ES2383288T3 - Transductor de medida de alta tensión con aislamiento flexible. - Google Patents
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Abstract
Transductor de medida de alta tensión con unaislamiento y un paso, caracterizado porque el aislamientocomprende un aislamiento de gel de silicona (13; 36) flexible ycomprimible.
Description
Transductor de medida de alta tensión con
aislamiento flexible.
La invención se refiere a un transductor de
medida de alta tensión con un aislamiento.
Los transductores de medida de alta tensión se
montan en redes para medir las tensiones y corrientes con los
siguientes objetivos: medición de potencia, supervisión de redes en
referencia a fallos de líneas, regulación de flujo de carga en las
redes, optimización o minimización de las pérdidas en las redes,
etc.
El documento US 3 525 908 da a conocer un
transductor de medida de alta tensión según el preámbulo de la
reivindicación 1.
El estado de la técnica lo forman los siguientes
transductores de medida de alta tensión con aislamientos para un
rango de tensión de 6 kV a 800 kV en tensión alterna o continua:
- 1.
- Aislamientos sólidos de resina epoxi o resina de poliuretano en el rango de 6 kV a 100 kV para instalaciones de conmutación de interior o de exterior.
- 2.
- Aislamientos de papel impregnado de aceite para el rango de 72.5 kV a 800 kV y mayores.
- 3.
- Aislamientos de SF_{6} para el rango de 72.5 kV a 800 kV y mayores.
\vskip1.000000\baselineskip
Los aislamientos mencionados anteriormente en el
punto 2 y punto 3 tienen las desventajas consabidas desde el punto
de vista del respeto al medio ambiente: al deteriorarse una
envolvente del aislamiento de papel impregnado de aceite mencionado
en el punto 2 se puede escapar una cantidad muy pequeña de aceite,
aunque los modernos transductores de medida de alta tensión están
construidos con bajo contenido de aceite. No obstante, al usar un
aceite mineral puro se puede degradar esta pequeña cantidad.
Comparado con el aislamiento SF_{6}, con el aislamiento de papel
impregnado de aceite es posible un aislamiento muy compacto y de
alta utilización que es el estado de la técnica. También se observa
una fuga todavía pequeña en las envolventes y sistemas de obturación
gracias a un color marrón.
El aislamiento SF_{6} mencionado anteriormente
en el punto 3 es más problemático para transformadores de exterior,
ya que al deteriorarse una envolvente o un sistema de obturación
del transformador de exterior se puede escapar el SF_{6} a la
atmósfera. Se utiliza poco un indicador de presión de la presión de
gas necesaria, ya que la experiencia ha demostrado que los aparatos
de medida utilizados para ello constituyen un punto débil. Las
instalaciones de conmutación con aislamiento de SF_{6} se deben
apreciar de forma esencialmente más favorable, ya que se supervisan
de forma continua y se deben cumplir fuertes obligaciones
legales.
El uso de aislamientos sólidos de resina epoxi o
resina de poliuretano mencionados anteriormente en el punto 1 como
aislamientos de resina de moldeo eléctrica da en el caso de elevadas
tensiones contra los limites debido a las tensiones mecánicas
provocadas por el calentamiento en el interior de los
transformadores. Además, es sólido, rígido y no flexible. Por el
contrario es un aislamiento seco, es decir, en el caso de una
destrucción del aislamiento por una sobretensión, por ejemplo, por
el impacto de un rayo no aparecen productos nocivos.
Los transductores de medida de alta tensión
dotados de aislamientos de papel impregnado de aceite y SF_{6} son
intensivos en trabajo en la fabricación. Para poder producirse de
forma más económica se deben sustituir estos aislamientos intensivos
en trabajo por un aislamiento más económico.
