Limitador de corrent de fall i els seus tipus

Introducció al Limitador de Corrent de Defecte

En els darrers temps, amb la demanda creixent d'energia, el desenvolupament robust en la generació i transmissió d'electricitat ha guanyat una importància significativa i ha esdevingut una necessitat fonamental. No obstant això, en qualsevol sistema de generació d'electricitat, els circuits tancats representen un dels problemes més persistents i desafiant, i el seu impacte s'intensifica a mesura que l'escala de generació s'amplia. Els problemes causats per les corrents de defecte o de curtcircuït són multifacètics:

• Estress Tèrmic en l'Equipament: Es produeixen estressos tèrmics insuportables en l'equipament elèctric, que poden portar a l'usura prematura, danys i fins i tot fallades de components.

• Interferència Electrodinàmica: Una multitud de forces electrodinàmiques dins del circuit interrompen el funcionament normal dels instruments, afectant la seva precisió i fiabilitat.

• Limitacions Tecnològiques i Econòmiques: Per protegir el circuit de danys, són necessaris disjuntors més eficients. Aquesta demanda no només presenta obstacles tecnològics, sinó que també implica limitacions econòmiques significatives.

• Riscos de Seguretat: Les preocupacions de seguretat són entre les més urgents, ja que els circuits tancats suposen una amenaça directa a la vida del personal i a la integritat de l'infraestructura elèctrica.

• Complicacions Transitories de Voltatge: Els circuits tancats agraven el problema de les transicions de voltatge durant les operacions de commutació, fent-les més crítiques i difícils de gestionar.

Davant aquests reptes, el desenvolupament de sistemes més avançats i precisos per abordar els circuits tancats ha esdevingut imperatiu. Aquest article explorarà diverses aproximacions que s'han proposat i implementat per mitigar l'impacte de les corrents de defecte.

Aproximacions

Les següents són algunes de les mètodes que estan sent investigades activament o ja s'estan utilitzant en la pràctica, depenent de les seves característiques específiques i aplicacions:

• Reactor Limitador de Corrent (CLR): Ampla reconeguda per la seva efectivitat en limitar les corrents de defecte.

• Limitador de Corrent d'Estat Sòlid: Una tecnologia emergent que mostra gran promesa, però encara està en les primeres fases de recerca i desenvolupament.

• Limitadors de Corrent Superconductors: Aquests dispositius utilitzen les propietats úniques dels superconductors per limitar la corrent, i, com els limitadors d'estat sòlid, estan en les fases inicials de desenvolupament.

• Fusibles: Un mètode tradicional però fiable per protegir els circuits interrompent la corrent quan aquesta excedeix un cert llindar.

• Divisió de Barras en Subestacions: Un enfocament pràctic que ajuda a reduir les corrents de defecte alterant la configuració elèctrica de la subestació.

• Implementació de Transformadors d'Alta Impedància: Aquests transformadors es poden utilitzar per augmentar l'impedància al circuit, limitant així la magnitud de les corrents de defecte.

• Ús de Reactors Nuclears per Limitar la Corrent: Tot i ser un enfocament no convencional, la recerca ha explorat el potencial dels reactors nuclears per contribuir als mecanismes de limitació de corrent.

Entre aquestes tècniques, l'ús de dispositius d'estat sòlid i superconductors encara està en fase de desenvolupament. Quan s'implementa qualsevol sistema per abordar els problemes de curtcircuït, cal tenir en compte dos aspectes clau:

Estratègies per Mitigar les Corrents de Defecte en Subestacions i Xarxes de Distribució

Ubicació i Quantitat de Reactors Limitadors

Dos qüestions crucials en el camp de l'enginyeria elèctrica són la ubicació òptima dels reactors limitadors dins de les subestacions i la xarxa de distribució, així com determinar el nombre ideal d'aquests reactors necessaris per gestionar eficientment les corrents de defecte. Aquestes decisions requereixen un coneixement exhaustiu de les característiques del sistema elèctric, els requisits de càrrega i els escenaris de possibles defectes.

Reactor Limitador de Corrent (CLR)

El Reactor Limitador de Corrent és una de les solucions més cost-effective i pràctiques per a la gestió de les corrents de defecte. El seu impacte en la fiabilitat de les subestacions és mínim, cosa que el converteix en una opció favorable per a molts sistemes elèctrics. No obstant això, té certs inconvenients. L'hardware físic dels CLRs és típicament gran, ocupant espai significatiu dins de la subestació. A més, la presència de CLRs pot conduir a una degradació de la estabilitat del voltatge, que ha de ser monitoritzada i gestionada amb cura.

Limitador de Corrent de Defecte d'Estat Sòlid

Els Limitadors de Corrent de Defecte d'Estat Sòlid estan actualment en fase de recerca i desenvolupament. Ofereixen l'avantatge de ser relativament fàcils d'integrar en sistemes de distribució. No obstant això, el seu alt cost actua com un gran dissuasiu, impedint la seva implementació generalitzada a gran escala. Els investigadors treballen activament per reduir els costos i millorar el seu rendiment per fer-los més viables per a l'ús comercial.

