Limitador de Corrente de Falha | Guia de Instalação e Pesquisa

1 Locais para Instalação de Limitadores de Corrente de Falha (FCLs)

• Nos Terminais do Gerador：Instalar um FCL neste local reduz o nível de corrente de curto-circuito na rede durante falhas, minimiza o estresse mecânico e térmico no gerador e, consequentemente, reduz as perdas em equipamentos e dispositivos.

• Nas Subestações de Distribuição da Planta：Os níveis de corrente de curto-circuito neste local são tipicamente muito altos. A instalação de um FCL pode suprimir significativamente as correntes de falha.

• Ao Longo de Toda a Barramento：Quando a demanda de carga aumenta, exigindo transformadores maiores, os disjuntores e interruptores existentes podem não precisar ser substituídos. Em níveis de potência mais altos, transformadores de alta capacidade e baixa impedância podem ser usados para manter a regulação de tensão, limitando o estresse de corrente de falha no transformador. Após limitar a corrente de falha no lado de alta tensão do transformador, um curto-circuito no barramento de média tensão causará apenas uma queda mínima de tensão no barramento de alta tensão.

• Nas Linhas de Interconexão da Rede：A instalação de FCLs em pontos de interconexão da rede oferece benefícios significativos em termos de controle de fluxo de energia, estabilidade de tensão, segurança de fornecimento, estabilidade do sistema e mitigação de perturbações.

• Nas Interconexões de Barramentos：Após conectar barramentos separados com um FCL, o impacto das correntes de curto-circuito não aumenta significativamente. Quando ocorre uma falha em um barramento, a queda de tensão através do SFCL ajuda a manter os níveis de tensão no barramento com falha, permitindo que ele permaneça em serviço. Conectar vários barramentos permite a operação paralela de transformadores, reduzindo a impedância do sistema, melhorando a capacidade de regulação de tensão e eliminando a necessidade de transformadores com troca de toque. O excesso de energia de um barramento pode fornecer cargas em outro, melhorando a utilização da capacidade nominal dos transformadores.

• Nos Locais de Reatores Limitadores de Corrente：Em condições normais, o FCL curta o reator limitador de corrente, evitando quedas de tensão desnecessárias e perdas de energia.

• Nos Alimentadores de Transformadores：Instalar um FCL no alimentador do transformador protege o equipamento downstream e reduz as correntes de inrush durante operações de chaveamento.

• Nos Alimentadores de Barramentos：Se um FCL não for instalado no alimentador do transformador, deve ser instalado no alimentador do barramento. Embora isso possa exigir mais unidades de FCL, reduz as perdas no barramento tanto em condições normais quanto em condições de falha.

• Nos Pontos de Conexão de Geradores Locais：Os FCLs são altamente benéficos para conectar fontes adicionais de geração distribuída (por exemplo, usinas termelétricas, parques eólicos), pois reduzem a contribuição dessas fontes para a corrente total de curto-circuito.

• Para Fechamento de Laços Abertos：Em redes de média tensão, os laços às vezes são mantidos abertos devido a correntes de curto-circuito elevadas. Os FCLs podem ser usados para fechar esses laços, melhorando a confiabilidade do fornecimento, o equilíbrio de tensão e reduzindo as perdas da rede.

2 Direções de Pesquisa para Limitadores de Corrente de Falha

Atualmente, as aplicações de FCLs são limitadas a projetos individuais. Para implantação em larga escala, as seguintes áreas de pesquisa são urgentemente necessárias:

• Investigar o papel dos FCLs no aumento da capacidade de transmissão de energia e seu impacto na estabilidade da rede; propor parâmetros fundamentais que atendam aos requisitos de estabilidade do sistema de energia.

• Estudar locais ótimos de instalação e configurações de capacidade para FCLs com base em estruturas típicas de redes regionais, e determinar parâmetros-chave que satisfaçam tanto a estabilidade do sistema quanto as capacidades de resistência térmica e mecânica do equipamento.

• Pesquisar estratégias de coordenação e controle entre múltiplos FCLs ou entre FCLs e dispositivos FACTS existentes.

• Investigar a integração do controle de FCLs com controles convencionais do sistema e esquemas de proteção por relés.

• Estudar métodos para incorporar o controle de FCLs nos sistemas de despacho e controle existentes da rede.

• Analisar os impactos mútuos entre FCLs e o sistema de energia quando implantados em vários locais de carga, e desenvolver estratégias de mitigação correspondentes.

• Explorar o papel dos FCLs em grandes redes de energia interconectadas.

Os FCLs são dispositivos de alta tensão e alta potência, e sua confiabilidade e custo-efetividade são indicadores críticos de desempenho. Melhorar a confiabilidade requer não apenas topologias de circuito racionais e estratégias de controle maduras, mas também simplicidade no design e controle. Otimizar o design do sistema para reduzir o tamanho, peso e custo continua sendo um objetivo central na pesquisa de FCLs. Além disso, a capacidade de anti-interferência e a estabilidade operacional do sistema de controle são essenciais para a limitação confiável da corrente de falha.

Outro problema com os FCLs é sua função única - eles permanecem inativos durante a operação normal, aumentando os custos de investimento da rede. Nas redes de distribuição, diversos dispositivos de compensação de qualidade de energia (por exemplo, Restauradores Dinâmicos de Tensão (DVR), Condicionadores Unificados de Qualidade de Energia (UPQC), Geradores Estáticos Avançados de Var (ASVG), Armazenamento de Energia Magnética Supercondutor (SMES)) são frequentemente instalados para melhorar a qualidade de energia. Se um dispositivo pudesse ser projetado para fornecer múltiplas funções de compensação em condições normais (melhorando a qualidade de energia) e apresentar instantaneamente alta impedância durante falhas do sistema para limitar a corrente de falha, alcançaria multifuncionalidade. Tal dispositivo também poderia oferecer princípios e desempenho de limitação de corrente aprimorados em comparação com FCLs existentes.

3 Problemas Atuais com Limitadores de Corrente de Falha

Como um dispositivo de proteção inovador, os FCLs estão recebendo cada vez mais atenção, e seu futuro aplicativo em sistemas de energia parece promissor. No entanto, analisar seus potenciais impactos e efeitos é um desafio inevitável. Os principais problemas atuais incluem:

• O comportamento dinâmico dos FCLs durante transientes de falha, incluindo impactos na estabilidade de sincronismo e de carga.

• Estratégias de controle de falha dos FCLs e sua coordenação com sistemas de proteção por relés.

• Projeto de sistemas de detecção de falhas ultra-rápidos e controladores para FCLs.

• Impacto dos FCLs na qualidade de energia, especialmente em relação à geração de harmônicos.

• Colocação integrada ideal de FCLs em sistemas de energia.

• Efeitos dos FCLs no estado operacional de equipamentos e componentes existentes na rede.

• Avaliação econômica das aplicações de FCLs em sistemas de energia. Resolver esses problemas promoverá grandemente o desenvolvimento e adoção da tecnologia FCL.

Problemas Específicos para Limitadores de Corrente de Falha Supercondutores (SFCLs):

• Estabilidade dos ímãs supercondutores.

• Tempo de recuperação dos supercondutores após uma falha.

• Dissipação de calor dos supercondutores após a limitação de corrente.