada o papel semiconductor, mientras que la capa aislante entre las capas (362) de electrodos es una pellcula delgada combinada con gas de hexafluoruro de azufre, papel para cable combinado con aceite aislante, resina epoxica combinada con papel crepe o cinta de politetrafluoroetileno combinada con aceite de silicona.51015202530354045
- 6. El transformador combinado como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el segundo extremo (384) de entrada del circuito (38) ramificado de salida esta conectado electricamente con el potencial a tierra.
- 7. El transformador combinado como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el circuito (34) de division de resistencia comprende una pluralidad de resistores de pellcula gruesa, en donde los resistores de pellcula gruesa, despues de estar conectados el uno al otro en serie, estan conectados en paralelo con ambos extremos del circuito (36) de division de capacitancia, un extremo del resistor de pellcula gruesa conectado en serie esta conectado electricamente con el conductor (40) primario, y el otro extremo del mismo esta conectado electricamente al primer extremo (382) de entrada del circuito (38) ramificado de salida.
- 8. El transformador combinado como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el circuito (34) de division de resistencia comprende una banda de resistencia, en donde la banda de resistencia se forma por medio de la adhesion continua de una suspension con resistencia a la superficie interna del aislante (30) a traves de impresion laser o recubrimiento por aspersion, un extremo de la banda de resistencia esta conectado electricamente con la pestana (31) de alto voltaje, y el otro extremo de la misma esta conectado electricamente con primer extremo (382) de entrada del circuito (38) ramificado de salida.
- 9. El transformador combinado como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el transformador (12) de corriente es un transformador de corriente electronico de baja potencia que comprende un nucleo magnetico, un bobinado secundario enrollado sobre el nucleo magnetico y un resistor de platino conectado al extremo posterior del bobinado secundario.
- 10. El transformador combinado como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde hay un medio (11) aislante llenando el espacio entre el transformador (12) de corriente y la carcasa (10), en donde el medio (11) aislante es uno de gas de hexafluoruro de azufre, papel para cable combinado con aceite aislante, resina epoxica combinada con papel crepe o cinta de politetrafluoroetileno combinada con aceite de silicona.
- 11. El transformador combinado como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde la base (20) se provee en el mismo con una caja (22) de salida, en donde la caja (22) de salida comprende:un modulo (24) de entrada, una primera senal secundaria siendo obtenida despues de que la primera senal es procesada por el modulo (24) de entrada en terminos de division de voltaje, y una segunda senal secundaria siendo obtenida despues de que la segunda senal es procesada por el modulo (24) de entrada en terminos de division de voltaje;un modulo (26) de muestreo aislado electricamente del modulo (24) de entrada, el modulo (26) de muestreo siendo capaz de muestrear la primera senal secundaria y la segunda senal secundaria y convertir estas en una primera senal digital reflejando la primera senal y una segunda senal digital reflejando la segunda senal respectivamente;un modulo (25) de conversion, el modulo (25) de conversion recibiendo la primera senal digital y la segunda senal digital sacada por el modulo (26) de muestreo, e integrando las dos cantidades digitales en un mensaje basado en los acuerdos de comunicacion o los protocolos de comunicacion;un modulo (28) de salida, el modulo (28) de salida recibiendo el mensaje sacado por el modulo (25) de conversion y sacando el mensaje al exterior a traves de una interfaz de red de una fibra optica o un cable; yun modulo (29) de suministro de energla, el modulo (29) de suministro de energla provee la energla electrica necesaria para trabajar el modulo (24) de entrada, el modulo (26) de muestreo, el modulo (25) de conversion y el modulo (28) de salida.
- 12. El transformador combinado como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde la base (20) se provee en el mismo con una caja (22) de salida, en donde la caja (22) de salida comprende:un modulo (24) de entrada, una primera senal secundaria siendo obtenida despues de que la primera senal es procesada por el modulo (24) de entrada en terminos de division de voltaje, y una segunda senal secundaria siendo obtenida despues de que la segunda senal es procesada por el modulo (24) de entrada en terminos de division de voltaje;un modulo (26) de muestreo aislado electricamente del modulo (24) de entrada, el modulo (26) de muestreo siendo capaz de muestrear la primera senal secundaria y la segunda senal secundaria y convertir estas en una primera senal digital reflejando la primera senal y una segunda senal digital reflejando la segunda senal respectivamente;un modulo (28) de salida, el modulo (28) de salida recibiendo la primera senal digital y la segunda senal digital 5 sacada por el modulo (26) de muestreo, y sacando la primera senal digital y la segunda senal digital al exterior a traves de una interfaz de red de una fibra optica o un cable; yun modulo (29) de suministro de energla, el modulo (29) de suministro de energla provee la energla electrica necesaria para trabajar el modulo (24) de entrada, el modulo (26) de muestreo y el modulo (28) de salida.
- 13. El transformador combinado como se reivindica en la reivindicacion 11 o 12, en donde la caja (22) de salida 10 comprende tambien:un modulo (27) de sincronizacion, el modulo (27) de sincronizacion recibiendo una senal de sincronizacion desde el exterior del transformador combinado y controlando el modulo (26) de muestreo para sincronizar de acuerdo con la senal de sincronizacion.
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