ES2641645T3

ES2641645T3 - Instalación de conmutación

Info

Publication number: ES2641645T3
Application number: ES12169977.1T
Authority: ES
Inventors: Jörg BAUSCH; Michael Heinz; Ronald Schmid
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2017-11-10
Anticipated expiration: 2032-05-30
Also published as: EP2669920A1; WO2013178413A1; CN104364864A; CN104364864B; US20150145349A1; EP2669920B1; US9837224B2

Description

DESCRIPCION

Instalacion de conmutacion

La invencion hace referencia a una instalacion de conmutacion as! como a un procedimiento para hacer funcionar una instalacion de conmutacion, en particular una instalacion de conmutacion de cable anular, en base a la cual un 5 consumidor o un generador esta conectado a una llnea de energla de una red de distribution de energla.

La fig. 1 muestra una vista fragmentaria esquematica de una red de distribucion de energla con un circuito anular. Aqul se gula el flujo de energla electrico a traves de un anillo o de un cable anular 102, al que estan conectadas unas derivaciones que se usan para el suministro y la distribucion ulteriores. Estas derivaciones estan realizadas como instalaciones de conmutacion. En la disposition mostrada en la fig. 1 estas instalaciones de conmutacion 10 reciben el nombre de instalacion de conmutacion de cable anular 101 o instalacion de conmutacion anular (en ingles ring main unit). Los cables anulares 102 estan conectados a instalaciones de distribucion 105.

Las instalaciones de conmutacion de cable anular 101 de este tipo poseen en su mayorla tres puntos de conexion 103, en donde dos pertenecen al anillo y un punto de conexion esta conectado a un consumidor o a su generador. Tambien se conocen modos de realization con solamente dos puntos de conexion.

15 Como variantes existen tambien instalaciones de conmutacion de cable anular 101 con mas de una derivation. Todas las instalaciones tienen en comun que al menos las derivaciones poseen un dispositivo 104, que es apropiado para interrumpir la corriente que fluye. Esta interruption se consigue casi siempre con conmutadores de potencia o interruptores seccionadores bajo carga. En el margen de aplicacion de tension media o alta se emplean con frecuencia, en estos circuitos, unas superestructuras complejas con conmutadores de potencia e interruptores 20 seccionadores. A este respecto el conmutador de potencia representa con frecuencia el componente individual mas grande, pesado y complejo, en particular si la instalacion de conmutacion esta realizada como instalacion de conmutacion aislada por gas.

De aqul se deducen unas superestructuras complejas, que estan realizadas en parte con tecnologla de aislamiento por aire o gas SF6.

25 Por ejemplo con frecuencia se conectan centrales eolicas, a traves de la instalacion de conmutacion de cable anular 101, a la red de suministro de energla. Una instalacion de conmutacion de cable anular 101 de este tipo se encuentra por ejemplo al pie de una torre de la central eolica. Segun el nivel de tension, la conexion y el tamano de la instalacion de conmutacion, sin embargo, se necesita para ello un edificio adicional. En particular en el caso de parques eolicos marinos y altas tensiones (33 kV o 66 kV) es enorme la necesidad de espacio con la tecnologla 30 actual; esto es problematico a causa de las circunstancias locales.

Del documento WO 2010/072622 A1 se conoce un conmutador escalonado para transformadores de tension media- baja, que se basa en uno o varios conmutadores mecanicos. Al conmutar la corriente es guiada a traves de conmutadores semiconductores, para asegurar la libertad de interrupcion. Tampoco el documento WO 2010/072622 A1 muestra una posibilidad eficiente para un interruptor seccionador en el lado primario del transformador. Del 35 documento JP 2000 354 398 A se conoce una instalacion de conmutacion con un circuito de tiristor.

El objeto de la invencion consiste en evitar los inconvenientes citados anteriormente y en particular en especificar un planteamiento eficiente para una instalacion de conmutacion de cable anular.

Este objeto es resuelto conforme a las caracterlsticas de las reivindicaciones independientes. De las reivindicaciones dependientes pueden deducirse en particular unas formas de realizacion preferidas.

40 Para solucionar el objeto se propone una instalacion de conmutacion con un circuito de tiristor, que este dispuesto en paralelo a un interruptor seccionador, con un transformador cuyo lado primario este conectado, a traves del circuito paralelo formado por el circuito de tiristor y el interruptor seccionador, a una llnea de energla de una red de distribucion de energla, en donde el lado secundario del transformador este previsto para conectarse un generador o un consumidor.

