Definiciones de Interruptor Híbrido HVDC

Definiciones para Interruptores Híbridos de Corriente Continua de Alta Tensión (HVDC)

Definiciones Estándar para Interruptores de Corriente Alterna (CA)

• Limitaciones: Las definiciones estándar para interruptores de corriente alterna no se traducen directamente a la protección de corriente continua de alta tensión porque los marcos de tiempo y dinámicas involucradas son diferentes.
• Marcos de Tiempo: Los interruptores de corriente alterna tienen un tiempo relativamente largo para actuar en comparación con los interruptores de corriente continua. Generalmente, las corrientes de falla que interrumpe un interruptor de corriente alterna casi han alcanzado el estado estacionario cuando la protección actúa, pero esto no siempre es el caso.

Interruptores de Corriente Continua de Alta Tensión (HVDC)

• Tiempo de Respuesta: Los interruptores de corriente continua de alta tensión deben actuar antes de que la corriente de falla de corriente continua haya alcanzado un valor de estado estacionario, debido a las limitaciones de los componentes electrónicos dentro de los interruptores y los convertidores mismos.

Ramas Clave y Sus Funciones

1. Rama Principal:

   • Conduce la corriente durante la operación normal.

2. Rama Secundaria:

   • Conduce la corriente de falla por un período corto de tiempo.

3. Rama de Absorción de Energía:

   • Limita el voltaje a través del interruptor y absorbe cualquier energía adicional de la red de corriente continua.

Definiciones Clave de Tiempo para Interruptores Híbridos

1. Inicio de Falla (Tf):

   • El momento en que las condiciones eléctricas de la red cambian, resultando en una condición de sobrecorriente.

2. Tiempo de Detección:

   • El tiempo que toma desde el inicio de la falla hasta el momento en que el sistema de protección detecta la falla.

3. Tiempo de Localización:

   • El tiempo que toma para que el sistema de protección decida qué interruptores abrir desde el momento en que se detecta la falla.

4. Tiempo de Operación:

   • El tiempo que toma para que el interruptor pase del estado "Cerrado" al estado "Abierto".

5. Tiempo de Interrupción (Tint):

   • El tiempo entre el inicio de la falla y el momento en que el interruptor genera suficiente voltaje para oponerse sustancialmente a la corriente de falla.

6. Tiempo de Conmutación (Tcom):

   • El tiempo que toma para que la corriente en la rama principal decaiga a cero, o tan cerca de cero que pueda comenzar la siguiente etapa de la operación del interruptor.

7. Tiempo de Limpieza (Tclr):

   • El tiempo que toma desde el inicio de la falla hasta el momento en que la corriente de la línea de corriente continua llega a cero, o se alcanza la corriente de rodilla de los varistores (I_knee).

8. Tiempo de Operación de Limitación de Corriente (Tlim):

   • El tiempo en que el interruptor comienza a funcionar como limitador de corriente de falla.

Interruptor Híbrido Proactivo de Corriente Continua de Alta Tensión (PHCB) Diseñado por ABB

Visión General del Diseño

El Interruptor Híbrido Proactivo de Corriente Continua de Alta Tensión (PHCB), diseñado por ABB, consta de dos ramas paralelas:

1. Ruta Normal de Corriente:

   • Interruptor Mecánico: Permanece cerrado durante la operación normal.
   • Interruptor de Conmutación de Carga (LCS): Una pila en serie de baja tensión de interruptores semiconductores que se enciende durante la operación normal.

2. Elemento Principal de Interrupción de Corriente:

   • Interruptor Principal: Una pila de interruptores semiconductores que permanece apagada durante la operación normal.

3. Rama de Absorción de Energía:

   • Combinada con la rama secundaria para agregar funcionalidad al interruptor. Esto permite que seccionen partes de la rama secundaria de manera independiente entre sí. Esta característica permite que el interruptor actúe como limitador de corriente de falla en ciertas situaciones.

Operación Normal

• Desconector: Cerrado
• LCS: Encendido
• Interruptor Principal: Apagado

Operación en Condiciones de Falla

1. Detección de Falla:

   • El LCS se apaga.
   • El interruptor principal se enciende.
   • El LCS proporciona suficiente voltaje para conmutar la corriente de la rama principal a la rama secundaria.
   • El LCS puede ser activado antes de que se confirme la falla, permitiendo que el algoritmo de detección procese en paralelo con la operación del interruptor.

2. Transferencia de Corriente:

   • Una vez que toda la corriente fluye a través del interruptor principal, se abre el desconector mecánico de alta velocidad.
   • Cuando el interruptor mecánico está completamente abierto, el interruptor principal se apaga, la corriente del interruptor principal se interrumpe y la energía de la línea se disipa en los varistores.
   • Se utiliza un interruptor de desconexión de corriente residual en serie, de acción lenta, para interrumpir la corriente de fuga a través del interruptor principal y dispositivos asociados, que puede ser significativa dependiendo de cómo se diseñe la rama de absorción de energía. Este interruptor también proporciona aislamiento completo.

Ejemplo Ilustrativo

La Figura 3 muestra una onda típica de corriente de falla con tiempos y calificaciones de corriente etiquetados. La dinámica ha sido exagerada para facilitar la ilustración de las definiciones:

• Inicio de Falla (Tf): El momento inicial de ocurrencia de la falla.
• Tiempo de Detección: Tiempo desde Tf hasta la detección de la falla.
• Tiempo de Localización: Tiempo desde la detección hasta la determinación de qué interruptores abrir.
• Tiempo de Operación: Tiempo para que el interruptor pase de cerrado a abierto.
• Tiempo de Interrupción (Tint): Tiempo desde Tf hasta que se genere suficiente voltaje para oponerse a la corriente de falla.
• Tiempo de Conmutación (Tcom): Tiempo para que la corriente en la rama principal decaiga.
• Tiempo de Limpieza (Tclr): Tiempo desde Tf hasta que la corriente sea cero o se alcance Iknee.
• Tiempo de Operación de Limitación de Corriente (Tlim): Tiempo en que el interruptor comienza a limitar la corriente de falla.

Resumen

El Interruptor Híbrido Proactivo de Corriente Continua de Alta Tensión (PHCB), diseñado por ABB, combina interruptores mecánicos y semiconductores para proporcionar una protección contra fallas rápida, confiable y eficiente para sistemas de corriente continua de alta tensión. Las definiciones y marcos de tiempo para interruptores híbridos de corriente continua de alta tensión destacan los desafíos y requisitos únicos de la protección de corriente continua, enfatizando la necesidad de una operación rápida y precisa para garantizar la seguridad y estabilidad del sistema.