ES3062060T3 - Electric transformer - Google Patents

Description

[0001] DESCRIPCION

[0002] Transformador eléctrico

[0003] Esta invención se refiere, en términos generales, a un transformador eléctrico.

[0004] Más específicamente, la invención se refiere a un transformador eléctrico que funciona con corriente alterna trifásica, provisto de una armadura capaz de mejorar significativamente las operaciones de montaje y transporte.

[0005] Estas máquinas eléctricas son ampliamente utilizadas en las redes modernas de distribución y pueden alcanzar dimensiones considerables; los transformadores trifásicos, en particular aquellos del tipo denominado “seco”, poseen generalmente tres devanados primarios y tres devanados secundarios montados sobre un único núcleo de material ferromagnético. Los transformadores de tipo seco pueden clasificarse además como aislados con resina o con aire, según estén o no las bobinas incorporadas con un recubrimiento aislante, que consiste normalmente en una resina termoendurecible; dicho recubrimiento es necesario especialmente cuando el transformador se utiliza en entornos altamente contaminados.

[0006] El núcleo comprende tres columnas, dispuestas habitualmente en posición vertical y colocadas una al lado de la otra sobre una estructura de soporte, alrededor de las cuales se montan los devanados o bobinas de las respectivas fases; también forman parte del núcleo dos yugos, es decir, los elementos necesarios para conectar magnéticamente las columnas, dispuestos por encima y por debajo de las mismas en posición transversal.

[0007] Además, los devanados están conectados eléctricamente, dependiendo de la relación de tensiones asociadas que se desee obtener, mediante barras de conexión conductoras dispuestas lateralmente sobre las bobinas.

[0008] Considerando las dimensiones, el volumen total y el peso que estas máquinas pueden alcanzar, debe prestarse especial atención a la construcción del bastidor de soporte, el cual debe garantizar solidez y seguridad tanto durante su funcionamiento como durante su transporte y posterior instalación.

[0009] El bastidor comprende normalmente armaduras, constituidas por chapas metálicas o perfiles, dispuestas en correspondencia con los yugos y diseñadas para protegerlos, a fin de no dejarlos totalmente expuestos a los agentes externos; las armaduras están fijadas entre sí mediante medios de sujeción adecuados, como varillas de unión. Actualmente, debido a la presencia y al volumen de las columnas en la zona central de las armaduras, los medios de sujeción se colocan cerca de las porciones laterales de los perfiles metálicos opuestos; sin embargo, esto genera un inconveniente durante la fase de sujeción de los propios perfiles, los cuales, por ser elásticos, se deforman tras el apriete de las varillas debido a la presencia de las columnas.

[0010] Dada la ausencia de soluciones que permitan fijar la armadura a las columnas del núcleo, el mantenimiento de la integridad del núcleo se confía a las conexiones entre armadura y yugo y entre yugo y columnas, respectivamente. Esto representa un inconveniente adicional, ya que un aparato construido de esta manera es más vulnerable a los golpes y vibraciones durante el transporte y el funcionamiento; la ausencia de elementos laterales de protección y soporte en el bastidor elimina rigidez y estabilidad de la estructura, dejando la función de rigidización del conjunto únicamente al acoplamiento entre yugos y columnas.

[0011] Además, en los transformadores utilizados actualmente, la fuerza de compresión del núcleo se distribuye habitualmente mediante cuatro varillas transversales dispuestas sobre los yugos y ocho varillas colocadas en las porciones laterales de las armaduras.

[0012] Tal como se ha indicado anteriormente, la aplicación de una fuerza a través de estas varillas laterales somete a las armaduras a deformaciones no deseadas, las cuales deben limitarse en lo posible.

[0013] Actualmente no existen transformadores del estado de la técnica que puedan evitar el uso de estas varillas laterales para la compresión del núcleo con corte a 45°.

[0014] Además, surge un problema adicional del hecho de que las varillas insertadas transversalmente en el núcleo no son adecuadas para soportar el peso del transformador cuando se eleva.

