ES2255310T3 - Sistema y metodo para un transformador de distribucion refrigerado por tierra. - Google Patents
Sistema y metodo para un transformador de distribucion refrigerado por tierra.Info
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Abstract
Un sistema de transformador de distribución refrigerado por tierra que comprende un transformador de distribución (10) dotado de un núcleo magnético de acero (13) que delimita pilares en el núcleo (14-15) en torno a los cuales se enrollan, respectivamente, un devanado primario (16) y un devanado secundario (17), estando aislado cada uno de los referidos devanados mediante un material aislante sólido (18), caracterizado porque el referido transformador de distribución (10) está enterrado a una profundidad predefinida en el suelo (11) con el referido núcleo de acero (13) al descubierto con respecto al referido suelo con lo que se disipa en el referido suelo el calor generado por los referidos devanados, un cable de suministro de alto voltaje (20) conectado al referido devanado primario (16) y que se extiende al menos parcialmente en el referido suelo (11) y un cable de distribución eléctrica (21) conectado al referido devanado secundario (17) y que se extiende al menos parcialmente en el referido suelo (11) para dotar de energía a una o más cargas de consumo (31).
Description
Sistema y método para un transformador de
distribución refrigerado por tierra.
La presente invención versa acerca de un sistema
y un método para un transformador de distribución refrigerado por
tierra en el que el transformador está enterrado directamente en el
suelo, teniendo moldeados el transformador sus devanados primario y
secundario en un material sólido aislante, y estando al descubierto
su núcleo magnético de acero para facilitar la disipación del calor
en el suelo circundante, y en el que además el cable de suministro y
los cables de alimentación eléctrica pueden estar también enterrados
en el suelo, y en el que además varios de estos transformadores
pueden formar parte de un sistema de distribución enterrado en el
suelo para suministrar energía eléctrica a toda una comunidad de
carga de consumo.
Los transformadores de distribución suelen
montarse en un bastidor protector que está dotado de aceite para que
actúe a modo de portador térmico por el que el calor generado por
los devanados se disipa por el bastidor en contacto con el aceite.
Se ha visto que el empleo de aceite y el bastidor resulta
problemático y que también aumenta el tamaño físico del
transformador de distribución, dificultando su enterramiento directo
en el suelo. Se han hecho pruebas de enterrar en el suelo los
transformadores de distribución, al igual que sus cables, que dan
servicio a los hogares, con el objeto de eliminar los
transformadores montados en postes o los transformadores montados
sobre base de hormigón. Sin embargo, estos transformadores
enterrados seguían requiriendo refrigeración cuando se colocaban
bajo tierra y, por lo tanto, los transformadores se montaban en
habitáculos, y el aceite del transformador o, si no, del habitáculo,
se enfriaba mediante un sistema de tuberías de refrigeración,
enterradas también en el suelo. Un ejemplo de construcción de tales
transformadores de distribución se plantea en la patente
estadounidense 3.212.563 y en la 4.009.418.
Con la aparición de los transformadores sólidos o
secos, el tamaño del transformador se ha visto enormemente reducido,
pero la refrigeración de tal transformador suele verse afectada por
el intercambio de calor con el aire o un líquido al que se hace
circular dentro de la estructura del transformador o de disipadores
de calor en contacto con el aire del entorno. Algunas de las
dificultades encontradas en tales transformadores sólidos o secos
son que se ha visto que la disipación del calor a través de un
material sólido dieléctrico resulta pobre y que el resultado de la
acumulación térmica puede crear puntos calientes o gradientes
térmicos elevados que pueden agrietar el material sólido
dieléctrico. Esto puede conducir a averías serias que exijan la
sustitución del transformador. Además, la mayoría de estos
transformadores requieren un habitáculo con conexión a tierra para
descartar todo peligro de descarga eléctrica. Tales habitáculos son
típicamente jaulas metálicas que tienen dimensiones mucho mayores
que el propio transformador, dificultándose así los requerimientos
de espacio para la instalación.
