Limitador de Corrente de Fallo | Guía de Instalación e Investigación

1 Localizacións para a instalación de limitadores de corrente de fallo (FCLs)

• Nos terminais do xerador：A instalación dun FCL nesta localización reduce o nivel de corrente de curto circuito na rede durante as faltas, minimiza o estrés mecánico e térmico no xerador, e consecuentemente reduce as perdas nos equipos e dispositivos.

• Nas subestacións de distribución da planta：Os niveis de corrente de curto circuito nesta localización son xeralmente moi altos. A instalación dun FCL pode suprimir significativamente as correntes de fallo.

• A lo largo de toda a barra de distribución：Cando a crecida da demanda de carga require transformadores maiores, os interruptores existentes e os disxuntores non necesitan ser substituídos. A niveis de potencia máis altos, poden utilizarse transformadores de alta capacidade e baixa impedancia para manter a regulación de tensión, mentres se limita o estrés de corrente de fallo no transformador. Despois de limitar a corrente de fallo no lado de alta tensión do transformador, un curto circuito nunha barra de media tensión causará só unha diminución mínima de tensión na barra de alta tensión.

• Nas liñas de conexión da rede：A instalación de FCLs nos puntos de interconexión da rede proporciona beneficios significativos en termos de control de fluxo de potencia, estabilidade de tensión, seguridade de fornecemento, estabilidade do sistema e mitigación de perturbacións.

• Nas interconexións de barras de distribución：Despois de conectar barras separadas cun FCL, o impacto das correntes de curto circuito non aumenta significativamente. Cando ocorre unha falta nunha barra, a caída de tensión a través do SFCL axuda a manter os niveis de tensión na barra defectuosa, permitindo que permanezca en servizo. A conexión de múltiples barras permite a operación en paralelo dos transformadores, reducindo a impedancia do sistema, mellorando a capacidade de regulación de tensión e eliminando a necesidade de transformadores con cambio de tomas. O exceso de potencia dunha barra pode abastecer cargas noutra, mellorando a utilización da capacidade nominal do transformador.

• Nas localizacións de reactancias limitadoras de corrente：En condicións normais, o FCL curta a reactancia limitadora de corrente, evitando unha caída de tensión innecesaria e perdas de potencia.

• Nos alimentadores dos transformadores：A instalación dun FCL no alimentador do transformador protexe o equipo downstream e reduce as correntes de entrada durante as operacións de comutación.

• Nos alimentadores das barras de distribución：Se non se instala un FCL no alimentador do transformador, debe instalarse no alimentador da barra de distribución. Aínda que isto pode requerir máis unidades de FCL, reduce as perdas na barra tanto en condicións normais como en caso de falta.

• Nos puntos de conexión dos xeradores locais：Os FCLs son moi benéficos para conectar fontes adicionais de xeración distribuída (por exemplo, centrais térmicas, parques eólicos) xa que reducen a contribución destas fontes á corrente total de curto circuito.

• Para pechar bucles abertos：Nas redes de media tensión, os bucles a veces mantéñense abertos debido ás altas correntes de curto circuito. Os FCLs poden utilizarse para pechar estes bucles, mellorando a fiabilidade do fornecemento, o equilibrio de tensión e reducindo as perdas da rede.

2 Direccións de investigación para limitadores de corrente de fallo

Actualmente, as aplicacións de FCL están limitadas a proxectos individuais. Para unha implementación a gran escala, son urgentemente necesarios os seguintes campos de investigación:

• Investigar o papel dos FCLs na mellora da capacidade de transmisión de potencia e o seu impacto na estabilidade da rede; proponer parámetros fundamentais que cumpran os requisitos de estabilidade do sistema eléctrico.

• Estudiar as localizacións óptimas de instalación e as configuracións de capacidade dos FCLs baseándose nas estructuras típicas da rede regional, e determinar os parámetros clave que satisfaçan tanto a estabilidade do sistema como as capacidades térmicas e mecánicas de resistencia do equipo.

• Investigar estratexias de coordinación e control entre múltiples FCLs ou entre FCLs e dispositivos FACTS existentes.

• Investigar a integración do control de FCL co controls convencionais do sistema e esquemas de protección por relevos.

• Estudiar métodos para incorporar o control de FCL aos sistemas de despacho e control existentes da rede.

• Analizar os efectos mutuos entre os FCLs e o sistema eléctrico cando se implantan en varias localizacións de carga, e desenvolver estratexias correspondentes de mitigación.

• Explorar o papel dos FCLs nas grandes redes eléctricas interconectadas.

Os FCLs son dispositivos de alta tensión e alta potencia, e a súa fiabilidade e eficiencia económica son indicadores críticos de rendemento. Melorar a fiabilidade non só require topoloxías de circuito racionais e estratexias de control maduras, senón tamén simplicidade no deseño e control. Optimizar o deseño do sistema para reducir o tamaño, o peso e o custo segue sendo un obxectivo central na investigación de FCLs. Ademais, a capacidade de anti-interferencia e a estabilidade operativa do sistema de control son esenciais para unha limitación confiable da corrente de fallo.

Outro problema co FCLs é a súa función única, que permanece inactiva durante a operación normal, aumentando os custos de investimento na rede. Nas redes de distribución, suelen instalarse varios dispositivos de compensación de calidade de enerxía (por exemplo, Restauradores Dinámicos de Tensión (DVR), Condicionadores Unificados de Calidade de Potencia (UPQC), Xeradores Estáticos Avanzados de Var (ASVG), Almacenamento de Enerxía Magnética Supercondutor (SMES)) para mellorar a calidade de enerxía. Se puidese deseñar un dispositivo que proporcione múltiples funcións de compensación en condicións normais (mellorando a calidade de enerxía) e presente instantaneamente alta impedancia durante as faltas do sistema para limitar a corrente de fallo, lograría a multifuncionalidade. Tal dispositivo tamén podería ofrecer principios e rendemento de limitación de corrente mellorados comparados cos FCLs existentes.

3 Problemas actuais co limitadores de corrente de fallo

Como novo dispositivo protector, os FCLs están recibindo cada vez máis atención, e o seu futuro uso en sistemas eléctricos parece prometedor. No entanto, analizar os seus posibles impactos e efectos é un desafío inevitábel. Os principais problemas actuais inclúen:

• O comportamento dinámico dos FCLs durante as transitoriedades de falta, incluíndo os efectos sobre a estabilidade de sincronismo e a estabilidade de carga.

• As estratexias de control de faltas dos FCLs e a súa coordinación con os sistemas de protección por relevos.

• Deseño de sistemas de detección de faltas ultra-rápidos e controladores para FCLs.

• Impacto dos FCLs na calidade de enerxía, especialmente en xeración de harmónicos.

• Colocación integrada óptima de FCLs nos sistemas eléctricos.

• Efectos dos FCLs no estado operativo do equipamento e componentes existentes na rede.

• Evaluación económica das aplicacións de FCLs nos sistemas eléctricos. Abordar estes problemas promoverá enormemente o desenvolvemento e adopción da tecnoloxía FCL.

Problemas específicos para limitadores de corrente de fallo superconductores (SFCLs):

• Estabilidade dos imanes superconductores.

• Tempo de recuperación dos superconductores despois dunha falta.

• Disipación de calor dos superconductores despois da limitación de corrente.