45 De este modo es posible conseguir una separation electrica eficiente del generador o consumidor respecto a la llnea de energla. El interruptor seccionador presenta de forma preferida una determinada resistencia en cuanto a sobretensiones (p.ej. conforme a la norma IEC62271). El circuito de tiristor puede adaptarse o disenarse por ejemplo de forma flexible para una corriente de hasta 4.000 A. De esta manea la instalacion de conmutacion puede adaptarse especlficamente a la potencia de los generadores conectados, p.ej. centrales eolicas. Esto reduce 50 considerablemente la complejidad, los costes, los componentes necesarios as! como el espacio constructivo necesario. Precisamente para conectar turbinas de aire puede instalarse de este modo especlficamente una

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instalacion de conmutacion con unas dimensiones menores junto con la turbina de aire (para una o dado el caso varias turbinas de aire).

En particular el circuito en el lado secundario puede comprender tambien al menos una instalacion de conmutacion. Un perfeccionamiento consiste en que el circuito de tiristor este realizado con auto-desconexion.

De este modo se simplifica la activacion del circuito de tiristor.

Otro perfeccionamiento consiste en que el circuito de tiristor comprenda dos elementos de tiristor conectados en antiparalelo.

Tambien consiste un perfeccionamiento en que cada elemento de tiristor comprenda al menos un tiristor o al menos un circuito en paralelo y/o serie de tiristores.

Tambien pueden utilizarse otros elementos constructivos junto con los tiristores.

Alternativamente a los tiristores pueden utilizarse tambien conmutadores semiconductores desconectables, en particular transistores, GTOs (tiristor con apagado por puerta, del ingles Gate Turn-off Thyristor) o IGCTs (transistor conmutado por puerta integrada, del ingles Integrated Gate Conmutated Transistor).

De forma particularmente ventajosa pueden emplearse tambien tiristores de material semiconductor supraconductor, p.ej. con germanio. La ventaja consiste aqul en la reducida resistencia y en la mayor resistencia a cortocircuitos.

Un perfeccionamiento consiste en que, ademas del interruptor seccionado, este dispuesto un interruptor seccionador adicional en el ramal del circuito de tiristor.

Un perfeccionamiento consiste en que la instalacion de conmutacion sea una instalacion de conmutacion de cable anular y en que la llnea de energla sea una llnea anular de una red de distribution de energla.

Otro perfeccionamiento consiste en que el interruptor seccionado sea un interruptor seccionador aislado por gas, un interruptor seccionador de vaclo o un interruptor seccionador de aire.

En particular un perfeccionamiento consiste en que la activacion del interruptor seccionador y/o del circuito de tiristor se realice mediante un dispositivo de control.

Por ejemplo el dispositivo de control puede activar o desactivar el circuito de tiristor y/o el interruptor seccionador. El circuito de tiristor puede activarse p.ej. a traves de una corriente de control o un encendido por luz, como por ejemplo la luz de un diodo laser.

El dispositivo de control puede comprender por ejemplo una combination entre contactores, reles y elementos de conmutacion, como conmutadores giratorios, o tambien estar realizado como una unidad de control digital, por ejemplo para el control remoto a traves de un punto de conduction. El dispositivo de control puede emplearse para desconectar automaticamente la corriente si se produce un fallo de red, p.ej. un cortocircuito, o para la conmutacion especlfica, para influir activamente en el flujo de carga en el cable anular.

Un perfeccionamiento consiste tambien en que la instalacion de conmutacion este conectada a un generador o a un consumidor, y en que el generador o el consumidor pueda separarse de la llnea de energla o conectarse a la misma mediante la instalacion de conmutacion.

Ademas de esto un perfeccionamiento consiste en que el lado secundario del transformador pueda conectarse al generador o al consumidor a traves de un conmutador o un conmutador multiple.

En cuanto a detalles adicionales que afecten al conmutador multiple se hace referencia al documento WO 2010/072622 A1 citado al comienzo.

En el marco de un perfeccionamiento adicional esta previsto un circuito de tiristor adicional, en base al cual el conmutador o un conmutador multiple puede puentearse al menos temporalmente.