[0015] En efecto, dado que los transformadores se trasladan normalmente tras ser elevados mediante la armadura superior, el peso de casi toda la máquina ejerce una fuerza de corte sobre las varillas de las armaduras, sometiéndolas a esfuerzos que pueden dañar de forma irreversible el recubrimiento aislante.

[0016] No es posible, sin embargo, insertar varillas que sean capaces de tolerar tales esfuerzos en los transformadores del estado de la técnica, debido al método de unión entre columnas y yugos, el cual se implementa mediante interfaces cortadas a 45°; este método reduce las pérdidas en el núcleo y mejora el nivel de ruido en comparación con los núcleos construidos mediante corte a 90°.

[0017] La instalación de varillas adicionales adecuadas para este fin implicaría la apertura de nuevos alojamientos para su inserción en el núcleo, en las zonas de unión entre columnas y yugos.

[0019] Sin embargo, esta solución no es viable, ya que causaría una alteración significativa del flujo magnético generado en el interior del propio núcleo y empeoraría la eficiencia general del transformador.

[0020] Para superar este problema, se utilizan varillas rígidas para descargar el peso del transformador durante la elevación, desde la armadura superior hacia la armadura inferior.

[0021] Estas varillas se disponen habitualmente en pares y en una posición lateral y adyacente a las columnas del núcleo, en el interior de los devanados de baja tensión, pero esto aumenta las dimensiones totales de las propias columnas, y por tanto de las bobinas del transformador.

[0022] El estado de la técnica relevantes comprende los documentos US3419836A, US2910663A and US4135172A.

[0023] Por tanto, resulta evidente que existe la necesidad de una solución que resuelva los inconvenientes mencionados anteriormente, sin que ello afecte, al mismo tiempo, a las características productivas actuales de un transformador eléctrico.

[0024] El objetivo de esta invención es, por tanto, realizar un transformador eléctrico con armaduras que presenten características de resistencia y solidez mejoradas con respecto al estado de la técnica, mediante la disposición de medios de sujeción en la zona central de las armaduras.

[0025] Un objetivo adicional de esta invención es proporcionar una solución al problema de elevación y transporte de transformadores eléctricos, evitando la sobrecarga de las varillas. Además, un objetivo de esta invención es realizar un transformador eléctrico, en particular con un núcleo ensamblado mediante corte a 45°, que garantice la compresión del núcleo mediante varillas transversales y no mediante varillas laterales, según se conoce en el estado de la técnica. Otro objetivo de esta invención es permitir la fabricación de transformadores de manera sencilla y rápida.

[0026] Estos y otros objetivos se alcanzan mediante un transformador eléctrico conforme con la reivindicación 1 adjunta; otros detalles y características técnicas se exponen en las reivindicaciones dependientes.

[0027] Esta invención se describe ahora, a modo de ejemplo y sin limitar el alcance de la invención, conforme con una realización preferida, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

[0028] la Figura 1 es una vista en perspectiva del transformador eléctrico conforme con la invención;

[0029] la Figura 2 es una vista frontal del transformador conforme con la invención;

[0030] la Figura 3 es una vista lateral del transformador conforme con la invención;

[0031] la Figura 4 muestra una vista frontal del núcleo y del bastidor del transformador conforme con la invención; la Figura 5 es una vista lateral del transformador mostrado en la Figura 5;

[0032] las Figuras 6A y 6B son vistas en perspectiva parciales y en explosión del transformador de las Figuras 4 y 5;

[0033] las Figuras 7A-7C son vistas en sección transversal de detalles del transformador conforme con la invención. Un transformador eléctrico 100 utilizado con corriente de tensión trifásica se muestra en las Figuras 1 y 2; son visibles las bobinas 1, que envuelven las columnas 2 del núcleo ferromagnético.

