BRPI0817734A2

BRPI0817734A2 - suprimento de energia

Info

Publication number: BRPI0817734A2
Application number: BRPI0817734-1A
Authority: BR
Inventors: Marcus Engel; Robert Frankenberg; Harald Karl; Wolfgang Spaeth
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2007-09-26
Filing date: 2008-09-24
Publication date: 2020-08-11
Also published as: DE102007047165A1; JP2010541525A; WO2009043768A3; CN101809840A; US20100213765A1; RU2480355C2; JP5114568B2; US8310099B2; WO2009043768A2; CN101809840B; RU2010116169A

Abstract

suprimento de energia a invenção refere-se a um suprimento de energia provido ao longo de uma rota, que compreende (i) pelo menos uma subestação de distribuição, em que uma primeira voltagem é aplicada na entrada e uma segunda voltagem na sua saída, a segunda voltagem sendo mais baixa ou mais alta do que a primeira voltagem; (ii) uma pluralidade de componentes dispostos ao longo da rota, em que o componente está suprido com a segunda voltagem e compreende uma unidade de fonte de alimentação por meio da qual a segunda voltagem pode ser transformada em uma terceira voltagem.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SUPRIMEN- TO DE ENERGIA".

A presente invenção refere-se a um suprimento de energia.

Um componente, especificamente vários consumidores, estão dispostos ao longo de rotas de transmissão lineares. Exemplos de tais rotas de transmissão são uma rodovia, um trecho de ferrovia Transrapid, um oleo- duto, uma rua, uma linha de ferrovia ou uma linha de telecomunicações.

Tal componente frequentemente requer componentes elétricos, por exemplo, para amplificar os sinais, para monitorar os estados de instala- çãoouparao controle descentralizado de uma instalação.

Neste caso, os componentes estão frequentemente dispostos a distâncias físicas similares uns dos outros, por exemplo, todos a 5 km.

Os componentes têm, por exemplo, um consumo de energia re- : lativamente moderado (aproximadamente < 1 kW) já que frequentemente os * circuitos eletrônicos e menos frequentemente os acionamentos são supridos . com energia elétrica.

Também, nenhuma outra infraestrutura para suprimento de e- nergia está frequentemente provido ao longo da rota de transmissão a qual poderia ser utilizada para suprir a energia para os componentes.

Devido ao comprimento da rota de transmissão, por exemplo, 10 km a 100 km, um suprimento elétrico por meio de uma voltagem de sistema de 230 V é desfavorável já que a queda de voltagem através das linhas de suprimento seria muito alta ou a seção transversal de cabo necessária para os cabos resultaria em custos de cabo desproporcionalmente altos.

Por esta razão, a suprimento geralmente acontece através de uma voltagem média.

A figura 1 mostra uma disposição para o suprimento de energia de uma rota de transmissão 101 ao longo da qual uma pluralidade de com- ponentes 102 a 107 está disposta. No exemplo da figura 1, em cada caso doiscomponentes são supridos com uma voltagem de sistema de 230 V, a qual é provida por uma subestação de distribuição 108, 109 e 110. Uma vol- tagem média da ordem de 15 kV supre as subestações 108 a 110.

Cada componente compreende substancialmente os dispositivos os quais estão conectados como cargas para a voltagem de sistema de 230 V.

Esta proposta tem especificamente as seguintes desvantagens: a. As subestações de distribuição 108 a 110 são dispendiosas.

Estas precisam ser instaladas e operadas (por exemplo, monitoradas) e, a- lém de um transformador, também contêm a tecnologia de voltagem média respectivamente requerida.

b. Além dos cabos de média voltagem paralelos à rota de trans- missão, ramais para os componentes (linhas de sistema de 230 V) são tam- bém requeridos. Isto resulta em custos de cabo consideráveis, especiífica- mente no caso de longas rotas de transmissão.

ec. Um pessoal especialmente treinado é requerido para a opera- ção da tecnologia de voltagem média. Mais ainda, uma grande quantidade de espaço físico é requerida devido à voltagem comparativamente alta.

d. Os consumidores individuais no componente utilizam os ca- bos existentes ineficientemente.

O objeto da invenção consiste em evitar as desvantagens acima mencionadas e especificamente em prover uma solução para a energia su- prida para os componentes a qual seja favorável em termos de instalação.

Este objeto é conseguido de acordo com as características das reivindicações de patente independentes. Desenvolvimentos da invenção são também dados nas reivindicações dependentes.

