ES2340746B1 - Equipo generador de huecos de tension. - Google Patents
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Abstract
Equipo generador de huecos de tensión, en el que
se disponen impedancias (Z_{1}) y (Z_{2}) monofásicas y
determinadas mediante inductancias secas con núcleo ferromagnético,
con una saturación ajustada, disponiendo dichas impedancias
(Z_{1}) y (Z_{2}) de tomas intermedias para adecuar las
condiciones de ensayo en la generación de huecos de tensión;
disponiéndose en relación con las impedancias (Z_{1})
interruptores (I_{A}, I_{B}, I_{C}) automáticos unipolares con
control de apertura y cierre independiente por polo en el paso por
cero de la corriente eléctrica, y en relación con las impedancias
(Z_{2}) interruptores (I_{a}, I_{b}, I_{c}) automáticos
unipolares con control de cierre independiente por polo en el máximo
de la tensión y control de apertura independiente por polo en el
paso por cero de la corriente instantánea.
Description
Equipo generador de huecos de tensión.
La presente invención está relacionada con el
ensayo de sistemas de generación eléctrica y de dispositivos FACTS
(Flexible AC Transmissions Systems) para determinar su
comportamiento ante perturbaciones originadas en el sistema
eléctrico de potencia, como por ejemplo cortocircuitos, proponiendo
un equipo generador de huecos de tensión implementado según una
configuración y un equipamiento que permite realizar los ensayos con
absoluta seguridad y gran eficacia.
En el sistema eléctrico de potencia pueden
producirse cortocircuitos que dan lugar a huecos de tensión.
Un hueco de tensión es una disminución brusca de
la tensión seguida de su restablecimiento después de un corto lapso
de tiempo. Por convenio, un hueco de tensión dura de 10 ms a 1
minuto.
Desde hace unos años, conforme aumenta la
penetración de la generación eléctrica no convencional en los
sistemas eléctricos de potencia, se están estableciendo diversos
requisitos a la generación eléctrica no convencional que definen su
comportamiento requerido ante huecos de tensión.
Los dispositivos FACTS pueden ayudar a cumplir
los requisitos establecidos a la generación eléctrica no
convencional.
Los generadores de huecos de tensión permiten
ensayar los sistemas de generación eléctrica, sistemas combinados
generador-FACTS y dispositivos FACTS para determinar
su comportamiento ante huecos de tensión.
Existen para tal fin equipos generadores de
huecos de tensión configurados como divisores de tensión inductivos
que se disponen entre el sistema de generación eléctrica y/o
dispositivo FACTS a ensayar y la red de conexión
correspondiente.
Los equipos existentes bajo dicha configuración,
normalmente hacen uso de bobinas de núcleo de aire que presentan los
problemas de espacio asociados a no tener confinado el flujo
magnético, la dificultad de establecer un número elevado de tomas
intermedias en el caso de media o alta tensión y la ausencia de
saturación lo cual provoca que se refleje en la tensión todo
transitorio de corriente aunque no sea deseado.
Se pueden encontrar además equipos generadores
de huecos de tensión que hacen uso de transformadores trifásicos
convencionales los cuales, aunque disponen de núcleo ferromagnético,
éste es común para las tres fases y por lo tanto presenta el
problema de la falta de flexibilidad para generar huecos de tensión
específicos.
Existen otras configuraciones de equipos
generadores de huecos de tensión que hacen uso de
autotransformadores, las cuales están basadas en un principio de
funcionamiento diferente al divisor de tensión inductivo y han sido
diseñadas únicamente para potencias bajas y operar en baja
tensión.
Por otro lado, en los equipos existentes
generalmente se utilizan interruptores automáticos trifásicos
convencionales los cuales no permiten un control preciso por fase de
los instantes de apertura y cierre y de los efectos transitorios
asociados a ellos, lo cual puede dar origen a la generación de
componentes eléctricas transitorias no representativas de un hueco
de tensión originado en el sistema eléctrico de potencia.
De acuerdo con la invención se propone un equipo
generador de huecos de tensión, destinado a las funciones indicadas
de ensayo de sistemas de generación eléctrica, de sistemas
combinados generador-FACTS y de dispositivos FACTS,
con el fin de determinar su comportamiento ante huecos de tensión,
habiéndose desarrollado la realización de este equipo con unas
características que mejoran de un modo ventajoso los inconvenientes
de los dispositivos convencionales.