[0034] Las bobinas o devanados primarios y secundarios 1 están conectados entre sí mediante las conexiones eléctricas 5. En una posición por encima y por debajo de las columnas 2, son visibles el yugo superior 31 y el yugo inferior 32, rodeados respectivamente por una armadura superior 41 y una armadura inferior 42; la armadura inferior 42 puede fijarse a uno o más soportes 43, provistos, si es necesario, de ruedas u otros medios para facilitar pequeños desplazamientos.

[0035] Además, se han realizado primeros alojamientos o aberturas 51 tanto en la armadura superior 41 como en la armadura inferior 42, para comprimir los yugos 31, 32 mediante los primeros medios de sujeción o varillas 61, y segundos alojamientos o aberturas 52 para comprimir las columnas 2 mediante segundos medios de sujeción o varillas 62. Existen dos o más medios de sujeción o varillas 61, 62 para cada armadura, y preferiblemente se instala al menos una en correspondencia con cada columna 2, con el fin de obtener una distribución más uniforme de las tensiones; en concreto, puede preverse un número de varillas 62 igual a dos por cada columna 2, una conectada a la armadura superior 41 y otra conectada a la armadura inferior 42.

[0036] En particular, las varillas 62 permiten de manera ventajosa uniformar la fuerza de apriete ejercida por las chapas de las armaduras 41 y 42 tanto sobre los yugos 31 y 32 como sobre las columnas 2, evitando cualquier deformación de las armaduras.

[0037] Por tanto, las primeras y segundas varillas 61 y 62 se mantienen en tensión mediante tornillos y/o tuercas de apriete 610 y 620 adecuados, y se insertan en los respectivos primeros y segundos alojamientos 51, 52.

[0038] En la realización descrita, los primeros y segundos alojamientos 51, 52 son orificios pasantes realizados respectivamente:

[0039] en las proximidades de las zonas de unión de las armaduras 41, 42 con los yugos 31, 32, y

[0040] en los extremos superior e inferior de los bloques metálicos que forman las columnas 2. Los alojamientos 51 y 52 tienen como objetivo resolver el problema que puede encontrarse en el estado de la técnica, derivado de la transmisión de tensiones entre armadura y núcleo.

[0041] Según la realización preferida descrita aquí, las varillas laterales están ausentes; son sustituidas por un número total de diez varillas entre primeras y segundas varillas 61 y 62, alojadas en sus respectivos alojamientos 51 y 52.

[0042] En cada yugo 31 y 32 hay dos alojamientos 51, destinados a alojar las varillas 61 para la compresión de las armaduras 41 y 42 sobre los yugos 31 y 32. La función principal de las varillas 61 es comprimir el núcleo utilizando las armaduras 41 y 42.

[0043] En cada columna 2, por el contrario, hay dos alojamientos 52, en sus extremos superior e inferior.

[0044] Los alojamientos 51 y 52 son aberturas que atraviesan, respectivamente, los yugos 31, 32 y las columnas 2.

[0045] Ventajosamente, las posiciones de los alojamientos 51 y 52, es decir, de las varillas 61 y 62, no están alineadas entre sí, sino que se encuentran sustancialmente sobre dos líneas paralelas diferentes.

[0046] De este modo, los alojamientos 52 en los que se insertan las varillas 62 no se superponen a las uniones entre los yugos 31, 32 y las columnas 2, evitando así interferencias perjudiciales en el funcionamiento del núcleo.

[0047] Como puede verse en la Figura 3, las varillas 61 y 62 del transformador conforme con la invención atraviesan el conjunto y permiten obtener ventajosamente un transformador estructuralmente mucho más rígido que los convencionales, equipados con varillas situadas en la porción lateral de las armaduras 41, 42; de hecho, según la invención, es imposible obtener conexiones que no estén correctamente apretadas o incurrir en deformaciones de las chapas de las armaduras 41, 42 derivadas de la fuerza de compresión.

