Ventajas del interruptor de circuito DC de estado sólido ABB

Los buques comerciales totalmente eléctricos están ganando cada vez más popularidad, con los sistemas de energía DC siendo la opción preferida para la distribución de energía a bordo debido a su capacidad para manejar flujos de potencia elevados en espacios limitados, con mayor eficiencia del sistema y menores costos de ciclo de vida.

Los buques comerciales equipados con redes DC a bordo han demostrado ser capaces de operar con máxima eficiencia energética mientras minimizan las emisiones. Esto resulta en un ahorro significativo de energía y una reducción de los costos operativos en aplicaciones marítimas, desde barcos de carga hasta cruceros. La Figura 1 ilustra un ejemplo de un sistema de distribución de energía DC para buques comerciales.

Los requisitos de suministro de energía y el rendimiento de los sistemas DC dependen de una protección contra fallas extremadamente rápida para garantizar la selectividad de la protección, alta supervivencia y reconfigurabilidad después de un evento de falla. En la práctica, la protección contra fallas y el aislamiento siguen siendo entre los desafíos clave para los sistemas de distribución DC a bordo de los barcos.

Debido a las características de los dispositivos semiconductores de potencia, los interruptores de circuito DC de estado sólido (SS DCCBs) pueden proporcionar tiempos de respuesta extremadamente cortos e interrupción rápida de corriente, hasta 1,000 veces más rápido que los interruptores electromecánicos. ABB ha desarrollado un interruptor de circuito DC de estado sólido con pérdidas de conducción extremadamente bajas, alta densidad de potencia y tiempo de respuesta ultra-rápido, capaz de cumplir con los exigentes requisitos de protección de los sistemas de distribución de energía DC marinos.

Esta solución se basa en una conexión en paralelo de IGCTs RB de Si (RB-IGCTs), un dispositivo semiconductor personalizado optimizado para bajas pérdidas, desarrollado por Corporate Research en Lenzburg y ABB Semiconductors, junto con varistores de óxido metálico (MOVs) optimizados. El RB-IGCT es 1,000 veces más rápido que cualquier contacto electromecánico y está optimizado para bajas pérdidas de conducción. Los MOVs optimizados pueden disipar alta energía inductiva del sistema y permitir una interrupción rápida de la corriente y el aislamiento.

Los interruptores de circuito DC de estado sólido de alta corriente aportan una protección revolucionaria a sistemas DC seguros, libres de arcos y eficientes. La plataforma desarrollada tiene como objetivo tensiones del sistema de hasta 1,000 Vdc, con corrientes nominales que van desde 1,000 A hasta 5,000 A. La tecnología logra una eficiencia de hasta el 99.8%, en comparación con el 99.5% para soluciones basadas en IGBT de Si. Los interruptores de estado sólido pueden ser refrigerados por agua para una máxima densidad de potencia o usar un enfriamiento de dos fases avanzado, que simplifica la refrigeración por aire mientras ofrece un rendimiento cercano al de la refrigeración líquida, asegurando menores costos de instalación y mantenimiento y una vida útil más larga del activo.

Sus pérdidas de potencia son 70% menores que las de soluciones similares. En diez años, puede ahorrar hasta $200,000 en ferris y hasta $1 millón en cruceros. El nuevo interruptor de circuito también se puede utilizar en muchas otras aplicaciones, como sistemas de almacenamiento de energía de baterías conectados a la red, centros de datos e infraestructuras de carga de vehículos eléctricos. De hecho, ABB ha ganado financiamiento de proyecto del Departamento de Energía de los EE. UU. para desarrollar interruptores de circuito DC para aplicaciones de carga de vehículos eléctricos. Los interruptores de circuito de estado sólido harán que los sistemas de distribución de energía sean más confiables y eficientes, reducirán los costos de mantenimiento y, al mismo tiempo, cumplirán con los requisitos de durabilidad de la próxima generación de redes de energía.