Este equipo objeto de la invención consta de
respectivos conjuntos de una impedancia y un interruptor en
paralelo, que se disponen en montaje trifásico y en serie respecto
de las lineas de la conexión del sistema de aplicación, mientras que
de las lineas de conexión se extraen unas derivaciones que se
establecen conectadas en estrella y, opcionalmente, a tierra,
incluyendo en cada una de dichas derivaciones a su vez una
impedancia y un interruptor dispuestos en serie.
Se obtiene así un conjunto en el que disponiendo
cerrados los interruptores de las lineas de conexión y abiertos los
de las derivaciones, resultan unas condiciones normales de conexión
del sistema de aplicación, mientras que abriendo los interruptores
de las lineas de conexión y cerrando los de las derivaciones, se
establecen debido a las impedancias unas condiciones de variación de
tensión en la conexión del sistema de aplicación que generan un
hueco de tensión.
Según la invención, las impedancias del equipo
preconizado se determinan con inductancias secas monofásicas con
núcleo ferromagnético, lo cual por un lado reduce considerablemente
los problemas asociados a las bobinas con núcleo de aire y elimina
los problemas asociados al empleo de transformadores trifásicos. Por
otro lado, favorece el comportamiento funcional ya que el ajuste del
punto de saturación del núcleo ferromagnético limita la generación
de componentes eléctricas transitorias no representativas de un
hueco de tensión originado en el sistema eléctrico de potencia.
Dichas impedancias disponen a su vez de tomas
intermedias las cuales permiten la adaptación del equipo a los
requisitos de ensayo de cada sistema de aplicación.
Según otra característica de la invención, en el
equipo preconizado, para la generación del hueco de tensión, se
disponen en las derivaciones interruptores unipolares con control de
cierre independiente por polo en el máximo de la tensión instantánea
medida en las lineas de conexión del sistema de aplicación y control
de apertura independiente por polo en el paso por cero de la
corriente instantánea medida en las derivaciones. Así mismo, dichos
interruptores disponen de elementos de disipación del arco generado
durante los transitorios de apertura y cierre para disminuir los
efectos no deseados del mismo.
Estas características permiten la generación de
huecos de tensión disminuyendo la aportación de componentes
transitorias no representativas de los huecos de tensión originados
en el sistema eléctrico de potencia, un notable aumento del periodo
de vida del equipo generador de huecos y para una potencia nominal
determinada, reducir considerablemente el espacio requerido para
alojar las impedancias.
Por otro lado, el empleo de interruptores
unipolares con control de apertura independiente por polo, la
disposición de tomas intermedias en las impedancias y la conexión
opcional a tierra de las derivaciones, permite generar huecos de
tensión trifásicos equilibrados o desequilibrados y aislados o a
tierra, bifásicos equilibrados o desequilibrados y aislados o a
tierra y monofásicos.
Por todo ello dicho equipo objeto de la
invención resulta de unas características ciertamente ventajosas,
adquiriendo vida propia y carácter preferente respecto de los
dispositivos conocidos de la misma función.
La figura 1 muestra un esquema unifilar del
sistema de potencia del equipo generador de huecos de tensión según
la invención.
La figura 2 es una gráfica comparativa de la
evolución del flujo magnético de las inductancias con núcleo de aire
y de las inductancias con núcleo magnético, con el aumento de la
intensidad eléctrica que circula por ellas.
El objeto de la invención se refiere a un equipo
destinado a generar, de forma controlada y segura, huecos de tensión
en los sistemas de generación eléctrica, de los sistemas combinados
generador-FACTS y de los dispositivos FACTS, con el
fin de determinar el comportamiento de éstos frente a huecos de
tensión.
El equipo preconizado corresponde a una
configuración de divisor inductivo trifásico, estando diseñado para
su conexión en serie entre la red de conexión eléctrica y los
sistemas de aplicación.
De acuerdo con ello, según la figura 1, el
equipo comprende una impedancia (Z_{1}) dispuesta en serie
respecto de cada una de las lineas (A, B, C) de conexión eléctrica
del sistema de aplicación y respectivos interruptores (I_{A},
I_{B}, I_{C}) en paralelo con cada una de dichas impedancias
(Z_{1}).
A continuación de dicha disposición, desde cada
una de las lineas (A, B, C) se extraen respectivas derivaciones (a,
b, c), las cuales se establecen conectadas en estrella y,
opcionalmente, con una conexión de tierra (T).
