ES2257161B1

OFICINA ESPAÑOLA DE
PATENTES Y MARCAS
19
11 Número de publicación:
21 Número de solicitud:
2 257 161
200401849
51 Int. Cl.:
H01F 38/24 (2006.01)
H01F 30/12 (2006.01)
H01F 29/02 (2006.01)
ESPAÑA
PATENTE DE INVENCIÓN
12
22 Fecha de presentación: 22.07.2004
43 Fecha de publicación de la solicitud: 16.07.2006
Fecha de la concesión: 15.06.2007
73 Titular/es: ASEA BROWN BOVERI, S.A.
c/ Cronos, nº 57
28037 Madrid, ES
72 Inventor/es: Prieto Colmenero, Alberto y
Oliva Navarrete, Miguel
Fecha de modificación de las reivindicaciones:
01.06.2007
45 Fecha de anuncio de la concesión: 01.07.2007
45 Fecha de publicación del folleto de la patente:
74 Agente: López Martínez, José Antonio
01.07.2007
54 Título: Transformador de potencia multi-tensión para red de transmisión de energía eléctrica de alta ten-
ES 2 257 161 B1
sión (politrafo).
57 Resumen:
Transformador de potencia multi-tensión para red de transmisión de energía eléctrica de alta tensión (politrafo).
El transformador de potencia multi-tensión para red de
transmisión de energía eléctrica de alta tensión, Politrafo,
posee un diseño compacto y dispone de niveles de tensión diferentes seleccionables a la entrada y/o salida, proporcionando distintas relaciones de transformación, pudiendo ser utilizado para interconectar sistemas eléctricos
de alta tensión en múltiples puestos de transformación.
Es una solución idónea para casos de emergencia como
plan de contingencia en subestaciones que así lo requieran, siendo configurable a diferentes niveles de tensión de
entrada y/o salida y susceptible de conectarse a diferentes sistemas de transmisión de energía eléctrica en la red
de alta tensión, que por avería u otra necesidad lo requieran.
El autotransformador multi-tensión es un transformador
de potencia con características de diseño que optimizan
la conjunción de posibilidades de diferentes valores en la
tensión de entrada y/o salida y la máxima potencia con
las limitaciones del transporte ferroviario.
Aviso: Se puede realizar consulta prevista por el art. 37.3.8 LP.
Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. Pº de la Castellana, 75 – 28071 Madrid
B1
1
ES 2 257 161 B1
DESCRIPCIÓN
Transformador de potencia multi-tensión para red
de transmisión de energía eléctrica de alta tensión (politrafo).
Objeto de la invención
La presente memoria descriptiva se refiere a una
solicitud de patente de invención relativa a un transformador de potencia multi-tensión para el sistema de
transmisión de energía eléctrica de alta tensión, al que
nombraremos con la palabra Politrafo.
La utilidad de la invención consiste en la posibilidad de disponer, en un mismo transformador de potencia, de niveles de tensión diferentes y seleccionables a la entrada y/o a la salida, primario-secundario
(además de la regulación dentro de un nivel de tensión
seleccionado), y en el arrollamiento terciario, de forma que proporciona distintas relaciones de transformación, y puede ser utilizado para interconectar sistemas eléctricos de alta tensión en múltiples puestos de
transformación.
Esto contrasta con los transformadores de potencia existentes en la red de alta tensión, que disponen
de un único nivel de tensión a la entrada y otro a la salida disponiendo solamente, en la mayoría de los casos, de regulación dentro del mismo nivel de tensión.
Asimismo, se ha estudiado como solución idónea
para ser utilizado en el caso de emergencia como plan
de contingencia en las subestaciones que así lo requieran, ya que es susceptible de poder conectarse a múltiples sistemas de transmisión de la energía eléctrica en
la red de alta tensión, que por avería u otra incidencia
así lo necesitaran, al disponer de diferentes niveles de
tensión seleccionables a la entrada y a la salida.
El transformador multi-tensión, que la presente invención preconiza, es un transformador de potencia
en el que se han establecido características de diseño que optimizan la conjunción de posibilidades de
diferentes valores en la tensión de entrada y/o salida con las limitaciones de transporte del propio autotransformador, adecuándose su dimensionado tanto a
las necesidades de seguridad y funcionamiento eléctricos como a la normativa existente en el transporte
ferroviario.
Campo de la invención
El campo de aplicación de la presente invención
es el relacionado con la transmisión y transformación
de energía eléctrica de alta tensión.