En fechas recientes, y haciendo referencia a la
patente estadounidense 5.656.984, se han desarrollado
transformadores mejorados con aislamiento sólido, pero éstos
requieren también que la totalidad del transformador esté moldeado
en un envoltorio o habitáculo circundante. Los tales se montan
habitualmente en bocas de inspección con el objeto de acoger el
equipo de refrigeración que hace circular el líquido refrigerante
por los bobinados interiores y el núcleo del transformador para
extraer el calor. En consecuencia, tales instalaciones resultan muy
voluminosas y costosas. Recientemente, también se han desarrollado
transformadores de distribución en los que el transformador está
completamente protegido por fibra de vidrio y resina de viniléster,
o, si no, el transformador está moldeado en hormigón. Tales
transformadores se montan por lo general en bocas de inspección y
requieren algún tipo de medio de refrigera-
ción.
ción.
La patente estadounidense con el número 4.349.801
describe un transformador monofásico en el que los devanados van
moldeados en resina y en el que los núcleos de los bobinados están
también protegidos de la corrosión y del deterioro mecánico en una
encapsulación adecuada con una construcción a prueba de impactos,
con lo que se permite que el transformador sellado se entierre en el
suelo. Hay tomas eléctricas impermeables para conectarles un cable
subterráneo. La Figura 3 de la patente ilustra tal construcción de
tipo enterrado. Estos transformadores resultan costosos de fabricar,
son voluminosos y desarrollan los problemas asociados con el
calentamiento excesivo.
La patente estadounidense con el número 4.236.134
plantea un transformador polifásico para la distribución eléctrica y
en el que el transformador está contenido dentro de un bloque sólido
de resina moldeada. A continuación, el bloque se entierra en el
suelo con arena puesta alrededor, salvo en la parte superior, por
donde se rellena de tierra. La arena garantiza un mínimo de
eliminación térmica. Este diseño es contrario al sistema del
presente solicitante, donde el transformador queda al descubierto
con respecto al suelo para disipar el calor.
Es una característica de la presente invención
presentar una estructura de transformador de distribución eléctrica
que pueda enterrarse directamente en el suelo sin el empleo de un
agente de refrigeración, en el que la tierra circundante constituya
el medio refrigerante para disipar el calor generado por los
devanados del transformador.
Otra característica de la presente invención es
presentar un transformador de distribución refrigerado por la tierra
en el que los devanados primario y secundario estén moldeados en un
material sólido aislante, quedando relativamente al descubierto su
núcleo magnético de acero, dando así pie a que la conducción del
calor generado por los devanados disipe el calor en el suelo
circundante.
Otra característica de la presente invención es
presentar un transformador de distribución refrigerado por la tierra
que esté enterrado en el suelo y en el que el cable de suministro de
alto voltaje, además del cable de distribución eléctrica del
devanado secundario estén también enterrados en el suelo para formar
una red subterránea de distribución eléctrica para suministrar
energía eléctrica a múltiples cargas de
consumo.
consumo.
Otra característica de la presente invención es
presentar un transformador de distribución refrigerado por la tierra
que esté enterrado en el suelo adyacente a un habitáculo de boca de
inspección y en el que las conexiones al transformador se den
mediante terminales montados en la boca de inspección y conectados
dentro del transformador enterrado adyacente a la boca de
inspección.
El transformador de distribución puede ser
refrigerado enterrando el transformador en el suelo, estando
encapsulados los devanados primario y secundario del transformador
en un material aislante sólido, y estando el núcleo al descubierto
con respecto a la tierra circundante para facilitar la disipación
del calor a de la tierra.
Puede distribuirse energía eléctrica a múltiples
cargas de consumo mediante transformadores de distribución que estén
enterrados directamente en el suelo y en los que los devanados
primario y secundario de los transformadores estén aislados en un
material aislante sólido, y estando sus núcleos al descubierto con
respecto a la tierra circundante para facilitar la disipación del
calor a la tierra circundante.