De modo a conseguir o objeto a invenção propõe um suprimento de energia ao longo de uma rota de transmissão, que compreende: - pelo menos uma subestação de distribuição, cuja entrada tem uma primeira voltagem aplicada a esta e a qual provê uma segunda volta- gem na sua saída, a segunda voltagem sendo mais baixa ou mais alta do que a primeira voltagem; - uma pluralidade de componentes, os quais estão dispostos ao longo da rota de transmissão, o componente sendo suprido pela segunda voltagem e que tem uma fonte de alimentação de modo comutado, por meio da qual a segunda voltagem pode ser transformada para uma terceira volta-

À 38 gem.

Neste caso é vantajoso que somente a segunda voltagem, a qual é mais baixa do que a primeira voltagem, seja utilizada para suprir os componentes. A primeira voltagem, alta, é transformada somente na pelo menosuma subestação de distribuição.

Um desenvolvimento é que a primeira voltagem é uma voltagem média. Especificamente, a primeira voliagem pode ser uma voltagem na fai- xa de 5 kV a 20 kV.

Outro desenvolvimento é que a segunda voltagem é uma baixa voltagem. Especificamente, a segunda voltagem pode ser uma voltagem menor do que (ou igual a) 1000 V.

Um desenvolvimento adiciona! é que a segunda voltagem é uma voltagem AC. Alternativamente, a segunda voltagem poderia também ser uma voltagem DC. É adicionalmente possível que a segunda voltagem este- janaforma de um sistema trifásico.

Uma configuração consiste em que a segunda voltagem é trans- formada por meio da fonte de alimentação de modo comutado para uma ter- ceira voltagem regulada, a terceira voltagem sendo uma voltagem AC ou uma voltagem DC em cujo caso, especificamente, a terceira voltagem pode compreender uma voltagem da ordem de 12 V, 24 V, 48 V, 110 V, 280 V.

Uma configuração adicional é que o componente compreende um consumidor ou terminais para um consumidor, o consumidor estando disposto ao longo da rota de transmissão. Neste caso, o consumidor pode compreender uma unidade de regulação para a rota de transmissão.

Um próximo desenvolvimento é que o componente compreende as seguintes unidades: - um transformador de entrada; - uma unidade para correção de fator de potência, a qual está conectada no transformador de entrada; - um regulador de voltagem, o qual está conectado na unidade para correção de fator de potência; - um inversor, o qual está conectado no regulador de voltagem, o inversor gerando a terceira voltagem.

Alternativamente, o componente pode também compreender as seguintes unidades: - um transformador de entrada; - um regulador de voltagem, o qual está conectado no transfor- mador de entrada; - um inversor, o qual está conectado no regulador de voltagem, o inversor gerando a terceira voltagem. | Mais ainda, o componente pode compreender um capacitor de circuito intermediário, o qual está disposto a montante do inversor.

Também, o componente pode compreender um conversor de DC para DC se a segunda voltagem for uma voltagem DC.

Um desenvolvimento adicional é que a rota de transmissão (li- near) compreende: - uma rodovia; - um trecho de ferrovia Transrapid; - um oleoduto; - uma rua; - uma linha de ferrovia; - uma linha de telecomunicações.

As modalidades exemplares da invenção serão abaixo ilustradas e explicadas com referência ao desenho, no qual: figura 2 mostra uma fonte de alimentação ao longo de uma rota de transmissão, especificamente de uma pluralidade de componentes, os quaisestão dispostos ao longo da rota de transmissão, e um possível projeto de um componente.

A figura 2 mostra um suprimento de energia ao longo de uma rota de transmissão 201, especificamente de uma pluralidade de componen- tes 202 a 206 e 210, os quais estão dispostos ao longo da rota de transmis- são?201.

Uma alimentação de energia está provida no início da rota de transmissão 201 através da voltagem média 207 da ordem de 15 kV, por

| exemplo.

Alternativamente, uma alimentação no final ou no centro ou uma alimentação redundante em uma pluralidade de pontos sobre a rota de transmissão 201 é também possível.

5 A voltagem média 207 é transformada através de uma subesta- ção de distribuição 209 para uma baixa voltagem 208.

O suprimento para os componentes 202 a 206 e 210 acontece através da baixa voltagem 208, a qual e de preferência mais baixa do que 1000 V. Vantajosamente, uma voltagem logo abaixo de 1000 V é utilizada de modo a permitir especificamente uma pequena seção transversal de cabo. A baixa voltagem 208 está de preferência na forma de um sistema de AC. Al- ternativamente, a baixa voltagem 208 pode estar na forma de um sistema trifásico.