El objeto citado al comienzo tambien es resuelto mediante un procedimiento para hacer funcionar una instalacion de conmutacion con un circuito de tiristor, que este dispuesto en paralelo a un interruptor seccionador, en donde el circuito de tiristor y el interruptor seccionador esten conectados a traves de una llnea de energla de una red de distribucion de energla al lado primario de un transformador, en el que antes del proceso de conmutacion del

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interruptor seccionador se conmute de forma que conduzca el circuito de tiristor, en el que se abra el interruptor seccionador, en el que el circuito de tiristor se conmute de forma que aisle.

En particular se conecta el circuito de tiristor para asumir la corriente de carga durante la conmutacion del interruptor seccionador.

Un perfeccionamiento consiste en que, al abrir el interruptor seccionador, la corriente sea guiada por completo a traves del circuito de tiristor transconectado.

Una conformation consiste en que la corriente se mida mediante el interruptor seccionador y/o mediante el circuito de tiristor.

En base a esta medicion el interruptor seccionador y/o el circuito de tiristor pueden activarse de forma correspondiente.

Las particularidades, caracterlsticas y ventajas descritas anteriormente de esta invention as! como el modo en el que se consiguen las mismas se hacen mas clara y nltidamente comprensibles con relation a la siguiente description esquematica de unos ejemplos de realization, que se explican con mas detalle en relacion a los dibujos. A este respecto, para obtener una mejor vision general, los elementos iguales o con el mismo efecto pueden poseer los mismos slmbolos de referencia.

Aqul muestran:

la fig. 2 un circuito anular esquematico que, ademas de la representation de la fig. 1, presenta tambien una instalacion de conmutacion de cable anular 106, que esta conformada ventajosamente con relacion a la instalacion de conmutacion de cable anular 101;

la fig. 3 muestra, de forma complementaria a la fig. 2, una estructura detallada de la instalacion de conmutacion de cable anular 106;

la fig. 4 muestra, de forma complementaria a las figs. 2 y 3, una estructura de la instalacion de conmutacion de cable anular con un interruptor seccionador adicional en el ramal del circuito de tiristor.

La fig. 2 muestra un circuito anular esquematico que, adicionalmente a la exposition de la fig. 1, presenta ademas una instalacion de conmutacion de cable anular 106. La instalacion de conmutacion de cable anular 106 puede estar realizada aqul alternativamente a la instalacion de conmutacion de cable anular 101. Como se explica con mas detalle a continuation, la instalacion de conmutacion de cable anular 106 presenta algunas ventajas con respecto a la instalacion de conmutacion de cable anular 101.

De esta manera se simplifica la interruption 104 (p.ej. del conmutador de potencia), lo que hace posible una estructura y un empleo claramente mas eficientes de la instalacion de conmutacion de cable anular 106.

La fig. 3 muestra, de forma complementaria a la fig. 2, una estructura detallada de la instalacion de conmutacion de cable anular 106.

De esta manera se propone una unidad de conmutacion 107 que presenta un interruptor seccionador 109, que hace posible un aislamiento seguro en combination con un circuito de tiristor 111. El interruptor seccionador esta dispuesto de forma preferida en paralelo al circuito de tiristor 111. La unidad de conmutacion 107 hace posible una separation efectiva del lado secundario respecto al cable anular 102.

El interruptor seccionador 109 puede estar realizado como un conmutador sencillo o - como se muestra en la fig. 3 - estar equipado con una funcion de puesta a tierra 112 adicional. En la combinacion con la funcion de puesta a tierra 112 el interruptor seccionador 109 ofrece los estados de conmutacion: conectado, desconectado y puesto a tierra. El interruptor seccionador 109 esta realizado de forma preferida como un conmutador mecanico.

En el lado secundario 108 del transformador 113 esta previsto un conmutador multiple 110, que esta dispuesto en paralelo a un circuito de tiristor 114.

Poco antes del proceso de conmutacion del interruptor seccionador 109 o poco antes del proceso de conmutacion del conmutador multiple 110 se enciende el circuito de tiristor 111, al menos durante el proceso de conmutacion del interruptor seccionador 109, y de este modo se hace conductor. Una vez terminado el proceso de conmutacion del interruptor seccionador 109 el circuito de tiristor 11 se hace de nuevo aislante.

Mediante la unidad de conmutacion 107 propuesta puede prescindirse del conmutador de potencia o del interruptor seccionador de carga. Puede utilizarse tambien un circuito de tiristor 111 correspondiente con la misma funcion, que forme parte del conmutador multiple del lado secundario 108.