En conformidad con las características
anteriores, vista globalmente, la presente invención presenta un
sistema de transformador de distribución que consiste en un
transformador de distribución dotado de un núcleo metálico de acero
que delimita pilares en el núcleo en torno a los cuales se enrollan
los devanados primario y secundario, respectivamente. Cada uno de
los devanados va aislado mediante un material aislante sólido. El
transformador de distribución va enterrado en el suelo a una
profundidad predeterminada con el núcleo de acero al descubierto con
respecto al suelo con el objeto de disipar el calor generado por los
devanados en el suelo para enfriar el transformador mediante la
tierra circundante. Un cable de suministro de alto voltaje va
conectado al devanado primario y se extiende por debajo del suelo,
al menos parcialmente. Un cable de distribución eléctrica va
conectado al devanado secundario y se extiende bajo suelo al menos
parcialmente para suministrar energía eléctrica a una o más cargas
de consumo.
En conformidad con un aspecto general adicional
de la presente invención, se presenta un transformador de
distribución enterrado directamente para el empleo en el referido
sistema y dotado de devanados encapsulados, cables aislados
eléctricamente de alimentación y distribución, y un núcleo al
descubierto. El transformador se entierra en el suelo a una
profundidad deseada con el núcleo en contacto con el suelo, con el
objetivo de disipar el calor al suelo, que actúa a modo de medio de
refrigeración.
A continuación se describirá el ejemplo
preferente de realización de la presente invención haciendo
referencia a los dibujos adjuntos, en los que
la Fig. 1 es una vista en perspectiva que muestra
una instalación del transformador de distribución refrigerado por
tierra de la presente invención enterrado directamente en el suelo
adyacente al habitáculo de una boca de inspección;
la Fig. 2 es una ilustración esquemática del
transformador de distribución eléctrica enterrado en el suelo para
disipar calor en la tierra fría circundante;
y
y
la Fig. 3 es una ilustración esquemática que
muestra una red de distribución consistente en múltiples
transformadores de distribución enterrados directamente que
alimentan a múltiples cargas de consumo.
Refiriéndonos ahora a los dibujos y más
particularmente a la Figura 1, se muestra de forma esquemática en 10
el transformador de distribución refrigerado por tierra de la
presente invención que está enterrado directamente en el suelo 11 y,
como se muestra aquí, adyacente al habitáculo de una boca de
inspección 12. Como se muestra también en la Figura 2, el
transformador de distribución 10 tiene un núcleo magnético de acero
13 que delimita pilares 14 y 15 en el núcleo en torno a los cuales
se enrollan un devanado primario 16 y un devanado secundario 17.
Cada uno de los devanados 16 y 17 va aislado mediante un material
aislante sólido resinoso 18, como resulta perfectamente conocido
dentro de la especialidad. El núcleo magnético de acero 13 queda al
descubierto.
Como se ve en la Figura 2, el transformador de
distribución eléctrica 10 está enterrado en el suelo 11 a una
profundidad predefinida "d" en la que la temperatura del suelo
circundante está aproximadamente a 8ºC, que resulta ideal para
refrigerar el transformador. Dado que el núcleo de acero 13 está al
descubierto con respecto a la tierra circundante 19, el calor
generado por los devanados 16 y 17 se transmite a través del núcleo
13 y se disipa al interior de la tierra 19. En consecuencia, la
tierra circundante proporciona el medio de refrigeración para el
transformador y el núcleo actúa a modo de disipador del
calor.
calor.
Un cable de suministro de alto voltaje 20 va
conectado al devanado primario 16 y un cable de distribución
eléctrica va conectado al devanado secundario 17. Ambos cables se
extienden al menos parcialmente en el suelo 11. El cable de
distribución eléctrica puede estar conectado a un terminal
subterráneo o superficial con el objeto de suministrar energía a
múltiples cargas de consumo, normalmente de cuatro a seis casas
residenciales.