Más concretamente, la misión del Politrafo es servir como transformador de reserva para poder ser utilizado en caso de contingencia en la red con posible
interconexión a diferentes valores de voltaje de entrada y/o salida y del arrollamiento terciario.
Antecedentes de la invención
Son de tiempo conocidos y utilizados, en el sector
de la energía eléctrica, los elementos de transformación de voltaje e intensidad, a fin de facilitar el transporte de la electricidad desde las unidades generadoras hasta los usuarios finales de la misma.
El transporte de energía eléctrica precisa de alta
tensión para reducir la intensidad de corriente y, por
tanto, minimizar las pérdidas de energía asociadas a la
transmisión. Así, dicho transporte de energía eléctrica
resulta más eficaz a alta tensión, mientras que su consumo requiere de una red de baja tensión por motivos
de seguridad. Por tanto, en las diferentes subestaciones de la red de transporte, se modifican los valores
de ambas magnitudes, a fin de optimizar de un lado el
2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
2
transporte propio de la energía eléctrica y de otro la
prestación de servicio que con ella se realiza.
En estas subestaciones es donde se incorporan los
sistemas de transformación a fin de interconectar redes de transporte a diferentes tensiones, que varían en
la salida suministrada en función de las características
de la siguiente etapa que atienden.
Evidentemente, en las instalaciones fijas se dispone de transformadores adecuados a los niveles precisos, con lo que son convenientemente diseñados para
que realicen sus funciones de modo permanente.
En caso de avería u otra contingencia similar en la
que se precise de sustitución temporal de uno de estos
transformadores, basta, por tanto, con derivar las conexiones a otro de las mismas características para, una
vez subsanada la contingencia, volver a la situación de
partida. Ello presenta la dificultad del volumen y peso
que estos elementos poseen, por lo que el transporte
y movimiento de uno de reserva no se realiza de forma sencilla, requiriéndose de sistemas de transporte y
medios especiales.
Además, se debería disponer de tantos equipos de
reserva diferentes como sea necesario para atender los
distintos valores de entrada y salida de las redes de
transporte. Esto se solventa con la existencia de transformadores multi-tensión (Politrafos), que mediante
la configuración de diferentes conexiones internas en
los arrollamientos de las bobinas de inducción permiten establecer diferentes tensiones a la entrada y/o a
la salida, y, por tanto, múltiples relaciones de transformación. La posibilidad de seleccionar diferentes
niveles de tensión en el arrollamiento terciario proporciona una ventaja adicional.
A lo que obliga esta característica de la multitensión es a incrementar las dimensiones y peso del
transformador para una misma potencia de salida, con
lo cual se dificultan aún más las tareas de transporte y
movimiento del mismo.
Un buen medio de transporte para estos pesados y
voluminosos equipos es el ferroviario, por lo que los
elementos que se van a utilizar de forma permanente
están diseñados para cumplir las restricciones de dicho medio de transporte.
No se tiene conocimiento de sistemas que aúnen
las características antes descritas, es decir, valores de
entrada y salida multi-tensión que se encuentren diseñados proporcionando la máxima potencia de forma
que puedan transportarse en los sistemas ferroviarios
convencionales.
Descripción de la invención
El transformador de potencia multi-tensión (Politrafo), que la invención propone, constituye por sí
mismo una solución decantada como eficaz para conjuntar las necesidades de equipo de reserva para diferentes valores de voltaje de entrada y/o salida, disponiendo a la vez de la máxima potencia posible y un
diseño adecuado para cumplir los requisitos de transporte ferroviario.
De forma más concreta, el Politrafo, como los
transformadores de potencia al uso, está constituido
por un armazón externo o cuba que dispone en su estructura de medios de fijación y soporte para todos los
componentes externos, de forma que puedan instalarse los bornes de conexión, el equipo de refrigeración
y el resto de accesorios del transformador. Se utilizan
para todo ello elementos normalizados, lo que facilita
el suministro de repuestos.
El conjunto se dispone preparado para la intempe-
3
ES 2 257 161 B1
rie, y dispone en su estado de transporte de dimensiones adecuadas para poder llevarlo a efecto, permitiendo el desmontaje de todos los accesorios, y su posterior ensamblaje cuando se precisa de su uso de una
manera sencilla.
En el estado de transporte, se ubica perfectamente
en un vagón ferroviario y no sobrepasa el peso máximo.
En la zona superior se montan las bornas de conexión que, durante el transporte y para no sobrepasar las dimensiones permitidas, viajan desmontadas.
Tanto la situación de las bornas como del resto de accesorios y medios de operación del conmutador y los
distintos puntos de toma de tierra han sido situados de
forma que observan todas las garantías de seguridad.