En cada una de dichas derivaciones (a, b, c) se
dispone una impedancia (Z_{2}) y respectivos interruptores
(I_{a}, I_{b}, I_{c}), en serie con cada una de dichas
impedancias (Z_{2}).
Las impedancias (Z_{1}) tienen la función de
limitar, durante la generación del hueco de tensión, las corrientes
de cortocircuito en la red de conexión eléctrica del sistema de
aplicación, siendo dichas impedancias (Z_{1}) de un valor:
- -
- Lo más alto posible para limitar, durante la generación del hueco de tensión, las corrientes de cortocircuito en la red de conexión eléctrica del sistema de aplicación, a un valor de corriente admisible en el rango de funcionamiento normal de la instalación eléctrica en cuestión.
- -
- Lo más bajo posible para que la calda de tensión en las impedancias (Z_{1}) sea mínima, de tal forma que la tensión de partida del ensayo este dentro de un \pm5% de la tensión nominal de la red de conexión eléctrica del sistema de aplicación en la que se conecta el equipo generador de huecos.
Dada la variabilidad de las características
eléctricas de las redes de conexión de los sistemas de aplicación,
en las impedancias (Z_{1}) se disponen suficientes tomas
intermedias para permitir la adecuación de los valores de las mismas
a cada caso concreto.
El hueco de tensión se crea al conectar las
impedancias (Z_{2}) mediante los interruptores (I_{a}, I_{b},
I_{c}), debiendo ajustarse el valor de estas impedancias (Z_{2})
para generar la tensión residual de hueco deseada para el ensayo.
Para el ajuste del valor de las impedancias (Z_{2}) se dispone en
las mismas de suficientes tomas intermedias.
Tanto las impedancias (Z_{1}), como las
impedancias (Z_{2}) son monofásicas y se determinan mediante
inductancias secas con núcleo ferromagnético, con una saturación
ajustada a cada caso mediante la modificación de la reluctancia del
núcleo ferromagnético.
Esta constitución de las impedancias (Z_{1}) y
(Z_{2}), permite que, gracias a la saturación ajustada, a partir
de un valor de corriente el flujo magnético no aumente, como
representa la linea (1) de la figura 2, frente al comportamiento de
las inductancias con núcleo de aire, en las cuales el flujo
magnético aumenta linealmente con el aumento de la corriente, como
representa la linea (2) en la misma figura 2.
Esta característica de saturación ajustada
permite limitar la generación de componentes eléctricas transitorias
no representativas de un hueco de tensión originado en el sistema
eléctrico de potencia.
Otra ventaja significativa que aporta la
disposición de inductancias monofásicas con núcleo ferromagnético es
la reducción considerable del espacio requerido para alojar las
mismas en comparación con el requerido para las inductancias de
núcleo de aire y una misma potencia nominal.
La relación X/R de las mencionadas impedancias
(Z_{1}) y (Z_{2}) debe ser mayor de diez, lo más parecida
posible entre ellas para evitar los saltos de fase, lo más alta
posible para evitar calentamientos, y con un mínimo de resistencia
para evitar picos transitorios no representativos.
Los interruptores (I_{A}, I_{B}, I_{C}) se
prevén automáticos unipolares con control de apertura y cierre
independiente por polo en el paso por cero de la corriente
instantánea medida en las lineas (A, B C).
Los interruptores (I_{a}, I_{b}, I_{c}),
se prevén automáticos unipolares con control de cierre independiente
por polo en el máximo de la tensión instantánea medida en las lineas
(A, B C) y control de apertura independiente por polo en el paso por
cero de la corriente instantánea medida en las derivaciones (a, b,
c).
Tanto los interruptores (I_{A}, I_{B},
I_{C}) como los interruptores (I_{a}, I_{b}, I_{c}) disponen
de elementos de disipación del arco generado durante los
transitorios de apertura y cierre para disminuir los efectos no
deseados del mismo.
El control del equipo se dispone de forma tal
que mediante la adecuada gestión de los interruptores, las tomas
intermedias en las impedancias y la conexión opcional a tierra de
las derivaciones, se puedan generar huecos de tensión trifásicos
equilibrados o desequilibrados y aislados o a tierra, bifásicos
equilibrados o desequilibrados y aislados o a tierra y
monofásicos.
