Instrucciones de Aplicación para Dispositivos Limitadores de Corriente de 50kA en Plataformas Petroleras Offshore

1. Operación del Sistema Con y Sin CLiP (Dispositivo Limitador de Corriente)

Bajo condiciones de operación normales, el tablero de distribución opera de la siguiente manera:

• Todos los interruptores de unión están cerrados, conectando las tres secciones del bus en paralelo;
• Dos generadores están en línea y suministrando energía al tablero.

Con esta configuración, la corriente de falla potencial en el tablero es inferior a 50kA. Por lo tanto, el dispositivo limitador de corriente (CLiP) no se inserta en el circuito.

Durante las operaciones de mantenimiento que implican la apertura de un generador (sacándolo de línea) y el cierre de otro (sincronización y conexión), el sistema opera de la siguiente manera:

• Todos los interruptores de unión permanecen cerrados, manteniendo las tres secciones del bus interconectadas;
• Tres generadores están temporalmente conectados al sistema (durante un período limitado durante el cambio de generador).

En esta condición, la capacidad de cortocircuito del sistema aumenta, y la corriente de falla potencial supera los 50kA. Dado que la calificación de resistencia a cortocircuitos del tablero es de 50kA, el dispositivo limitador de corriente debe insertarse en el circuito para garantizar la seguridad del equipo.

El CLiP monitorea la tasa de aumento de la corriente a lo largo del tiempo. Cuando la corriente supera un umbral preestablecido, el dispositivo se activa e interrumpe la conexión del bus mediante la fusión de un elemento fusible interno. Esto limita la corriente de falla real a menos de 50kA, asegurando que se mantenga dentro de los límites de diseño seguros del tablero.

Este proceso permite la aislación de la falla sin causar un apagón en todo el sistema de distribución de energía de la eHouse.

Resumen:

• Cuando la corriente de falla potencial > 50kA (todos los interruptores de unión cerrados y tres generadores en línea), el CLiP debe estar en el circuito. Esta condición ocurre solo durante la fase transicional del mantenimiento de un solo generador.
• Cuando la corriente de falla potencial < 50kA (solo dos generadores en línea o dos de los tres interruptores de unión abiertos), el CLiP debe desconectarse del circuito.

2. Requisitos de Operación y Mantenimiento

El propietario de la instalación deberá aprobar los arreglos operativos alternativos propuestos. Las decisiones también deben basarse en datos adicionales relacionados con el fusible limitador de corriente, incluyendo los requisitos de mantenimiento, la vida útil estimada y la capacidad del personal que realiza el mantenimiento del equipo. Estas acciones deberán incorporarse en el manual de operación y mantenimiento.

3. Diseño y Pruebas del Fusible Limitador de Corriente

El fusible limitador de corriente deberá diseñarse y probarse de acuerdo con estándares reconocidos como IEC 60282-1:2009/2014 y la serie IEEE C37.41, y deberá ser adecuado para la aplicación prevista y las condiciones ambientales/operativas. Solo se utilizará un único fusible limitador de corriente; cualquier combinación de dispositivos limitadores de corriente requiere una consideración y evaluación especial.

El CLiP ha obtenido informes de pruebas tipo KEMA que cubren la capacidad de interrupción, el aumento de temperatura y las pruebas de aislamiento, junto con registros de calibración para el equipo de medición. Las pruebas se han realizado de conformidad con los estándares IEC 60282 y ANSI/IEEE C37.40 series.

4. Nivel de Aislamiento del Portafusibles

• El portafusibles tiene una tensión de soporte de impulso nominal de 110kV BIL;
• El transformador de aislamiento ha pasado una prueba de 150kV BIL y puede usarse en sistemas de clase 27kV;
• Cada transformador de aislamiento pasa una prueba dieléctrica de 50kV CA durante la producción.

5. Verificación de la Idoneidad del Fusible para la Temperatura de Operación

El fusible limitador de corriente se ha fabricado y probado de acuerdo con los estándares IEC 60282-1 o la serie IEEE C37.41.

La norma IEC 60282-1 especifica una temperatura ambiente máxima de 40°C, mientras que la norma de la sociedad de clasificación SVR 4-1-1, Tabla 8, requiere 45°C. Se debe proporcionar evidencia conforme al Apéndice E de IEC 60282-1 (o normas equivalentes) para demostrar que el fusible es adecuado para la temperatura ambiente máxima esperada de 45°C.

Las pruebas cubren los requisitos de IEC 60282-1 y ANSI/IEEE C37.41. La prueba de interrupción Serie II es más estricta que los requisitos de IEC, ya que exige un 100% de tensión de prueba (IEC permite 87%). G&W prueba las obligaciones de Serie I a 100% de tensión y 100% de corriente, superando todos los requisitos estándar. El proyecto real utiliza un dispositivo de 4000A de calificación.

Para un cuadro de 5000A sin refrigeración forzada, el margen de aumento de temperatura es 5K a 40°C de temperatura ambiente, permitiéndole transportar 5000A a 40°C y 4000A a 50°C de temperatura ambiente.

6. Características Tiempo-Corriente y Rendimiento Limitador de Corriente

Este tipo de dispositivo no tiene una curva tiempo-corriente convencional (TCC). Su operación se completa en 0.01 segundos, bien antes del punto de partida de las curvas TCC típicas, lo que efectivamente lo convierte en un dispositivo instantáneo.

En la práctica, cada aplicación se evalúa caso por caso, utilizando escenarios peores (fallas completamente asimétricas). Las corrientes del sistema se trazan con la resolución de tiempo apropiada para ilustrar claramente todas las interacciones. Este enfoque es superior al uso potencialmente engañoso de las curvas de corriente máxima de paso.

7. Sobretensión Máxima y Disipación de Energía Durante la Operación con Alta Corriente de Falla

• De acuerdo con los requisitos de IEC y ANSI/IEEE para equipos de 15.5kV, la tensión máxima durante la operación (máximo medido 47.1kV) permanece dentro del rango de 49kV, y no implica la liberación de grandes cantidades de calor o vapor asociados con la interrupción de expulsión.

• La estructura de disipación de calor del CLiP es esencialmente un barra colectora con secciones limitadoras de corriente mecanizadas.

• La disipación de calor total de un sistema de tres fases CLiP a 4000A es aproximadamente 500W.

8. Estudio de Cortocircuito y Validación de la Protección en Cascada

El estudio de cortocircuito deberá demostrar la función del dispositivo limitador de corriente y cómo reduce la corriente de falla simétrica por debajo del nivel de resistencia nominal del tablero. Si se pretende que la disposición propuesta opere como "protección en cascada", se deberá verificar el cumplimiento de las condiciones especificadas en la norma de la sociedad de clasificación SVR 4-8-2 / 9.3.6. El punto de disparo y la determinación de la corriente de paso en cada dirección deberán definirse claramente.

9. Cálculo de la Capacidad de Resistencia del Bus para la Corriente Máxima de Cortocircuito

Los cálculos se realizarán de acuerdo con los estándares IEC para verificar la capacidad del bus para resistir los efectos mecánicos y térmicos causados por la corriente máxima de cortocircuito potencial.