Como ejemplo de un transductor de medida de alta
tensión se muestra en la fig. 1 en sección una parte de medida de un
transformador de corriente de alta tensión según el estado de la
técnica con un aislamiento de papel impregnado de aceite 512. El
transformador de corriente de alta tensión comprende una carcasa
(cabeza) 501 de metal que se encuentra a un potencial de alta
tensión 516. Igualmente el transformador de corriente de alta
tensión comprende un conductor 502, que conduce una corriente
I_{p} a medir y como la carcasa 501 se encuentra al potencial de
alta tensión 516. En vaina de núcleo 503 interior están incorporados
núcleos de medida 504 para el registro de la corriente I_{p}. Una
hendidura 505 entre el aislamiento de papel impregnado de aceite 512
y la carcasa 501 está rellena con aceite. Un paso 506 (aislamiento
controlado) comprende un tubo portador 507 metálico al potencial de
tierra 508 y un aislante 509 cualesquiera, por ejemplo, papel
impregnado de aceite (OIP), papel crepé impregnado de resina (RIP),
papel duro (RBP), láminas con un agente de impregnación apropiado
como SF_{6}, aire o aceite. Un aislador 510 es el aislador
necesario entre la carcasa al potencial de alta tensión 516 y
tierra. Un fuelle de compensación 511 es necesario para aislamientos
de papel impregnado de aceite y compensa un cambio de volumen del
aceite condicionado por la temperatura.
En la fig. 2 se muestra en sección un
transformador de tensión de alta tensión según el estado de la
técnica como otro ejemplo de un transductor de medida de alta
tensión. El transformador de tensión de alta tensión comprende una
carcasa 523b que se encuentra al potencial de tierra 528, un
devanado de capas 531 trapezoidal con aislamiento, un paso 526, un
aislador 529 y un núcleo de hierro 524. Como aislamiento entre un
electrodo de alta tensión 521 al potencial de alta tensión 536 y un
electrodo de tierra 523a al potencial de tierra 528 o la carcasa
523b (potencial de tierra 528) se utiliza un aislamiento de papel
impregnado de aceite 532. Por debajo del electrodo de tierra 523a
está dispuesto un devanado secundario 535. El transformador de
tensión de alta tensión comprende como conexión de tensión 522 un
tubo metálico 527 en el paso 526 con una parte activa, estando
conectada la conexión de tensión 522 con el electrodo de alta
tensión 521. El devanado de capas 531 trapezoidal está conectado con
el electrodo de alta tensión 521 y el electrodo de tierra 523a
(potencial de tierra 528). El transformador de tensión de alta
tensión comprende una hendidura de aceite 525, análogamente a la
hendidura 505 (véase la fig. 1). El aislamiento de papel impregnado
de aceite comprende un aislamiento de capas entre el devanado de
capas 531 trapezoidal y un aislamiento de distancia extrema 533. El
aislamiento de distancia extrema 533 está dispuesto entre un extremo
de devanado de capas 534 y la carcasa 523b al potencial de tierra
528.
La presente invención tiene el objetivo de
proponer un transductor de medida de alta tensión que no presenta
las desventajas conectadas con un aislamiento de aceite o SF_{6},
también se puede utilizar con altas tensiones y se puede fabricar de
forma económica.
Este objetivo se resuelve por el transductor de
medida de alta tensión según la invención tal y como se define en la
reivindicación 1 independiente. La reivindicación 10 independiente
se refiere a un procedimiento para la fabricación de un transductor
de medida de alta tensión según la invención. Variantes de
realización ventajosas se deducen de las reivindicaciones
dependientes.
La naturaleza de la invención consiste en que un
transductor de medida de alta tensión según la invención presenta un
aislamiento que comprende un aislamiento de gel de silicona flexible
y comprimible. Un aislamiento comprimible permite el uso de
construcciones existentes de transformadores para rangos de
temperatura ampliamente variables. El aislamiento de gel de
silicona es un aislamiento sobresaliente, que es seco y flexible y
que al deteriorarse no tiene como consecuencia una contaminación de
ambiente.
En especial el transductor de medida de alta
tensión según la invención es un transformador de corriente con un
aislamiento de cabeza respecto a tierra para la medición de una
corriente en una instalación de conmutación, comprendiendo el
aislamiento entre alta tensión y tierra el aislamiento de gel de
silicona flexible y comprimible. De este modo se puede suprimir un
fuelle de compensación para el aceite necesario en el estado de la
técnica.
En especial el transductor de medida de alta
tensión según la invención es un transformador de tensión inductivo
para la medición de una tensión primaria U_{p} entre fase y
tierra o entre fase y neutro en un sistema monofásico, bifásico y
trifásico, con un devanado primario y uno o varios devanados
secundarios, comprendiendo el aislamiento entre el devanado de
capas y la carcasa el aislamiento de gel de silicona flexible y
comprimible.