Uma vantagem desta disposição consiste no fato que a subesta- ção de distribuição 209 e portanto a infraestrutura de média voltagem é so- mente requerida uma vez (por subestação de distribuição).

A figura mostra um projeto exemplar do componente 210. No componente 210, uma fonte de alimentação de modo comutado 212 está provida além da carga 211. Como uma alternativa a isto, a carga pode tam- bém estar disposta fora do componente.

Um transformador de entrada 213 reduz a voltagem para os componentes a jusante e produz um isolamento de DC. Devido à posição diretamente na entrada do componente, medidas de proteção contra raios adicionais podem vantajosamente ser providas. Uma voltagem a qual é me- —nordo que uma voltagem de circuito intermediário especificamente também a uma voltagem de entrada máxima (por exemplo, a 1000 V) é aplicada na saída do transformador de entrada.

O transformador de entrada 213 está conectado a uma unidade para correção de fator de potência 214, a qual assegura um perfil senoidal da corrente dentro do cabo e portanto uma utilização eficiente do cabo. Es- pecificamente, a unidade para correção de fator de potência 214 é opcional; de tempos em tempos, por exemplo, em baixas cargas, esta pode ser dis-

pensada.

Especificamente, devido ao comprimento do cabo 208 para su- prir os componentes 202 a 206 e 210, quedas de voltagem consideráveis resultam através do cabo no caso de uma seção transversal de cabo a qual é minimano contexto de um projeto eficiente de custo, isto é, a voltagem de entrada de um componente pode diminuir para 50% da voltagem de entrada da subestação de distribuição 209 (isto é, para menos do que 500 V). Tais quedas de voltagem e outras flutuações na voltagem de entrada são com- pensadas pela fonte de alimentação de modo comutado 212.

Um regulador de voltagem 215 está conectado na saída da uni- dade para correção de fator de potência 214 e gera uma voltagem de circuito intermediário constante em um capacitor de circuito intermediário 216 (pos- sivelmente um armazenamento de energia alternativo, por exemplo, um cir- cuito intermediário de corrente, pode também ser utilizado).

Especificamente, o regulador de voltagem 215 mede a voltagem ' do circuito intermediário e aciona a correção de fator de potência 214 de tal modo que uma voltagem (virtualmente) constante resulte no circuito inter- mediário.

A unidade para correção de fator de potência 214 e o regulador de voltagem 215 podem também estar na forma de um bloco de circuito de- dicado (separado). A dita unidade e regulador de voltagem asseguram que uma voltagem de circuito intermediário constante esteja disponível indepen- dentemente da voltagem de entrada. No caso de uma voltagem de circuito intermediário variável, um inversor a jusante 217 de preferência compensa porestas flutuações de voltagem.

O inversor 217 gera uma voltagem de saída constante, por e- xemplo, uma voltagem de sistema costumeira da ordem de 230 V, na sua saída da voltagem de circuito intermediário. Se requerido, é também possí- vel que uma voltagem DC com um nível fixo, por exemplo, 24 V, ou um nível variado seja provida.

Pela variação do tamanho do capacitor de circuito intermediário 216 em combinação com uma limitação e regulação de corrente adicionais no inversor 217, é possível conseguir a situação na qual os consumos de corrente pulsada são absorvidos do capacitor de circuito intermediário 216 e não estão visíveis no cabo de 1000 V 208 (efeito de compensador do capaci- tor de circuito intermediário 216). Tais consumos de corrente pulsada tipica- mente ocorrem durante a comutação (conexão) de consumidores. Em virtu- de desta função de compensador, o cabo 208 pode ter um projeto eficiente já que cada consumidor somente consome a sua energia média do cabo de fonte de alimentação (1000 V) e os picos de corrente, por exemplo, durante a dita conexão de um consumidor, são armazenados em compensador em virtude do capacitor de circuito intermediário.

Especificamente para o caso no qual a baixa voltagem 208 é uma voltagem DC, o transformador de entrada 213 e a correção de fator de potência 214 podem ser substituídos por um conversor DC-DC.

