Limitador de Corrent de Fallada | Guia d'Instal·lació i Recerca

1 Ubicacions per instal·lar limitadors de corrent de fallada (FCLs)

• A les terminals del generador：Instal·lar un FCL en aquesta ubicació reduix el nivell de corrent de curtcircuït a la xarxa durant les falls, minimitza l'estress mecànic i tèrmic al generador i, en conseqüència, redueix les pèrdues en l'equipament i dispositius.

• A les subestacions de distribució de la planta：Els nivells de corrent de curtcircuït en aquesta ubicació solen ser molt elevats. Instal·lar un FCL pot suprimir significativament les corrents de fallada.

• A través de tota la barra d'aterrament：Quan la demanda de càrrega augmenta i es necessiten transformadors més grans, els interruptors de circuit existents i els commutadors de desconexió poden no necessitar ser reemplaçats. A nivells de potència més alts, es poden utilitzar transformadors d'alta capacitat i baixa impedància per mantenir la regulació de tensió, mentre que s'limita l'estress de corrent de fallada al transformador. Després de limitar la corrent de fallada al costat de alta tensió del transformador, un curtcircuït a la barra de mitja tensió causarà només una mínima caiguda de tensió a la barra de alta tensió.

• A les línies d'enllaç de xarxa：Instal·lar FCLs als punts d'interconnexió de la xarxa proporciona beneficis significatius en termes de control de flux de potència, estabilitat de tensió, seguretat de subministrament, estabilitat del sistema i atenuació de pertorbacions.

• A les interconnexions de les barras d'aterrament：Després de connectar les barras d'aterrament separades amb un FCL, l'impacte de les corrents de curtcircuït no augmenta significativament. Quan es produeix una fallada en una barra, la caiguda de tensió a través del SFCL ajuda a mantenir els nivells de tensió a la barra defectuosa, permetent que romangui en servei. La connexió de múltiples barras permet l'operació paral·lela dels transformadors, reduint la impedància del sistema, millorant la capacitat de regulació de tensió i eliminant la necessitat de transformadors amb canvi de derivació. L'excess de potència d'una barra pot subministrar càrregues a una altra, millorant l'utilització de la capacitat nominal del transformador.

• A les ubicacions del reactor limitador de corrent：En condicions normals, el FCL curtcircuita el reactor limitador de corrent, evitant una caiguda de tensió innecessària i pèrdues de potència.

• A les alimentacions del transformador：Instal·lar un FCL a la alimentació del transformador protegeix l'equipament a valer i redueix les corrents d'entrada durant les operacions de commutació.

• A les alimentacions de la barra d'aterrament：Si no s'instal·la un FCL a la alimentació del transformador, s'hauria d'instal·lar a la alimentació de la barra d'aterrament. Tot i que això pot requerir més unitats FCL, redueix les pèrdues a la barra tant en condicions normals com en condicions de fallada.

• A els punts de connexió dels generadors locals：Els FCL són altament beneficiosos per connectar fonts addicionals de generació distribuïda (per exemple, centrals tèrmiques, parcs eòlics) ja que redueixen la contribució d'aquestes fonts a la corrent total de curtcircuït.

• Per tancar bucles oberts：En xarxes de mitja tensió, sovint es mantenen els bucles oberts degut a corrents de curtcircuït elevades. Els FCLs es poden utilitzar per tancar aquests bucles, millorant la fiabilitat del subministrament, l'equilibri de tensió i reduint les pèrdues de la xarxa.

2 Direccions de recerca per als limitadors de corrent de fallada

Actualment, les aplicacions de FCL estan limitades a projectes individuals. Per a una implementació a gran escala, són urgents les següents àrees de recerca:

• Investigar el paper dels FCL en la millora de la capacitat de transmissió de potència i el seu impacte en l'estabilitat de la xarxa; proposar paràmetres fonamentals que compleixin els requisits d'estabilitat del sistema elèctric.

• Estudiar les ubicacions òptimes d'instal·lació i les configuracions de capacitat dels FCL basades en les estructures típiques de la xarxa regional, i determinar els paràmetres clau que satisfacin tant l'estabilitat del sistema com la resistència tèrmica i mecànica de l'equipament.

• Recercar estratègies de coordinació i control entre múltiples FCL o entre FCL i dispositius FACTS existents.

• Investigar la integració del control dels FCL amb els sistemes de control convencionals i els esquemes de protecció per relé.

• Estudiar mètodes per incorporar el control dels FCL als sistemes de dispatch i control existents de la xarxa.

• Analitzar els impactes mútuos entre els FCL i el sistema elèctric quan es despleguin en diversos punts de càrrega, i desenvolupar estratègies corresponents de mitigació.

• Explorar el paper dels FCL en grans xarxes interconnectades de potència.

Els FCL són dispositius d'alta tensió i alta potència, i la seva fiabilitat i eficiència econòmica són indicadors crítics de rendiment. Millorar la fiabilitat requereix no només topologies de circuit racionals i estratègies de control madures, sinó també simplicitat en el disseny i el control. Optimitzar el disseny del sistema per reduir la mida, el pes i el cost roman un objectiu central en la recerca de FCL. A més, la capacitat anti-interferència i l'estabilitat operativa del sistema de control són essencials per una limitació fiable de la corrent de fallada.

Un altre problema amb els FCL és la seva funció única—rompen inactius durant l'operació normal, incrementant els costos d'inversió a la xarxa. En les xarxes de distribució, sovint es instal·len diversos dispositius de compensació de la qualitat de l'energia (per exemple, Restauradors Dinàmics de Tensió (DVR), Condicionadors Unificats de Qualitat de Potència (UPQC), Generadors Estàtics de Var Avançats (ASVG), Emmagatzematge d'Energia Magnètica Superconductora (SMES)) per millorar la qualitat de l'energia. Si es pogués dissenyar un dispositiu que proporcionés múltiples funcions de compensació en condicions normals (millorant la qualitat de l'energia) i presentés instantàniament una alta impedància durant les falls del sistema per limitar la corrent de fallada, aconseguiria multifuncionalitat. Un dispositiu així també podria oferir principis i rendiments de limitació de corrent millors que els FCL existents.

3 Problemes actuals amb els limitadors de corrent de fallada

Com a dispositiu protector nou, els FCL estan rebent cada vegada més atenció, i la seva aplicació futura en els sistemes elèctrics sembla prometedora. No obstant això, analitzar els seus possibles impacts i efectes és un repte inevitable. Els principals problemes actuals inclouen:

• El comportament dinàmic dels FCL durant les transitories de fallada, incloent-hi els impacts sobre la estabilitat de sincronisme i la estabilitat de càrrega.

• Estratègies de control de fallada dels FCL i la seva coordinació amb els sistemes de protecció per relé.

• Disseny de sistemes de detecció ultra-ràpida de fallades i controladors per als FCL.

• Impacte dels FCL en la qualitat de l'energia, especialment en la generació d'armònics.

• Col·locació òptima integrada dels FCL en els sistemes elèctrics.

• Efectes dels FCL en l'estat operatiu dels equips i components existents a la xarxa.

• Avaluació econòmica de les aplicacions dels FCL en els sistemes elèctrics. Resoldre aquests problemes promoureix enormement el desenvolupament i l'adopció de la tecnologia FCL.

Problemes específics per als limitadors de corrent de fallada superconductors (SFCLs):

• Estabilitat dels electroímans superconductors.

• Temps de recuperació dels superconductors després d'una fallada.

• Dissipació de calor dels superconductors després de la limitació de corrent.