En especial el aislamiento de gel de silicona
flexible y comprimible del transductor de medida de alta tensión
según la invención presenta al menos una resina y un endurecedor,
por ejemplo, WACKER SilGel® 612. Las propiedades sobresalientes de
las resinas bicomponente eléctricas (resina de epoxi y de
poliuretano) provocan un aislamiento que posee una viscosidad muy
baja en el estado no polimerizado y se puede desgasificar y verter
fácilmente. Estas propiedades y una suma de ensayos y
consideraciones provocaron la selección de una resina de moldeo de
gel de silicona bicomponente. El WACKER SilGel® 612 es un
aislamiento de silicona bicomponente moldeable, que retícula por
adición a temperatura ambiente. No vulcaniza en una goma de silicona
en el sentido convencional, sino que produce un aislamiento
gelatinoso blando. Éste está caracterizado por las siguientes
características: posee una dureza baja (gel de silicona), es una
unión transparente, posee una adherencia propia pronunciada y
presenta excelentes propiedades de aislamiento. Además, el WACKER
SilGel® 612 se suministra sin fracciones de líquidos libres de
silicona. El gel de silicona reticulado es blando y flexible.
Presenta una rigidez dieléctrica elevada que se corresponde con
intensidades de campo en funcionamiento de los aislamientos de papel
impregnado de aceite del estado de la técnica. El aislamiento
fabricado con el gel de silicona utilizado se puede usar en los
siguientes rangos de temperatura que se requieren típicamente para
transductores de medida de alta tensión: temperatura exterior de
-50ºC a +60ºC o temperatura de utilización del aislamiento debido al
calentamiento propio del transductor de medida de alta tensión de
-50ºC a+100ºC.
En especial el aislamiento de gel de silicona
flexible y comprimible del transductor de medida de alta tensión
según la invención presenta un relleno comprimible. Para la
compresibilidad del material base, para la disminución de costes y
para la reducción del peso del material base se ha determinado
experimentalmente un relleno de microesferas huecas comprimibles,
que están llenas de gas, por ejemplo, con pentano o isobutano. Se
han examinado diferentes grados de relleno (por ejemplo, 10%, 30%,
50%) y efectuado ensayos de presión para conseguir la
compresibilidad requerida. Diferentes microesferas huecas con
distintos tamaño, revestimiento, material y gas de relleno de las
esferas se han testado como relleno. Se han realizado ensayos
disruptivos con disposición de esfera-esfera y
disposición de placa-placa (criterio 1% de la
intensidad de campo disruptiva). Las microesferas huecas resultantes
de ello tienen un diámetro en el rango de 10 \mum a 80 \mum,
preferentemente de 20 \mum a 30 \mum. Las microesferas huecas
presentan un espesor de pared de 1,5 \mum a 2,5 \mum. El tamaño
de las esferas se produjo de un compromiso en la libertad de
descarga parcial de la resina aislante bicomponente reticulada
endurecida, precio, miscibilidad y los requerimientos eléctricos que
se han determinado por ensayos disruptivos experimentales. El
relleno también contribuye al aumento de la intensidad de campo
disruptiva y la intensidad de campo de funcionamiento, sin que se
acorte la vida útil. Todo esto ocurre teniendo en cuenta los
requerimientos para el tratamiento de una superficie de fundición de
una vaina de núcleo interior y una pared de carcasa de cabeza
interior para elevadas intensidades eléctricas de
funcionamiento.
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En especial el relleno comprimible comprende
microsesferas huecas. Las microesferas huecas son, por ejemplo, del
tipo Expancel 091 DE40d30 de la empresa Expancel. Las microesferas
huecas mencionadas han demostrado ser especialmente ventajosas, pero
también se puede concebir otro relleno.
En especial la proporción de las microesferas
huecas en el aislamiento utilizado del transductor de medida de alta
tensión según la invención es del 20% al 50%, preferentemente del
30% al 40%.
