Limitador de Corriente de Falla | Guía de Instalación e Investigación

1 Ubicaciones para la instalación de limitadores de corriente de falla (FCLs)

• En los terminales del generador：Instalar un FCL en esta ubicación reduce el nivel de corriente de cortocircuito en la red durante las fallas, minimiza el estrés mecánico y térmico en el generador y, en consecuencia, reduce las pérdidas en equipos y dispositivos.

• En las subestaciones de distribución de la planta：Los niveles de corriente de cortocircuito en esta ubicación suelen ser muy altos. Instalar un FCL puede suprimir significativamente las corrientes de falla.

• A lo largo de toda la barra de distribución：Cuando la demanda de carga requiere transformadores más grandes, los interruptores existentes y los interruptores de desconexión pueden no necesitar reemplazo. A mayores niveles de potencia, se pueden usar transformadores de alta capacidad y baja impedancia para mantener la regulación de voltaje, mientras se limita el estrés de la corriente de falla en el transformador. Después de limitar la corriente de falla en el lado de alta tensión del transformador, un cortocircuito en una barra de media tensión causará solo un mínimo descenso de voltaje en la barra de alta tensión.

• En las líneas de interconexión de la red：Instalar FCLs en los puntos de interconexión de la red proporciona beneficios significativos en términos de control de flujo de potencia, estabilidad de voltaje, seguridad de suministro, estabilidad del sistema y mitigación de perturbaciones.

• En las interconexiones de barras de distribución：Después de conectar barras de distribución separadas con un FCL, el impacto de las corrientes de cortocircuito no aumenta significativamente. Cuando ocurre una falla en una barra, el descenso de voltaje a través del SFCL ayuda a mantener los niveles de voltaje en la barra defectuosa, permitiendo que permanezca en servicio. Conectar múltiples barras permite la operación paralela de transformadores, reduciendo la impedancia del sistema, mejorando la capacidad de regulación de voltaje y eliminando la necesidad de transformadores con tomas de derivación. El exceso de potencia de una barra puede suministrar cargas en otra, mejorando la utilización de la capacidad nominal del transformador.

• En las ubicaciones de reactancias limitadoras de corriente：En condiciones normales, el FCL cortocircuita la reactancia limitadora de corriente, evitando caídas de voltaje innecesarias y pérdidas de potencia.

• En los alimentadores de los transformadores：Instalar un FCL en el alimentador del transformador protege el equipo downstream y reduce las corrientes de inrush durante las operaciones de conmutación.

• En los alimentadores de la barra de distribución：Si no se instala un FCL en el alimentador del transformador, debe instalarse en el alimentador de la barra de distribución. Aunque esto puede requerir más unidades de FCL, reduce las pérdidas en la barra tanto en condiciones normales como en condiciones de falla.

• En los puntos de conexión de generadores locales：Los FCLs son altamente beneficiosos para la conexión de fuentes adicionales de generación distribuida (por ejemplo, centrales térmicas, parques eólicos) ya que reducen la contribución de estas fuentes a la corriente total de cortocircuito.

• Para cerrar bucles abiertos：En redes de media tensión, a veces se mantienen bucles abiertos debido a las altas corrientes de cortocircuito. Los FCLs se pueden utilizar para cerrar estos bucles, mejorando la confiabilidad del suministro, el equilibrio de voltaje y reduciendo las pérdidas de la red.

2 Direcciones de investigación para limitadores de corriente de falla

Actualmente, las aplicaciones de FCLs están limitadas a proyectos individuales. Para una implementación a gran escala, se necesitan urgentemente las siguientes áreas de investigación:

• Investigar el papel de los FCLs en la mejora de la capacidad de transmisión de potencia y su impacto en la estabilidad de la red; proponer parámetros fundamentales que cumplan con los requisitos de estabilidad del sistema de potencia.

• Estudiar las ubicaciones óptimas de instalación y las configuraciones de capacidad de los FCLs basados en estructuras típicas de redes regionales, y determinar parámetros clave que satisfagan tanto la estabilidad del sistema como la resistencia térmica y mecánica del equipo.

• Investigar estrategias de coordinación y control entre múltiples FCLs o entre FCLs y dispositivos FACTS existentes.

• Investigar la integración del control de FCLs con los sistemas de control convencionales y los esquemas de protección por relés.

• Estudiar métodos para incorporar el control de FCLs en los sistemas de despacho y control de la red existentes.

• Analizar los impactos mutuos entre los FCLs y el sistema de potencia cuando se despliegan en diversas ubicaciones de carga, y desarrollar estrategias de mitigación correspondientes.

• Explorar el papel de los FCLs en grandes redes de potencia interconectadas.

Los FCLs son dispositivos de alta tensión y alta potencia, y su confiabilidad y rentabilidad son indicadores críticos de rendimiento. Mejorar la confiabilidad requiere no solo topologías de circuito racionales y estrategias de control maduras, sino también simplicidad en el diseño y control. Optimizar el diseño del sistema para reducir el tamaño, el peso y el costo sigue siendo un objetivo central en la investigación de FCLs. Además, la capacidad de anti-interferencia y la estabilidad operativa del sistema de control son esenciales para una limitación confiable de la corriente de falla.

Otro problema con los FCLs es su función única: permanecen inactivos durante la operación normal, aumentando los costos de inversión en la red. En redes de distribución, a menudo se instalan diversos dispositivos de compensación de calidad de potencia (por ejemplo, Restauradores Dinámicos de Voltaje (DVR), Condicionadores Unificados de Calidad de Potencia (UPQC), Generadores Estáticos de Var Avanzados (ASVG), Almacenamiento de Energía Magnética Superconductora (SMES)) para mejorar la calidad de potencia. Si se pudiera diseñar un dispositivo que proporcionara múltiples funciones de compensación en condiciones normales (mejorando la calidad de potencia) y presentara alta impedancia instantáneamente durante las fallas del sistema para limitar la corriente de falla, lograría multifuncionalidad. Tal dispositivo también podría ofrecer principios y rendimiento de limitación de corriente mejorados en comparación con los FCLs existentes.

3 Problemas actuales con los limitadores de corriente de falla

Como un dispositivo protector novedoso, los FCLs están recibiendo cada vez más atención, y su aplicación futura en sistemas de potencia parece prometedora. Sin embargo, analizar sus posibles impactos y efectos es un desafío inevitable. Los principales problemas actuales incluyen:

• El comportamiento dinámico de los FCLs durante las transitorias de falla, incluyendo los impactos en la estabilidad de sincronismo y la estabilidad de carga.

• Estrategias de control de fallas de los FCLs y su coordinación con los sistemas de protección por relés.

• Diseño de sistemas de detección de fallas ultra-rápidos y controladores para FCLs.

• Impacto de los FCLs en la calidad de potencia, especialmente en cuanto a la generación de armónicos.

• Ubicación óptima integrada de FCLs en sistemas de potencia.

• Efectos de los FCLs en el estado operativo de los equipos y componentes existentes en la red.

• Evaluación económica de las aplicaciones de FCLs en sistemas de potencia. Abordar estos problemas promoverá enormemente el desarrollo y la adopción de la tecnología FCL.

Problemas específicos para limitadores de corriente de falla superconductores (SFCLs):

• Estabilidad de los imanes superconductores.

• Tiempo de recuperación de los superconductores después de una falla.

• Disipación de calor de los superconductores después de la limitación de corriente.