Como se muestra aquí, el cable de suministro de
alto voltaje, que normalmente lleva aproximadamente 25 KV, va
conectado directamente al devanado primario, al igual que el cable
de distribución 21. En consecuencia, no hay necesidad alguna de
emplear bornes, llevando así a un ahorro en los costes. Además, dado
que el transformador está al descubierto directamente con respecto a
la tierra circundante, no hay necesidad alguna de proveer un
bastidor o un medio aislante. Esto lleva a un ahorro sustancial de
costes en la construcción de tales transformadores de distribución
eléctrica, y el tamaño se reduce, al no haber bastidor alguno ni
dispositivos de refrigeración.
Como se ve en la Figura 1, cuando el
transformador de distribución eléctrica 10 se entierra adyacente al
habitáculo de una boca de inspección, tal como el habitáculo 12 aquí
ilustrado, el cable de suministro de alto voltaje 20 se introduce
directamente en la boca de inspección y se conecta al terminal de
alto voltaje 22 mediante un dispositivo detector de fugas 23. Un
cable de suministro primario 20' conecta el devanado primario 16 al
terminal 22 y resulta preferible que esté conectado a este cable un
fusible limitador de corriente 24. Otra sección del cable de alto
voltaje 20 está también conectada al terminal 22 y sale de la boca
de inspección con el objeto de alimentar una boca de inspección
adicional o de conectarse directamente a otro transformador de
distribución, dependiendo de la instalación.
Como se ve en la Figura 1, la boca de inspección
también está dotada de una caja de conexiones 25, en la que se
proporciona la alimentación de 120/240 voltios a las cargas de
consumo. La caja de conexiones suministra energía a múltiples cargas
de consumo, como se ilustra en la Figura 3.
Refiriéndonos de nuevo a la Figura 2, debe
destacarse que el núcleo magnético de acero 13 puede estar dotado de
un revestimiento conductor del calor 26 para retardar la oxidación
del núcleo cuando queda al descubierto con respecto a la tierra.
Además, como se ve en la Figura 1, puede fijarse una pica de toma de
tierra 27 en la tierra adyacente al transformador enterrado 10, y el
núcleo magnético de acero puede estar conectado a esta pica de toma
de tierra mediante un conductor adecuado 28, como se muestra aquí.
Además, como se ve en la Figura 2, los devanados primario y
secundario pueden estar ambos dotados de una pintura conductora
como, por ejemplo, pintura a base de carbono 29 en la superficie
exterior aislada de los mismos para proporcionar una mejor
conductividad térmica hacia el interior de la tierra circundante.
Una tapa de la boca de inspección 30 da acceso al interior del
habitáculo de la boca de inspección de cara a la instalación y el
mantenimiento.
Haciendo referencia a la Figura 3, puede verse
que el sistema de transformador de distribución refrigerado por
tierra de la presente invención tiene muchas ventajas. Como se ve en
la figura 3, puede haber un sistema completo de distribución
eléctrica enterrado directamente bajo el suelo para que dé cobertura
a toda una comunidad de cargas de consumo. Como se muestra aquí,
varios transformadores 10 están enterrados bajo tierra 11 y cada uno
alimenta múltiples cargas de consumo 31. Los devanados primario y
secundario del transformador pueden estar dotados de terminales
adecuados para facilitar la interconexión de los transformadores, al
igual que la de las cargas de consumo directamente a los
transformadores. De forma alternativa, pueden darse cajas de
conexiones subterráneas o superficiales en habitáculos adecuados de
seguridad. Sin embargo, cuando el sistema de distribución es
enteramente subterráneo, el suelo también proporciona aislamiento
eléctrico del sistema de distribución, y seguridad a las personas
que estén sobre el suelo. Para localizar los transformadores de
distribución eléctrica, se fijaría en la superficie del suelo un
medio indicador adecuado directamente encima del transformador. Se
prevé que la esperanza de vida de tales transformadores y cables
enterrados directamente es como mínimo de 40 años, lo que resulta
muy adecuado, ya que no se necesitará mantenimiento alguno, o muy
poco, para tales instalaciones, al no haber bornes subterráneos ni
medios de refrigeración ni equipos motorizados necesarios para hacer
circular un medio refrigerante por el interior de los
transformadores. De este modo, el transformador se mantiene solo,
siendo la refrigeración efectuada por la situación natural de la
tierra circundante. En caso de explosión, la tierra absorbe la
sacudida y evita que se proyecten escombros. Además, el
transformador no contaminará la tierra.