La estructura de los diferentes devanados que conforman tanto el circuito primario como el secundario del transformador está convenientemente diseñada para que pueda establecerse la tensión de entrada
y/o salida en función de la conexión seleccionada. El
arrollamiento terciario también está diseñado para poder seleccionar diferentes niveles de tensión.
La selección de los niveles de tensión se realiza mediante el cambio de conexiones internas en el
transformador. El Politrafo ha sido convenientemente diseñado para disponer de múltiples salidas, adecuadamente conectadas a los bobinados internos, para
proporcionar diferentes relaciones de transformación.
El diseño de las conexiones y salidas se ha realizado
cumpliendo todas las normas y requisitos necesarios
para asegurar el buen funcionamiento de la máquina,
y habiéndose contemplado todas las condiciones dieléctricas y electrodinámicas asociadas a este tipo de
transformadores de potencia.
Descripción de los dibujos
Para completar la descripción que se está realizando, y con objeto de ayudar a una mejor comprensión
de las características del invento, se acompañan a la
presente memoria descriptiva, como parte integrante
de la misma, 3 hojas de planos, en las cuales con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo
siguiente:
La figura número 1 muestra una vista lateral
del Politrafo, autotransfomador multi-tensión, en situación de ser transportado, es decir, con los elementos de conexionado a la red y de refrigeración
desmontados.
La figura número 2, muestra una vista frontal en
el mismo estado que el definido para la figura 1.
La figura número 3, muestra una vista lateral del
autotransformador en su estado de funcionamiento,
listo para conexionarlo a la red.
En la figura número 4, se representa una vista cenital del autotransfomador con los diferentes elementos que desde este punto de vista se observan.
La figura número 5, representa un diagrama eléctrico de las conexiones del autotransformador.
Realización preferente de la invención
A la vista de estas figuras, puede observarse el aspecto exterior y otras características de la invención.
En la figura número 1 aparece una vista lateral
del autotransformador Politrafo, en la que se aprecian
dos zonas diferenciadas, una en la cabecera (1) (cajón donde se encuentra ubicado el conmutador), y otra
formando el cuerpo central del autotransformador (2)
(parte activa del transformador, núcleo, bobinados y
conexionado).
Es en la zona superior de este cuerpo central don-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
4
de se disponen de las bridas de amarre (3), para el
montaje de las diferentes bornas y accesorios. En
el estado de transporte del autotransformador, dichas
bornas y accesorios se encuentran desmontados, por
seguridad y para que se ajuste a la normativa de transporte ferroviario.
En la zona de cabecera (1) es donde se dispone de
los depósitos para el aceite, de los elementos auxiliares y cabinas de control del equipo de refrigeración y
del conmutador.
En el cuerpo central (2), es donde se aloja el núcleo y bobinados del autotransformador, y es este
cuerpo quien descansa sobre unos tándem de ruedas
para el movimiento de la máquina. La utilización de
los tándem de ruedas es opcional.
Dichas ruedas (5) se pueden apreciar en la figura
número 2 que muestra una vista frontal del autotransformador, tomando en primer plano la zona de cabecera. Ahí se encuentran convenientemente colocadas
las ménsulas (4), para el transporte y elevación del
transformador.
Cuando el equipo se encuentra en estado de funcionamiento, presenta una disposición como se indica en la figura 3. Allí se pueden apreciar las bornas
de conexión del circuito primario y secundario (6), y
las del terciario (11), que serán las que se conecten a
las distintas redes de transporte de energía eléctrica de
alta tensión.
Se dispone de un depósito de almacenamiento y
conservación de aceite (7), del que parten las tuberías
y demás conductos hacia la cuba del transformador.
Bajo este depósito, se encuentran la cabina de control de refrigeración y la cabina del conmutador (8).
El equipo de refrigeración (10) es necesario para mantener la temperatura del aceite dentro de los niveles
admitidos, disipando las pérdidas energéticas internas
del transformador. En esta realización, el circuito de
refrigeración puede incluir también motobombas (9)
que facilitan, en caso de ser necesaria, una refrigeración forzada.
Si disponemos de una vista cenital del autotransformador en su modo de funcionamiento apreciamos,
tal como se sigue de la figura número 4, la disposición
de los distintos elementos ya referidos con la misma
numeración en la figura anterior. Se ha referenciado
el conmutador (12), que permite ajustar la tensión en
un rango determinado dentro de un mismo nivel de
tensión.