Así mismo, se dispone de medios de enclavamiento
que impiden el cierre de los interruptores (I_{A}, I_{B},
I_{C}) mientras los interruptores (I_{a}, I_{b}, I_{c}) se
encuentran cerrados y el cierre de los interruptores (I_{a},
I_{b}, I_{c}) mientras los interruptores (I_{A}, I_{B},
I_{C}) se encuentran cerrados.
En la situación de no generación de hueco de
tensión, los interruptores (I_{A}, I_{B}, I_{C}) se disponen
cerrados, para puentear las impedancias (Z_{1}), y los
interruptores (I_{a}, I_{b}, I_{c}) abiertos, para evitar la
conexión de las impedancias (Z_{2}).
En situación de generación de hueco de tensión,
los interruptores (I_{A}, I_{B}, I_{C}) se disponen abiertos
con suficiente antelación a la generación del hueco de tensión, para
dar tiempo a que las variables eléctricas en las lineas (A, B, C)
alcancen el punto de operación estable previo al ensayo tras la
inserción de las impedancias (Z_{1}).
Una vez alcanzado el punto de operación estable
previo al ensayo, se actúan los interruptores (I_{a}, I_{b},
I_{c}) para generar el hueco de tensión deseado al conectar las
correspondientes impedancias (Z_{2}).
Una vez realizado el ensayo, los interruptores
(I_{A}, I_{B}, I_{C}) deben permanecer abiertos durante el
tiempo suficiente para dar tiempo a que las variables eléctricas en
las lineas (A, B, C) alcancen el punto de operación estable
posterior al ensayo.
Claims (3)
1. Equipo generador de huecos de tensión, para
ensayo de sistemas de generación eléctrica, de sistemas
generador-FACTS y de dispositivos FACTS, del tipo
que determina una disposición de divisor inductivo trifásico, con
impedancias (Z_{1}) y respectivos interruptores (I_{A}, I_{B},
I_{C}) incorporados sobre las lineas (A, B, C) de la conexión
eléctrica del sistema a ensayar, y unas derivaciones (a, b, c) desde
dichas lineas (A, B, C), con impedancias (Z_{2}) y respectivos
interruptores (I_{a}, I_{b}, I_{c}) en dichas derivaciones,
caracterizado porque las impedancias (Z_{1}) y (Z_{2})
son monofásicas y se determinan mediante inductancias secas con
núcleo ferromagnético, con una saturación ajustada para limitar la
generación de componentes eléctricas transitorias no representativas
de un hueco de tensión originado en el sistema eléctrico de
potencia; y las impedancias (Z_{1}) y (Z_{2}) disponen de tomas
intermedias que permiten la adecuación de las condiciones de ensayo
y ajustar las características del hueco de tensión generado; y los
interruptores (I_{A}, I_{B}, I_{C}), de las lineas de conexión
(A, B, C), son automáticos unipolares con control de apertura y
cierre independiente por polo en el paso por cero de la corriente
instantánea medida en las lineas (A, B, C); y los interruptores
(I_{a}, I_{b}, I_{c}) de las derivaciones (a, b, c), son
automáticos unipolares con control de cierre independiente por polo
en el máximo de la tensión instantánea medida en las lineas (A, B,
C) y control de apertura independiente por polo en el paso por cero
de la corriente instantánea medida en las derivaciones (a, b, c); y
que tanto los interruptores (I_{A}, I_{B}, I_{C}) como los
interruptores (I_{a}, I_{b}, I_{c}) disponen de elementos de
disipación del arco generado durante los transitorios de apertura y
cierre para disminuir los efectos no deseados del mismo.
2. Equipo generador de huecos de tensión, de
acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque
las impedancias (Z_{1}) y (Z_{2}) son de una relación X/R mayor
de diez.
3. Equipo generador de huecos de tensión, de
acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque
las derivaciones (a, b, c) se disponen conectadas en estrella y con
una conexión opcional de tierra (T), permitiendo generar huecos de
tensión trifásicos equilibrados o desequilibrados y aislados o a
tierra, bifásicos equilibrados o desequilibrados y aislados o a
tierra y monofásicos, mediante la adecuada selección de tomas
intermedias de las impedancias (Z_{1}) y (Z_{2}) y la adecuada
gestión de las combinaciones de cierre de los interruptores
(I_{a}, I_{b}, I_{c}).
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