En especial en el transductor de medida de alta
tensión según la invención las microesferas huecas presentan
respectivamente una envolvente termoplástica que están provista de
un encolante para la conexión de las microesferas huecas con el gel
de silicona. Las microesferas huecas están rellenas en el interior
con un gas, por ejemplo, isobutano o pentano. El encolante tiene la
función de una imprimación sobre las microesferas huecas, para que
el gel de silicona se pueda adherir de forma adecuada. Fuerzas de
adhesión (adhesividad) sobresalientes del aislamiento en una vaina
interior de la carcasa de cabeza del transformador y en la vaina de
núcleo interior, en la que se construyen los núcleos del
transformador, impiden que el aislamiento se desprenda de la pared
de carcasa, y por ello se produzcan descargas parciales en las
hendiduras que provoquen una destrucción del aislamiento.
En especial en el transductor de medida de alta
tensión según la invención el aislamiento de gel de silicona
flexible y comprimible se puede comprimir del 15% al 30% entre una
temperatura ambiente de -50ºC y +60ºC. La compresibilidad necesaria
depende del tamaño de la carcasa del transductor. Debido a la
compresibilidad se puede suprimir el fuelle de compensación para el
aceite necesario en el estado de la técnica.
Otro aspecto de la presente invención se refiere
a un procedimiento para la fabricación de un transductor de medida
de alta tensión según la invención, que presenta un aislamiento de
gel de silicona flexible y comprimible que comprende una resina y
un relleno, mezclándose previamente la resina con el relleno y el
endurecedor con el relleno de forma separada en vacío.
En especial en el procedimiento según la
invención para la fabricación de un transductor de medida de alta
tensión se mezclan en vacío una resina, un endurecedor y un relleno
con un mezclador, a continuación se introducen en una carcasa en
vacío y finalmente se ponen bajo presión. Después de la introducción
se rompe el vacío y el aislamiento de gel de silicona del se
comprime 15% al 30% a 20ºC. La introducción permite una minimización
del coste de trabajo para la fabricación del aislamiento.
A continuación el transductor de medida de alta
tensión según la invención se describe más en detalle en referencia
a los dibujos adjuntos mediante dos ejemplos de realización.
Muestran:
Fig. 3 una sección a través de un ejemplo de
realización de un transformador de corriente de alta tensión según
la invención como transductor de medida de alta tensión con un
aislamiento de gel de silicona flexible y comprimible; y
Fig. 4 una sección a través de un ejemplo de
realización de un transformador de tensión de alta tensión según la
invención como un transductor de medida de alta tensión con un
aislamiento de gel de silicona flexible y comprimible.
En la fig. 3 se muestra un primer ejemplo de
realización de un transformador de corriente de alta tensión según
la invención como transductor de medida de alta tensión con un
aislamiento de gel de silicona 13 flexible y comprimible, que
sustituye el aislamiento de papel impregnado de aceite 512 en
comparación al estado de la técnica (véase la fig. 1). El
transformador de corriente de alta tensión comprende una carcasa
(cabeza) 1 de metal que se encuentra al potencial de alta tensión
16. Igualmente el transformador de corriente de alta tensión
comprende un conductor 2, que conduce una corriente I_{p} a medir
y se encuentra tal y como la carcasa 1 al potencial de alta tensión
16. En una vaina de cabeza 3 interior están incorporados los núcleos
de medida 4 para el registro de la corriente I_{p}. Un paso 6 o
aislamiento controlado comprende un tubo portante 7 metálico al
potencial de tierra 8 y un aislante 9 cualquiera, por ejemplo, papel
impregnado de aceite (OIP), papel de crepé impregnado de resina
(RIP), papel duro (RBP), láminas con un agente de impregnación
apropiado como SF_{6}, aire o aceite. Un aislador 10 es el
aislador necesario entre la carcasa al potencial de alta tensión 16
y tierra. No se necesita un componente frente a la dilatación del
aceite (véase el fuelle de compensación 511 en la fig. 1) que es
necesario para los aislamientos de papel impregnado de aceite y
compensa una dilatación condicionada por la temperatura del
aceite.