Como se ha comentado anteriormente, la selección de los diferentes niveles de tensión se realiza mediante el cambio de conexiones internas en el transformador, que se encuentran representadas esquemáticamente en la figura 5. En la misma figura, se han
señalado esquemáticamente los puntos de conexión
exterior (bornes) (13), las diferentes conexiones del
circuito primario / secundario (15), el circuito terciario (14) y el conmutador (16).
No se considera necesario hacer más extensa esta
descripción, para que cualquier experto en la materia
comprenda el alcance de la invención y las ventajas
que de la misma se derivan.
Los materiales, accesorios, forma, tamaño y disposición de los elementos serán susceptibles de variación, siempre y cuando ello no suponga una alteración
de la esencialidad del invento.
Los términos en que se ha descrito esta memoria
deberán ser tomados en sentido amplio y no limitativo.
3
5
ES 2 257 161 B1
REIVINDICACIONES
1. Autotransformador de potencia multi-tensión
para red de transmisión de energía eléctrica de alta
tensión, que comprende:
- un sistema circuital que integra diferentes devanados que conforman tanto el circuito primario como
el secundario del transformador, estando este sistema
circuital seccionado y conexionado con múltiples tomas conectadas a los devanados internos para ofrecer
diferentes valores de tensión de entrada y/o salida;
- componentes desmontables incluyendo bornas
de conexión y otros accesorios; y
- una o más conexiones internas seleccionables
para seleccionar diferentes niveles de tensión de entrada y/o salida, dependiendo de la potencia suministrada en la salida de la conexión a las distintas redes
de transporte de energía eléctrica de alta tensión
caracterizado por comprender un armazón externo o
cuba que aloja el núcleo y devanados del autotrans-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
4
6
formador y dispone en su estructura de medíos de fijación y soporte para los componentes desmontables
y por adoptar unas dimensiones y características de
peso y volumetría, una vez retirados todos los componentes desmontables, que no sobrepasan las máximas
requeridas para su transporte en la red ferroviaria.
2. Autotransformador según la reivindicación 1,
caracterizado porque comprende un devanado terciario adaptado para poder seleccionar diferentes niveles
de tensión.
3. Autotransformador según la reivindicación 1,
caracterizado porque dichos componentes desmontables incluyen un equipo de refrigeración que integra
unos depósitos de aceite.
4. Autotransformador según la reivindicación 1,
caracterizado por disponer de estructuras de instalación para diferentes elementos externos de conexionado de la red, de modo que en el estado de transporte estos componentes se encuentran desmontados y su
reinstalación se produce en una subestación.
ES 2 257 161 B1
5
ES 2 257 161 B1
6
ES 2 257 161 B1
7
11
OFICINA ESPAÑOLA DE
PATENTES Y MARCAS
ES 2 257 161
21 Nº de solicitud:
200401849
22 Fecha de presentación de la solicitud: 22.07.2004
ESPAÑA
32 Fecha de prioridad:
INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TÉCNICA
51
Int. Cl.:
Ver hoja adicional
DOCUMENTOS RELEVANTES
Categoría
Documentos citados
Reivindicaciones
afectadas
X
US 20030234639 A (AHUJA et al.) 25.12.2003, párrafos 2-11.
1-3
X
US 2020941 A (H.C. GUHL) 12.11.1935, página 1, líneas 1-35.
1-3
A
US 3855521 A (KIUCHI) 17.12.1974, resumen; columna 1,
líneas 45-62; reivindicación 1.
1-3
A
US 4441149 A (HASE) 03.04.1984, resumen; columna 1,
línea 56 - columna 2, línea 48.
1-3
A
US 1896398 A (F.W. GAY) 07.02.1933, página 1, líneas 8-80.
1-3
A
US 4611190 A (MONTAGUE) 09.09.1986, resumen; columna 1,
línea 25 - columna 2, línea 18.
1-3
Categoría de los documentos citados
X: de particular relevancia
Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la
misma categoría
A: refleja el estado de la técnica
O: referido a divulgación no escrita
P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación
de la solicitud
E: documento anterior, pero publicado después de la fecha
de presentación de la solicitud
El presente informe ha sido realizado
5 para todas las reivindicaciones
para las reivindicaciones nº:
Fecha de realización del informe
Examinador
Página
30.06.2006
L. García Aparicio
1/2
INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
Nº de solicitud: 200401849
CLASIFICACIÓN DEL OBJETO DE LA SOLICITUD
H01F 38/24 (2006.01)
H01F 30/12 (2006.01)
H01F 29/02 (2006.01)
Informe del Estado de la Técnica (hoja adicional)
Página 2/2