La presente invención puede resumirse diciendo
que plantea un método de refrigeración de un transformador de
distribución que comprende la provisión del transformador 10,
estando al descubierto su núcleo magnético de acero 13 con respecto
a la tierra circundante cuando está enterrado en el suelo y estando
sus devanados 16 y 17 encapsulados en material aislante sólido. Un
cable de suministro y un cable de distribución eléctrica van fijados
a los devanados primario y secundario, respectivamente, y van
colocados también bajo tierra, total o parcialmente. El
transformador queda enterrado a una profundidad predefinida en la
que se sepa que la temperatura que rodea al transformador será
suficiente para refrigerar el transformador, y se ha encontrado que
esta temperatura es adecuada cuando es aproximadamente de 8ºC. La
profundidad a la que está enterrado el transformador varía de lugar
en lugar, dependiendo de la composición de la tierra y de otros
factores tales como la ubicación geográfica. Los transformadores
pueden también enterrarse de forma adyacente a habitáculos de bocas
de inspección, como se ve en la Figura 1, aunque esto no resulte
necesario. También es concebible que un solo habitáculo de boca de
inspección pueda estar asociado con uno o más transformadores de
distribución enterrados 10 de la presente invención.
Las personas versadas en la especialidad se harán
cargo de que la concepción en la que se basa esta descripción puede
emplearse fácilmente como base para el diseño de otras redes
subterráneas de distribución que empleen el mismo método y el mismo
sistema que se ha descrito aquí con anterioridad.
Claims (13)
1. Un sistema de transformador de distribución
refrigerado por tierra que comprende un transformador de
distribución (10) dotado de un núcleo magnético de acero (13) que
delimita pilares en el núcleo (14-15) en torno a los
cuales se enrollan, respectivamente, un devanado primario (16) y un
devanado secundario (17), estando aislado cada uno de los referidos
devanados mediante un material aislante sólido (18),
caracterizado porque el referido transformador de
distribución (10) está enterrado a una profundidad predefinida en el
suelo (11) con el referido núcleo de acero (13) al descubierto con
respecto al referido suelo con lo que se disipa en el referido suelo
el calor generado por los referidos devanados, un cable de
suministro de alto voltaje (20) conectado al referido devanado
primario (16) y que se extiende al menos parcialmente en el referido
suelo (11) y un cable de distribución eléctrica (21) conectado al
referido devanado secundario (17) y que se extiende al menos
parcialmente en el referido suelo (11) para dotar de energía a una o
más cargas de consumo (31).
2. Un sistema de transformador de distribución
refrigerado por tierra, como se reivindica en la reivindicación 1,
en el que el referido cable de suministro de alto voltaje (20) y el
referido cable de distribución (21) están directamente conectados a
los referidos devanados primario (16) y secundario (17),
respectivamente.
3. Un sistema de transformador de distribución
refrigerado por tierra, como se reivindica en la reivindicación 1,
en el que el referido transformador (10) esté enterrado adyacente a
un habitáculo de una boca de inspección (12), teniendo el referido
habitáculo de boca de inspección (12) un terminal de alto voltaje
(22) al que va conectado el referido cable de alto voltaje (20), y
un cable primario de suministro (20') que conecta el referido
devanado primario (16) al referido terminal de alto voltaje
(22).