La fig. 4 muestra, de forma complementaria a las figs. 2 y 3, una estructura de la instalacion de conmutacion de 5 cable anular 106, en donde la unidad de conmutacion 107 en este caso presenta un interruptor seccionador 115 adicional en el ramal del circuito de tiristor 111.

Mediante la solucion propuesta se reducen la complejidad y el numero de componentes necesarios.

La invencion puede utilizarse tambien por ejemplo a la hora de conectar instalaciones fotovoltaicas a la red de suministro. Asimismo la invencion ofrece una ventaja de costes para las elevadas cantidades a esperar de 10 componentes de futuras redes electricas (del ingles grids) SMART.

Si bien la invencion se ha ilustrado y descrito con mas detalle mediante el al menos un ejemplo de realizacion mostrado, la invencion no esta limitada al mismo y el tecnico puede derivar de aqul otras variaciones, sin que se abandone el ambito de proteccion de la invencion.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Instalacion de conmutacion (106) con un circuito de tiristor (111), que esta dispuesto en paralelo a un interruptor seccionador (109), con un transformador (113), en donde el lado secundario del transformador (113) esta previsto para conectarse un generador o un consumidor, caracterizada porque su lado primario esta conectado, a traves del circuito paralelo formado por el circuito de tiristor (111) y el interruptor seccionador (109), a una llnea de energla (102) de una red de distribucion de energla.
2. Instalacion de conmutacion segun la reivindicacion 1, en la que el circuito de tiristor (111) esta realizado con auto- desconexion.
3. Instalacion de conmutacion segun una de las reivindicaciones anteriores, en la que el circuito de tiristor (111) esta conectado en serie a un interruptor seccionador (109) adicional.
4. Instalacion de conmutacion segun una de las reivindicaciones anteriores, en la que el circuito de tiristor (111) comprende dos elementos de tiristor conectados en antiparalelo.
5. Instalacion de conmutacion segun la reivindicacion 4, en la que cada elemento de tiristor comprende al menos un tiristor o al menos un circuito en paralelo y/o serie de tiristores.
6. Instalacion de conmutacion segun una de las reivindicaciones anteriores, en la que la instalacion de conmutacion es una instalacion de conmutacion de cable anular y en que la llnea de energla es una llnea anular de una red de distri bucion de energla.
7. Instalacion de conmutacion segun una de las reivindicaciones anteriores, en la que el interruptor seccionado es un interruptor seccionador aislado por gas, un interruptor seccionador de vaclo o un interruptor seccionador de aire.
8. Instalacion de conmutacion segun una de las reivindicaciones anteriores, en la que la activacion del interruptor seccionador y/o del circuito de tiristor se realiza mediante un dispositivo de control.
9. Instalacion de conmutacion segun una de las reivindicaciones anteriores, en la que la instalacion de conmutacion esta conectada a un generador o a un consumidor, y en donde el generador o el consumidor puede separarse de la llnea de energla o conectarse a la misma mediante la instalacion de conmutacion
10. Instalacion de conmutacion segun una de las reivindicaciones anteriores, en la que el lado secundario del transformador puede conectarse, a traves de un conmutador o un conmutador multiple, al generador o al consumidor.
11. Instalacion de conmutacion segun la reivindicacion 10, en la que esta previsto un circuito de tiristor adicional, en base al cual el conmutador o un conmutador multiple puede puentearse al menos temporalmente.
12. Procedimiento para hacer funcionar una instalacion de conmutacion (106) con un circuito de tiristor (111), que esta dispuesto en paralelo a un interruptor seccionador (109), en donde el circuito de tiristor (111) y el interruptor seccionador (109) estan conectados a traves de una llnea de energla (102) de una red de distribucion de energla al lado primario de un transformador (113), en el que antes del proceso de conmutacion del interruptor seccionador (109) se conmuta de forma que conduzca el circuito de tiristor (111), en el que se abre el interruptor seccionador (109), en el que el circuito de tiristor (111) se conmuta de forma que alsla.
13. Procedimiento segun la reivindicacion 12, en el que se conecta el circuito de tiristor (111) para asumir la corriente de carga durante la conmutacion del interruptor seccionador.
14. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 12 o 13, en el que la corriente se mide mediante el interruptor seccionador (109) y/o mediante el circuito de tiristor (111).