En la fig. 4 se muestra una sección a través de
un segundo ejemplo de realización de un transformador de tensión de
alta tensión según la invención como transductor de medida de alta
tensión con un aislamiento de gel de silicona 36 flexible y
comprimible, que sustituye el aislamiento de distancia extrema 533
(véase la fig. 2) y la hendidura de aceite 525 (véase la fig. 2) en
comparación al estado de la técnica. El transformador de tensión de
alta tensión comprende una carcasa 23b que se encuentra al potencial
de tierra 28, un electrodo de alta tensión 21 al potencial de alta
tensión 26, un electrodo de tierra 23a y un núcleo de hierro 24. Por
debajo del electrodo de tierra 23a está dispuesto un devanado
secundario 35. El transformador de tensión de alta tensión comprende
como conexión de tensión un tubo metálico 27 en un paso con una
parte activa 29, estando conectada la conexión de tensión con el
electrodo de alta tensión 21. Un devanado de capas 31 trapezoidal
como devanado primario con devanados de capas y un extremo de
devanado de capas 34 están conectados al electrodo de alta tensión
21 y al potencial de tierra 28. El aislamiento entre los devanados
de capas debe quedar posteriormente para la constitución del
devanado de capas 31 trapezoidal. El aislamiento entre los devanados
de capas debe ser compatible con el aislamiento de gel de silicona,
y el aislamiento de gel de silicona se debe adherir de forma muy
adecuada a los devanados de capas para que no se puedan formar
hendiduras que provoquen descargas parciales.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Respecto a los transductores de medida de alta
tensión descritos previamente se pueden realizar otras variaciones
constructivas. En particular se pueden concebir combinaciones de los
diferentes ejemplos de realización.
Claims (11)
1. Transductor de medida de alta tensión con un
aislamiento y un paso, caracterizado porque el aislamiento
comprende un aislamiento de gel de silicona (13; 36) flexible y
comprimible.
2. Transductor de medida de alta tensión según
la reivindicación 1, caracterizado porque el transductor de
medida de alta tensión es un transformador de corriente con un
aislamiento en cabeza (13) frente a tierra para la medición de una
corriente en una instalación de conmutación, y porque el aislamiento
entre la alta tensión y tierra comprende el aislamiento de gel de
silicona (13; 36) flexible y comprimible.
3. Transductor de medida de alta tensión según
la reivindicación 1, caracterizado porque el transductor de
medida de alta tensión es un transformador de tensión inductivo para
la medición de una tensión primaria U_{p} entre fase y tierra o
entre fase y neutro en un sistema monofásico, bifásico o trifásico,
con un devanado primario (31) y uno o varios devanados secundarios
(35), y porque el aislamiento entre devanado de capas y carcasa
(23b) comprende el aislamiento de gel de silicona (13; 36) flexible
y comprimible.
4. Transductor de medida de alta tensión según
una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el
aislamiento de gel de silicona (13; 36) flexible y comprimible
comprende al menos una resina y un endurecedor; por ejemplo, WACKER
SilGel® 612.
5. Transductor de medida de alta tensión según
una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el
aislamiento de gel de silicona (13; 36) flexible y comprimible
comprende un relleno comprimible.
6. Transductor de medida de alta tensión según
la reivindicación 5, caracterizado porque el relleno
comprimible comprende microesferas huecas.
7. Transductor de medida de alta tensión según
la reivindicación 6, caracterizado porque la proporción de
microesferas huecas en el aislamiento utilizado es del 20% al 50%,
preferentemente del 30% al 40%.
8. Transductor de medida de alta tensión según
la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque las
microesferas huecas presentan respectivamente una envolvente
termoplástica que está provista de un encolante para la unión de las
microesferas huecas con el gel de silicona, y porque las
microesferas huecas están llenas en el interior de un gas, por
ejemplo, isobutano.
9. Transductor de medida de alta tensión según
una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el
aislamiento de gel de silicona (13; 36) flexible y comprimible se
puede comprimir del 15% al 30% entre una temperatura ambiente de
-50ºC y +60ºC.
10. Procedimiento para la fabricación de un
transductor de medida de alta tensión con un paso,
caracterizado porque el transductor de medida de alta
tensión presenta un aislamiento de gel de silicona (13; 36) flexible
y comprimible que comprende una resina, un endurecedor y un
relleno, mezclándose previamente la resina con el relleno y el
endurecedor con el relleno de forma separada en vacío.
11. Procedimiento para la fabricación de un
transductor de medida de alta tensión según la reivindicación 10,
caracterizado porque resina, endurecedor y relleno se mezclan
con un mezclador en vacío, a continuación se introducen en una
carcasa en vacío y finalmente se ponen bajo presión.
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