[0048] Las Figuras 4, 5, 6A y 6B muestran la disposición particular de los alojamientos 51 y 52 con respecto a las interfaces de unión entre las columnas 2 y los yugos 31, 32 del transformador 100.

[0049] Como puede verse en la vista de la porción superior del núcleo en la Figura 6B, la posición de las varillas 62 sobre la columna 2 está desplazada respecto a la unión con el yugo superior 32, de modo que no se superponen a la unión columna-yugo realizada a 45°.

[0050] También se disponen espaciadores respectivos 210, 310 en las caras opuestas de las columnas 2 y de los yugos 31, 32, cerca de las varillas 61, 62, en contacto con las armaduras 31, 32 y con el propio núcleo.

[0051] Las mismas medidas se adoptan en la porción inferior del núcleo, que no se describe aquí por motivos de brevedad. En la porción inferior también se encuentra un soporte 421 para las bobinas de baja tensión, instalado en la base de cada columna y fijado a la armadura inferior 32.

[0052] Según otras realizaciones del transformador conforme con la invención, la posición de los alojamientos 52 puede desplazarse sin alterar la compresión, y sin causar deformación de las armaduras.

[0053] Nuevamente con referencia a los dibujos adjuntos, se pueden observar perfiles de refuerzo 10 dispuestos en los laterales, los cuales conectan ventajosamente los extremos de la armadura superior 41 con los de la armadura inferior 42; los mencionados perfiles de refuerzo 10 están conectados de forma ventajosa a las armaduras 41, 42 mediante medios de conexión adecuados 101, por ejemplo, tornillos y/o tuercas.

[0054] Los perfiles de refuerzo 10 pueden estar fabricados preferiblemente de material metálico con perfil en U, y tienen la función de sustituir las barras rígidas utilizadas en el estado de la técnica para la elevación del transformador.

[0055] Al eliminar los elementos de soporte rígidos dispuestos alrededor de las columnas 2, se reducen las dimensiones totales y se gana espacio exterior, que puede utilizarse para la instalación de barras conductoras tradicionales de cobre o aluminio entre las bobinas.

[0056] La eliminación de las barras rígidas también elimina la necesidad de interponer láminas de material aislante que normalmente serían necesarias para aislarlas eléctricamente de la columna.

[0057] El uso de los refuerzos, preferiblemente junto con el uso de las varillas 61 y 62, proporciona una rigidez adicional al bastidor del transformador en caso de golpes y sacudidas, en comparación con las soluciones actuales, en las que las columnas 2 mantienen conectados los yugos 31, 32.

[0058] Esto impide el deslizamiento entre los segmentos del núcleo o el desalineamiento entre las distintas partes.

[0059] Además, esta característica permite elevar el transformador con facilidad, sin riesgo de fallo en las conexiones de las armaduras; de hecho, si el transformador estuviera asegurado, mediante los ganchos 8, a un dispositivo de elevación (por ejemplo, una grúa o un puente grúa) para ser elevado, la mayor parte del peso del transformador recaería sobre la armadura 42, la cual, a su vez, lo descargaría hacia la armadura 41, al estar conectada a esta mediante los perfiles de refuerzo 10.

[0060] Las Figuras 7A-7B son secciones transversales de los alojamientos 52 y de las varillas 62 utilizadas, respectivamente, para comprimir los extremos superior e inferior de las columnas 2.

[0061] Como puede observarse, los alojamientos 52 atraviesan y están distanciados de la zona de unión con los yugos. La Figura 7C se refiere, en cambio, a los alojamientos 51 y a las varillas 61 utilizadas para la compresión de los yugos. Además, las varillas 61 y 62 están provistas de tapones o arandelas 611, 621 fabricados con un recubrimiento polimérico y/o aislante, para evitar el contacto con el metal del núcleo del transformador 100 y no alterar así sus propiedades magnéticas.