. Vantagens adicionais: a. Não é necessário que uma voltagem média alta seja conduzi- ' da ao longo da rota de transmissão, a voltagem média é de preferência pro- vida uma vez por subestação de distribuição. De outro modo, a instalação inteira é construída utilizando uma tecnologia de baixa voltagem (de prefe- rência menos do que 1000 V). Como um resultado, os custos para instalação e operação podem ser notadamente reduzidos. Mais ainda, a conexão do componente ao cabo de 1000 V é simplificada (juntas de cabo).

b. Somente um único cabo é requerido paralelo à rota de trans- missão. Um cabeamento adicional com uma topologia em estrela partindo da subestação de distribuição pode ser dispensado. Isto resulta em uma consi- —derável redução em custos no que diz respeito a cabos e à deposição de cabos.

c. Uma correção de fator de potência pode ser provida eficien- temente. Os custos associados com os cabos e os transformadores são as- sim reduzidos.

d. Utilizando a eletrônica provida no componente, as cargas de pulso podem ser eficientemente bloqueadas, o que tem um efeito positivo sobre os custos associados com os cabos e os transformadores.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Suprimento de energia ao longo de uma rota de transmissão, que compreende: - pelo menos uma subestação de distribuição (209), cuja entrada tem uma primeira voltagem (207) aplicada a esta e a qual provê uma segun- da voltagem (208) na sua saída, a segunda voltagem (208) sendo mais bai- xa ou mais alta do que a primeira voltagem (207); - uma pluralidade de componentes (202-206, 210), os quais es- tão dispostos ao longo da rota de transmissão (201), o componente (202- 206,210) sendo suprido pela segunda voltagem (208) e que tem uma fonte de alimentação de modo comutado (212), por meio da qual a segunda volta- gem (208) pode ser transformada para uma terceira voltagem.

2. Suprimento de energia de acordo com a reivindicação 1, no qual a primeira voltagem é uma voltagem média.

3. Suprimento de energia de acordo com uma das reivindicações precedentes, no qual a primeira voltagem é uma voltagem na faixa de 5 kV a KV.

4. Suprimento de energia de acordo com qualquer uma das rei- vindicações precedentes, no qual a segunda voltagem é uma baixa volta- 20 gem.

5. Suprimento de energia de acordo com qualquer uma das rei- vindicações precedentes, no qual a segunda voltagem é uma voltagem me- nor do que ou igual! a 1000 V.

6. Suprimento de energia de acordo com qualquer uma das rei- vindicações precedentes, no qual a segunda voltagem é uma voltagem AC.

7. Suprimento de energia de acordo com qualquer uma das rei- vindicações precedentes, no qual a segunda voltagem está na forma de um sistema trifásico.

8. Suprimento de energia de acordo com qualquer uma das rei- — vindicações precedentes, no qual a segunda é uma voltagem DC.

9. Suprimento de energia de acordo com qualquer uma das rei- vindicações precedentes, no qua! a segunda voltagem é transformada por meio da fonte de alimentação de modo comutado para uma terceira volta- gem regulada, a terceira voltagem sendo uma voltagem AC ou uma volta- gem DC.

10. Suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, no qual a terceira voltagem compreende uma voltagem da ordem de 12 V, 24 V, 48 V, 110 V, 230 V.

11. Suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, no qual o componente compreende um consu- midor (211) ou terminais para um consumidor, o consumidor estando dispos- toaolongoda rota de transmissão.

12. Suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, no qual o consumidor compreende uma unidade de regulação para a rota de transmissão.

13. Suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, no qual o componente compreende: - um transformador de entrada (213); - uma unidade para correção de fator de potência (214), a qual está conectada no transformador de entrada (213); - um regulador de voltagem (215), o qual está conectado na uni- dade para correção de fator de potência (214); - um inversor (212), o qual está conectado no regulador de vol- tagem (215), o inversor (212) gerando a terceira voltagem.

14. Suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, no qual o componente compreende: - um transformador de entrada; - um regulador de voltagem, o qual está conectado no transfor- mador de entrada; - um inversor, o qual está conectado no regulador de voltagem, o inversor gerando a terceira voltagem.

15. Suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 e 14, no qual um capacitor de circuito intermediário (216) está disposto a montante do inversor.

16. Suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 15, no qual o componente compreende um conversor de DC para DC se a segunda voltagem for uma voltagem DC.

17. Suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, no qual à rota de transmissão compreende: - uma rodovia; - um trecho de ferrovia Transrapid; - um oleoduto; - uma rua; - uma linha de ferrovia; - uma linha de telecomunicações.