• 1n, 3n, 3n, 2n, para 9 grupos de n espiras. ............... Es decir, cada fase del arrollamiento de regulación siempre tendrá un grupo inicial de 1n espiras y otro final de 2n espiras. Si el número k de grupos de n espiras es múltiplo de 3, las restantes espiras se agrupará n en (k-3) /3 grupos de 3n espiras. Si el número k de grupos de n espiras supera en una unidad a un múltiplo de 3, se colocará un segundo grupo de 1n espiras y las restantes se agrupará n en (k-4) /3 grupos de 3n espiras. Si el número k de grupos de n espiras supera en dos unidades a un múltiplo de 3, se colocará un penúltimo grupo de 2n espiras antes del último, y las restantes se agrupará n en (k-5) /3 grupos de 3n espiras.
Por tanto, las agrupaciones habrá n de hacerse en la secuencia 1n, 3n, 3n, ..., 3n, 2n, para el caso de un número de grupos de n espiras múltiplo de 3, o bien 1n, 1n, 3n, ..., 3n, 2n; y 1n, 3n, ..., 3n, 2n, 2n para los casos intermedios entre dichos múltiplos.
Los esquemas correspondientes a cada una de las agrupaciones se indican en los tres gráficos de la figura 4. En ellos puede observarse que, según se abran o cierren los interruptores estáticos, puede conseguirse añadir o detraer bobinas en grupos de n espiras, dentro de un rango que va desde cero hasta la suma total de espiras del arrollamiento de regulación, en escalones regulares. Además para cada valor de tensión de salida sólo han de cerrarse dos de los interruptores, estando todos los demás abiertos, lo que implica que sólo habrá dos interruptores en serie simultáneamente en cada caso. También puede observarse que se hacen innecesarias dos tomas por cada grupo de 3n espiras y una toma por cada grupo de 2n espiras.
La invención puede dividirse en dos sistemas básicos, según se aplique a transformadores AT/MT o a transformadores MT/BT.
- Transformadores MT/BT
La presente invención sustituye el modelo de conmutador estático de tomas de 8 interruptores por otro que realiza la misma función pero empleando sólo 7 interruptores, sin más que reagrupar los devanados auxiliares de manera diferente, como se indica a continuación:
La configuración habitual simplificada de un transformador de distribución MT/BT se indica en la figura 5. En ella se observa una de las tres fases del devanado de MT que se compone de una bobina principal dividida en dos partes (3) y (3') , cada una de NP/2 espiras, a cada una de las cuales se conectan dos bobinas auxiliares (4) , (5) , (6) , (7) , cada una de N espiras. Los puntos de unión (8) , (9) , (10) , (11) , (12) , (13) , son accesibles mediante bornes soldados al efecto (tomas) . En la configuración actual dichos bornes pueden a su vez conectarse o desconectarse mediante un conjunto de conexiones mecánicas, (14) , que se accionan manualmente a través de un mecanismo cuyo mando se encuentra situado en la tapa de la cuba del transformador, y que responden al esquema de conexiones de la figura. De esa manera, cerrando y abriendo las conexiones, se van añadiendo las bobinas auxiliares a las bobinas principales, cambiándose la relación de transformación y con ello la tensión de salida del transformador, consiguiéndose 5 tensiones diferentes de salida para una misma tensión de entrada, o bien una misma tensión de salida para 5 valores diferentes de la tensión de entrada.
En la figura 6 se utilizan 8 interruptores (16) , (17) , .., (23) y se consiguen 9 relaciones de transformación diferentes y con ello 9 tensiones diferentes de salida sin cambiar la estructura ni el número de las bobinas existentes actualmente en los transformadores MT/BT. Sí se hace necesario separar las bobinas auxiliares de las principales para adoptar la configuración del esquema, lo que puede realizarse con una intervención mínima en los transformadores ya existentes o de forma inmediata en los de posterior fabricación. El incremento en el número de tensiones se consigue porque el montaje permite la circulación de corriente tanto en un sentido como en el contrario en cada bobina auxiliar, según qué interruptores estén abiertos o cerrados, con lo que los flujos generados pueden tanto sumarse como restarse, siendo esta última posibilidad la que permite el incremento de valores de tensión obtenibles, como se indica en la siguiente tabla:
De esta forma, el flujo generado se sumará o restará al principal según sea la conexión, mientras que en los montajes actuales sólo se suma, consiguiéndose así añadir cuatro valores más a los 5 del montaje de la figura 5 sin cambios significativos en la estructura habitual de los transformadores actualmente en uso, como se indica en la tabla anterior.
Sin embargo, la presente invención propone una configuración aún más económica que consigue igualmente 9 relaciones de transformación diferentes y con ello 9 tensiones de salida, pero usando sólo 7 interruptores en vez de 8, con una variación simple del esquema, como se observa en la figura 7, y en los datos de la tabla siguiente:
Como puede observarse de la tabla y la figura 7, mediante el accionamiento simultáneo de dos de los interruptores se consigue que la corriente pueda tomar hasta nueve recorridos posibles a través del devanado de media tensión; un primer recorrido que evita los devanados auxiliares, cerrando los interruptores (16) y (17) , cuatro recorridos distintos que atraviesan los devanados auxiliares en un sentido "positivo", cerrando cada vez las parejas de interruptores ( (16) , (19) ) , ( (16) , (20) ) , ( (18) , (22) ) , ( (16) , (22) ) , y cuatro recorridos que atraviesan los devanados auxiliares en un sentido "negativo", cerrando cada vez las parejas de interruptores ( (17) , (21) ) , ( (19) , (21) ) , ( (20) , (21) ) , ( (17) , (18) ) , generándose nueve niveles de tensión posibles a la salida del transformador.
