Instruccions d'aplicació per a dispositius limitadors de corrent de 50kA en plataformes petrolíferes offshore

1. Funcionament del sistema amb i sense CLiP (dispositiu limitador de corrent)

En condicions normals d'operació, el quadre de distribució funciona de la següent manera:

• Tots els interruptors de connexió entre barres estan tancats, connectant les tres seccions de la barra en paral·lel;
• Dos generadors estan en línia i suministrant energia al quadre de distribució.

En aquesta configuració, la corrent de fallada prevista al quadre de distribució és inferior a 50kA. Per tant, el dispositiu limitador de corrent (CLiP) no s'introdueix al circuit.

Durant les operacions de manteniment que impliquen l'obertura d'un generador (desconnectant-lo) i el tancament d'un altre (sincronitzant i connectant), el sistema funciona de la següent manera:

• Tots els interruptors de connexió entre barres romanen tancats, mantinguent les tres seccions de la barra interconnectades;
• Tres generadors es connecten temporalment al sistema (durant un temps limitat durant el canvi de generador).

En aquesta condició, la capacitat de curtcircuït del sistema augmenta, i la corrent de fallada prevista supera els 50kA. Com que la capacitat de suport de curtcircuït del quadre de distribució és de 50kA, el dispositiu limitador de corrent ha de ser introduït al circuit per assegurar la seguretat de l'equipament.

El CLiP monitoritza la velocitat de creixement de la corrent amb el temps. Quan la corrent supera un llindar preestablert, el dispositiu s'activa i interromp la connexió de la barra fonent un element intern de fusible. Això limita la corrent de fallada real a menys de 50kA, assegurant que romangui dins dels límits de disseny segurs del quadre de distribució.

Aquest procés permet l'isolació de la fallada sense causar un apagament total del sistema de distribució d'energia de l'eHouse.

Resum:

• Quan la corrent de fallada prevista > 50kA (tots els interruptors de connexió entre barres tancats i tres generadors en línia), el CLiP ha de estar al circuit. Aquesta condició només ocorre durant la fase transicional del manteniment d'un sol generador.
• Quan la corrent de fallada prevista < 50kA (només dos generadors en línia o dos dels tres interruptors de connexió entre barres oberts), el CLiP hauria de ser desconnectat del circuit.

2. Requisits d'operació i manteniment

El propietari de la instal·lació ha d'aprovar les alternatives proposades d'arranjaments operatius. Les decisions també haurien de basar-se en dades addicionals relacionades amb el fusible limitador de corrent, incloent els requisits de manteniment, la vida útil estimada i la capacitat del personal que realitza el manteniment de l'equipament. Aquestes accions han de ser incorporades al manual d'operació i manteniment.

3. Disseny i prova del fusible limitador de corrent

El fusible limitador de corrent ha de ser dissenyat i provat conformant-se a normes reconegudes com l'IEC 60282-1:2009/2014 i la sèrie IEEE C37.41, i ha de ser adequat per a l'aplicació i les condicions ambientals/operatives intencionades. Només s'ha d'utilitzar un únic fusible limitador de corrent; qualsevol combinació de dispositius limitadors de corrent requereix una consideració i avaluació especials.

El CLiP ha obtingut informes de proves de tipus KEMA que cobreixen la capacitat de ruptura, l'augment de temperatura i les proves d'aislament, juntament amb registres de calibratge per a l'equip de mesura. Les proves s'han realitzat en conformitat amb les normes IEC 60282 i ANSI/IEEE C37.40.

4. Nivell d'aislament del portafusibles

• El portafusibles té una tensió d'impuls nominal de 110kV BIL;
• El transformador d'isolació ha passat una prova de 150kV BIL i es pot utilitzar en sistemes de classe 27kV;
• Cada transformador d'isolació es sotmet a una prova dielèctrica de CA de 50kV durant la producció.

5. Verificació de l'adequació del fusible per a la temperatura d'operació

El fusible limitador de corrent s'ha fabricat i provat conformant-se a les normes IEC 60282-1 o la sèrie IEEE C37.41.

L'IEC 60282-1 especifica una temperatura ambient màxima de 40°C, mentre que la norma de la societat de classificació SVR 4-1-1, Taula 8, requereix 45°C. S'ha de proporcionar evidència conforme a l'Annex E de l'IEC 60282-1 (o normes equivalents) per demostrar que el fusible és adequat per a la temperatura ambient màxima prevista de 45°C.

Les proves cobreixen els requisits de l'IEC 60282-1 i l'ANSI/IEEE C37.41. La prova de Interrupció de la Sèrie II és més estricta que els requisits de l'IEC, ja que demana una tensió de prova del 100% (l'IEC permet el 87%). G&W prova les tasques de la Sèrie I a la tensió del 100% i la corrent del 100% - superant tots els requisits estàndard. El projecte real utilitza un dispositiu amb una classificació de 4000A.

Per a un quadre de distribució de 5000A sense refrigeració forçada, el marge d'increment de temperatura és de 5K a 40°C ambient, permetent que porti 5000A a 40°C i 4000A a 50°C ambient.

6. Característiques de temps-corrent i rendiment limitador de corrent

Aquest tipus de dispositiu no té una corba convencional de temps-corrent (TCC). La seva operació s'acaba en 0,01 segons - molt abans del punt d'inici de les corbes TCC típiques - fent-ne efectivament un dispositiu instantani.

En la pràctica, cada aplicació s'avalua cas per cas, utilitzant escenaris del pitjor cas (fallades totalment assimètriques). Les corrents del sistema es representen amb una resolució de temps adequada per il·lustrar clarament totes les interaccions. Aquest enfocament és superior a l'ús potencialment erroni de les corbes de corrent màxima de passatge.

7. Pic de sobretensió i dissipació de potència durant l'operació amb corrent de fallada elevada

• Segons els requisits de l'IEC i l'ANSI/IEEE per a equipament de 15,5kV, el pic de tensió durant l'operació (màxim mesurat 47,1kV) queda dins del rang de 49kV, i no implica la liberació de grans quantitats de calor o vapor associades a l'interrupció de tipus expulsió.

• La estructura de dissipació de calor del CLiP és essencialment una barra de distribució amb seccions limitadores de corrent mecanitzades.

• La dissipació total de calor d'un sistema tri-fàsic CLiP a 4000A és aproximadament de 500W.

8. Estudi de curtcircuït i validació de la protecció en cascada

L'estudi de curtcircuït ha de demostrar la funció del dispositiu limitador de corrent i com aquest redueix la corrent de fallada simètrica a sota del nivell de resistència nominal del quadre de distribució. Si l'arranjament proposat s'intenta fer funcionar com a "protecció en cascada", s'ha de verificar la conformitat amb les condicions especificades en la norma de la societat de classificació SVR 4-8-2 / 9.3.6. El punt de disparador i la determinació de la corrent de passatge en cada direcció han de estar ben definits.

9. Càlcul de la capacitat de resistència de la barra per a la corrent de curtcircuït màxima

Els càlculs s'han de realitzar conformant-se a les normes IEC per verificar la capacitat de la barra de suportar els efectes mecànics i tèrmics causats per la corrent de curtcircuït prospectiva màxima.