4. Un sistema de transformador de distribución
refrigerado por tierra, como se reivindica en la reivindicación 3,
en el que un cable de entrada de alta tensión (20) va conectado al
referido terminal (22) y a otro transformador de distribución
eléctrica enterrado (10) bien directamente, bien mediante un
terminal de distribución adicional de alto voltaje (22) de otro
habitáculo de boca de inspección (17) asociado con el referido
transformador de distribución eléctrica enterrado adicional
(10).
5. Un sistema de transformador de distribución
refrigerado por tierra, como se reivindica en la reivindicación 3,
en el que el referido habitáculo de boca de inspección (12) está
dotado de una caja de conexiones (25) a la que están conectados los
referidos uno o más cables de distribución eléctrica (21).
6. Un sistema de transformador de distribución
refrigerado por tierra, como se reivindica en la reivindicación 1,
en el que el referido transformador de distribución (10) está
enterrado a una profundidad en la que la temperatura del suelo está
aproximadamente a 8ºC.
7. Un sistema de transformador de distribución
refrigerado por tierra, como se reivindica en la reivindicación 1,
en el que el referido núcleo magnético de acero (13) está dotado de
un revestimiento conductor del calor (18) para retardar la oxidación
del referido núcleo (13) cuando se queda al descubierto con respecto
a la tierra (11).
8. Un sistema de transformador de distribución
refrigerado por tierra, como se reivindica en la reivindicación 1,
en el que se fija una pica de toma de tierra (27) en la tierra
adyacente al referido transformador enterrado (10), estando
conectado el referido núcleo magnético de acero (13) a la referida
pica de toma de tierra (27).
9. Un sistema de transformador de distribución
refrigerado por tierra, como se reivindica en la reivindicación 1,
en el que el referido material aislante (18) tiene un revestimiento
conductor (26) en una superficie exterior del mismo.
10. Un sistema de transformador de distribución
refrigerado por tierra, como se reivindica en la reivindicación 9,
en el que el referido revestimiento conductor (26) es una pintura a
base de carbono.
11. Un sistema de transformador de distribución
refrigerado por tierra, como se reivindica en la reivindicación 1,
en el que el referido cable de suministro de alto voltaje (20) es un
cable de 25 KV, siendo el referido cable de distribución (21) un
cable de 120/240 voltios.
12. Un sistema de transformador de distribución
refrigerado por tierra, como se reivindica en la reivindicación 1,
en el que múltiples de los referidos transformadores de distribución
(10) están enterrados en el referido suelo (11) en ubicaciones
predefinidas y conectados entre sí mediante uno o más cables de
suministro de alto voltaje (20) enterrados también en el referido
suelo, suministrando corriente cada uno de los referidos
transformadores (10) a un siendo grupo de las referidas múltiples
cargas de consumo (31) mediante uno o más de los referidos cables de
distribución eléctrica (21) enterrados también en el referido
suelo.
13. Un sistema de transformador de distribución
refrigerado por tierra, como se reivindica en la reivindicación 12,
en el que hay además uno o más habitáculos de boca de inspección
(12), estando enterrados algunos de los referidos transformadores
(10) en el suelo (11) adyacentes a uno de los referidos habitáculos
de boca de inspección (12), estando conectado el referido cable de
suministro (20) del referido devanado primario (16) de los referidos
transformadores (10) a un terminal de alto voltaje (22) en la
referida boca de inspección (12) a la que está conectado el referido
cable de suministro de alto voltaje (20), estando conectado el
referido cable de distribución (21) a una caja de conexiones (25) a
través de la cual reciben corriente las referidas cargas de consumo
mediante cables aislados eléctricamente.
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