[0062] Las tuercas de apriete 620, 610 permiten un ajuste rápido y sencillo de la fuerza de compresión de las varillas 61, 62 sobre las armaduras, y por tanto sobre el núcleo. Los espaciadores 210, 310, interpuestos entre las armaduras metálicas 31, 32 y el propio núcleo, evitan la creación de conexiones eléctricas no deseadas con las armaduras y permiten el paso de aire entre la armadura y el yugo, mejorando así la refrigeración.

[0063] Las características del transformador eléctrico, objeto de la invención, se desprenden claramente de la descripción anterior, así como las ventajas del mismo.

[0064] También resulta evidente que la invención se describe únicamente a modo de ejemplo, sin limitar su ámbito de aplicación, conforme con sus realizaciones preferidas, pero se entenderá que la invención puede ser modificada y/o adaptada por un experto en la materia sin por ello apartarse del alcance del concepto inventivo de las reivindicaciones que aquí se presentan.

Claims (7)

1. REIVINDICACIONES

1.Transformador eléctrico (100) que funciona con corriente alterna trifásica, que comprende:

- una pluralidad de columnas (2) de un núcleo ferromagnético,

- al menos un devanado primario (1) y al menos un devanado secundario (1),

- un yugo superior (31) y un yugo inferior (32) dispuestos por encima y por debajo de dichas columnas (2) mediante uniones cortadas a 45 grados para su conexión magnética, en donde dicho yugo superior (31) y dicho yugo inferior (32) están rodeados, respectivamente, por una armadura superior (41) y una armadura inferior (42) de dicho transformador eléctrico (100),

- primeras aberturas pasantes (51) realizadas sobre el yugo superior (31) y el yugo inferior (32) y realizadas tanto en dicha armadura superior (41) como en dicha armadura inferior (42) para comprimir dicho yugo superior (31) y dicho yugo inferior (32) mediante primeras varillas (61) insertadas en dichas primeras aberturas pasantes (51), y

- segundas aberturas pasantes (52) realizadas tanto en dicha armadura superior (41) como en dicha armadura inferior (42) y realizadas en los extremos superior e inferior de los bloques metálicos que forman dichas columnas (2) para comprimir dichas columnas (2) mediante segundas varillas (62) insertadas en dichas segundas aberturas pasantes (52),

en donde dichas primeras aberturas pasantes (51) están posicionadas de modo que no se superpongan a dichas uniones entre dichos yugos superior e inferior (31, 32) y dichas columnas (2), y dichas segundas aberturas pasantes (52) están posicionadas de modo que no se superpongan a dichas uniones entre dichos yugos superior e inferior (31, 32) y dichas columnas (2).

2.Transformador eléctrico (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porcomprender perfiles de refuerzo (10) que son perfiles metálicos en forma de U conectados a los respectivos extremos laterales de dichas armaduras superior e inferior (31, 32) mediante medios de conexión (101).

3.Transformador eléctrico (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porquedichas primeras y/o segundas aberturas pasantes (51, 52) para dichos primeros y/o segundos medios de sujeción o varillas (61, 62) son aberturas que atraviesan al menos una parte de dicho núcleo ferromagnético.

4.Transformador eléctrico (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos primeros y/o segundos medios de sujeción o varillas (61, 62) están aislados con respecto a dichas armaduras (31, 32) mediante arandelas fabricadas en material aislante.

5.Transformador eléctrico (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porquedichos primeros y/o segundos medios de sujeción o varillas (61, 62) están aislados con respecto a dicho núcleo ferromagnético mediante un recubrimiento fabricado en material aislante.

6.Transformador eléctrico (100) según la reivindicación 1,caracterizado porquelos extremos laterales de dicha armadura superior (41) están conectados a los respectivos extremos laterales de dicha armadura inferior (42) mediante al menos un perfil de refuerzo (10) dispuesto por fuera de los devanados (1).

7.ransformador eléctrico (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porquedichas armaduras (31, 32) están aisladas con respecto a dicho núcleo ferromagnético mediante espaciadores (210, 310) fabricados en material aislante.