Este último caso mejora significativamente la solución de 8 interruptores estáticos propuesta hasta ahora, tanto en viabilidad técnica como económica, pues el número de interruptores estáticos es determinante, tanto por su coste, como por el espacio que ocupan en el transformador y la necesidad de control y refrigeración de los elementos de electrónica de potencia empleados.
- Transformadores AT/MT con regulación lineal
Este tipo de regulación en carga utiliza un conmutador de tomas en carga que va añadiendo o detrayendo paquetes de n espiras, para regular la tensión de salida en escalones iguales, según se indica en la figura 1. En la figura 8 se muestra una configuración propuesta en esta patente. El arrollamiento principal está indicado con la letra P, y puede observarse la agrupación de tomas y disposición de los interruptores estáticos del arrollamiento de regulación que propone la presente invención para conseguir de forma óptima la regulación de tensiones con una ampliación al doble del rango de regulación, al permitir la polarización de las bobinas en ambos sentidos, de forma análoga al método indicado en la aplicación a los transformadores MT/BT. Además se disminuye sensiblemente el número de tomas necesarias en el devanado de regulación.
- Transformadores AT/MT con preselector basto/fino
En este tipo de regulación, representado en la figura 3, el arrollamiento con tomas se conecta al principal a través de un conmutador que permite a su vez añadir o no un segundo arrollamiento auxiliar (arrollamiento basto, indicado con la letra B) con sólo dos tomas y con un número de espiras igual al total del arrollamiento con tomas. En la figura 9 (I) se muestra la configuración propuesta en esta patente capaz de realizar las mismas funciones que la indicada en la figura 3, sin hacer cambios en la estructura original de los devanados, con disminución del número de tomas y eliminación del preselector (cbf) . En la figura 9 (II) se indica la propuesta en esta invención que permite añadir un 50% más de escalones de tensión, al permitir invertir la polarización del arrollamiento con tomas, agrupando éstas según la disposición óptima ya indicada. Además se disminuye sensiblemente el número de tomas necesarias sin cambiar la estructura de los devanados, como en el caso anterior. También, si fuera posible separar el arrollamiento basto del principal, se podrían aumentar los escalones hasta un 100%, usando dos interruptores más que permitan también polarizar inversamente el arrollamiento basto, como se indica en la figura 9 (III) .
- Transformador AT/MT con preselector positivo-negativo
En este caso, el arrollamiento con tomas se conecta al principal mediante un conmutador de manera que la corriente puede polarizar los devanados auxiliares en ambos sentidos, con lo que la tensión de cada escalen puede sumarse o restarse a la del devanado principal, como se indica en la figura 2. En la figura 8 se indica la configuración propuesta en esta patente para este tipo de regulador, en la que también se disminuye el número de tomas de regulación y se elimina el conmutador correspondiente al preselector positivo-negativo (cpn) .
Modo de realización de la invención
- Transformadores MT/BT
A partir del esquema indicado en la figura 7 correspondiente a una fase del devanado de media tensión de un transformador MT/BT, y considerando una relación de tensiones típica de 20.000/400 V en condiciones nominales, se muestran seguidamente los diferentes valores de tensiones de salida que pueden obtenerse según el estado de los interruptores, suponiendo una alimentación fija a 20.000 V.
Como puede observarse, la regulación de la tensión de salida es mucho más amplia, permitiendo adaptarse a un rango mayor de variaciones en la tensión de entrada o de caí das de tensión, y además hacerlo automáticamente sin interrupción del suministro.
- Transformadores AT/MT con regulación lineal o con preselector positivo-negativo
Si consideramos el esquema de la figura 8 y se aplica a un transformador 66/20 kV, cuyo arrollamiento de regulación tiene 12 escalones de n espiras, como se indica en la figura 10, cada uno de los cuales corresponde a un 1% de la tensión nominal, se podrían obtener valores de salida desde 17600 V hasta 22400 V, en escalones de 200 V, de forma similar a la indicada en el ejemplo anterior del transformador MT/BT.
Así, para conseguir la relación de tensiones nominal, bastará cerrar los interruptores 9a y 9b, manteniendo abiertos los demás. Para añadir 7n espiras habrán de cerrarse los interruptores 9a y 9h. Para detraer 5n espiras (añadir 5n espiras polarizadas inversamente) habrán de cerrarse los interruptores 9k y 9h. De forma análoga habrá de procederse con todos los demás valores:
- Transformador AT/MT con preselector basto fino
Si se considera el esquema de la figura 9 (II) y se aplica a un transformador 66/20 kV, cuyo arrollamiento de regulación "fino" tiene 12 escalones de n espiras, como se indica en la figura 11, cada uno de los cuales corresponde a un 1% de la tensión nominal Un, y un arrollamiento de regulación "basto", indicado en la figura con la letra B, de 12n espiras, se podrían obtener valores de salida desde 15200 V hasta 22400 V en escalones de 200 V, de forma similar a la indicada en el ejemplo anterior del transformador MT/BT.
Así, para conseguir la relación de tensiones nominal, bastará cerrar los interruptores 11a, 11b y 11m, manteniendo abiertos los demás. Para añadir 7n espiras habrán de cerrarse los interruptores 11a, 11h y 11m. Para detraer 5n espiras (añadir 5n espiras polarizadas inversamente) habrán de cerrarse los interruptores 11k, 11h y 11m. Para detraer 15n espiras habrán de cerrarse por ejemplo los interruptores 1le, 11d y 11q. De forma análoga habrá de procederse con todos los demás valores:
Procediendo de la manera indicada en la tabla puede conseguirse el rango de tensiones indicado en el ejemplo.
De forma análoga se procedería con las otras dos configuraciones posibles aplicables a transformadores con preselector basto-fino indicadas en la figura 9 (I) y 9 (III) .