Fusible

Els fusibles serveixen com dispositius d'interrupció de corrent altament efectius i eficients, fent-los adequats per a utilitzar-se com a limitadors de corrent. Són barats i fàcils d'instal·lar. No obstant això, la seva efectivitat està limitada per la seva capacitat nominal. Per exemple, els fusibles típics poden estar dissenyats per gestionar un màxim de 40 kV i 200 A de corrent, restringint la seva aplicació en escenaris de voltatge i corrent alts. Els fusibles d'Alta Capacitat de Ruptura (HRC) ofereixen un rendiment millorat, però encara tenen les seves pròpies limitacions.

Limitador de Corrent de Barra

Els interruptors de barra de coure es poden utilitzar com a limitadors de corrent de barra, però generalment es consideren una solució temporal o de resposta d'emergència. No estan dissenyats per ser una instal·lació permanent dins de la subestació degut a les seves característiques operatives i limitacions.

Aplicació de Reactors Neutres

Els reactors neutres presenten una altra opció viable per a la mitigació de les corrents de defecte, especialment quan es tracta de corrents a terra o de terra. El seu disseny i operació els fan particularment efectius en escenaris de defectes específics relacionats amb problemes elèctrics a terra.

Tipus i Característiques dels Reactors Limitadors de Corrent

El Reactor Limitador de Corrent és una solució ampliament implementada i es pot categoritzar en dos tipus principals:

Reactor Sec CLR

Els reactors secos CLR són reactores de nucli d'aire amb bobines de cobre. S'evita l'ús d'un nucli de ferro degut al risc de saturació, que pot comprometre el rendiment del reactor. Aquests reactors són adequats per a una varietat d'aplicacions on les condicions ambientals són relativament netes i seques.

Reactor d'Oil CLR

Els reactors d'oil CLR comparteixen moltes similituds amb els seus counterparts secs en termes de funcionalitat bàsica. No obstant això, el seu diferenciador principal resideix en el seu àmbit d'aplicació. Els reactors d'oil CLR estan específicament dissenyats per a utilitzar-se en entorns altament contaminats. L'oli utilitzat en aquests reactors té una constant dielèctrica més alta en comparació amb l'aire en els reactors secs, proporcionant aïllament i protecció millorats en condicions dures.

Especificacions Generals dels Reactors Limitadors de Corrent de Defecte

Freqüència i Voltatge: Aquests reactors estan dissenyats per funcionar dins d'un rang relativament estret de freqüències i voltatges. Les seves característiques de rendiment estan optimitzades per paràmetres específics del sistema elèctric.

Flexibilitat d'Instal·lació: Dependint dels requisits de l'aplicació, es poden instal·lar tant dins com fora. Aquesta flexibilitat permet una major adaptabilitat en diferents configuracions de subestacions i xarxes de distribució.

Capacitat de Curtcircuït: Estan enginyeritzats per gestionar les corrents de curtcircuït dels sistemes elèctrics en què s'integren, proporcionant capacitats efectives de limitació de corrent durant les condicions de defecte.

Estabilitat Transitoria i Reactors Limitadors de Corrent

L'estabilitat transitoria joca un paper pivotal en els sistemes d'electricitat alternada (AC). Es refereix a la capacitat de múltiples màquines síncrones dins d'un sistema d'electricitat per mantenir la sincronia després de l'ocurrència d'un defecte. Per exemple, en una xarxa d'electricitat amb nombrosos motors síncrons interconnectats, l'estabilitat transitoria determina si aquests motors poden continuar funcionant en harmonia després d'una pertorbació elèctrica súbita, com un curtcircuït. Els reactors limitadors de corrent poden influir significativament en l'estabilitat transitoria reduint la magnitud de les corrents de defecte, minimitzant així els estressos mecànics i elèctrics sobre les màquines síncrones i augmentant la possibilitat que el sistema mantingui l'estabilitat durant i després d'un esdeveniment de defecte.

Reactors Limitadors de Corrent Basats en Superconductors

Els Limitadors de Corrent de Defecte Superconductors (SFCLs) oferixen una solució altament pràctica per a millorar l'estabilitat transitoria dels sistemes d'electricitat, equilibrant tant consideracions tècniques com econòmiques. La propietat única dels superconductors, que exhibeixen una resistència extremadament no lineal, els converteix en candidats ideals per a utilitzar-se com a Limitadors de Corrent de Defecte (FCLs).

Un dels avantatges clau dels SFCLs resideix en la capacitat dels superconductors per augmentar ràpidament la seva resistència i passar de manera fluida d'un estat superconductor, on la resistència elèctrica és essencialment zero, a un estat conductor normal. Aquest canvi ràpid en la resistència permet que el SFCL respongui ràpidament a les corrents de defecte, limitant la seva magnitud i, així, protegint la integritat del sistema d'electricitat.

Per entendre millor el funcionament dels SFCLs, considerem l'exemple d'un motor connectat dins d'un sistema elèctric i la ubicació estratègica d'un limitador de corrent de defecte.

Optimització per Enjambre de Partícules

L'Optimització per Enjambre de Partícules (PSO) exhibeix notables paral·lels amb mètodes de computació evolutiva com els Algoritmes Genètics (GA). Inicialment, el PSO inicialitza una població de solucions candidates aleatories dins d'un espai de cerca. Aquestes solucions, sovint conceptualitzades com "partícules," naveguen a través de l'espai de cerca, actualitzant iterativament les seves posicions i velocitats. A través d'aquest procés dinàmic d'autoajustament i interacció amb les partícules veïnes, el sistema explora sistemàticament l'espai de solucions, convergint gradualment cap a solucions òptimes o quasi òptimes.