Ultra-ràpid limitador de corrent (FCL): Una solució revolucionària amb interrupció a nivell de mil·lisegons i avantatges econòmics

Resum: Reinterpretant la velocitat i l'economia en la protecció de circuits en curtcircuït

Aquesta solució es centra en un dispositiu limitador ultra-ràpid de corrents de curtcircuït, dissenyat per abordar fonamentalment el creixent repte de les corrents excessives de curtcircuït i assegurar la seguretat de les xarxes elèctriques i l'equipament.

1.1 Característiques bàsiques

Velocitat d'interrupció ultra-ràpida: Detecta errors i limita la corrent en 1 mil·lisegon, restringint eficacement la corrent de curtcircuït abans que arribi al seu píxel previst.
Capacitat d'interrupció elevada:

Adequat per a sistemes de 12kV/17.5kV: Capacitat màxima d'interrupció de 210kA (RMS).
Aplicable a sistemes de 24kV/36kV/40.5kV: Capacitat màxima d'interrupció de 140kA (RMS).

1.2 Avantatges bàsics

Eficiència econòmica: Funciona en paral·lel amb reactances limitadores de corrent per oferir la solució més rentable. Evita la substitució de panells sencers de commutadors o transformadors a causa de l'augment de les corrents de curtcircuït, reduint significativament la inversió en noves o actualitzades subestacions.
Compatibilitat ampla: Ideal per a la interconnexió de commutadors i subestacions; en molts escenaris (p. ex., operació en paral·lel de múltiples transformadors), és l'única solució tècnica factible.
Fiabilitat excepcional:

Més de 60 anys d'experiència operativa global (inventat el 1955), validat en milers de projectes al voltant del món.
Les estadístiques de gairebé 4.000 unitats mostren una freqüència mitjana d'operació només una vegada cada quatre anys, demostrant un rendiment estable i fiable.

Preguntes tècniques clau i respostes

No.	Pregunta clau	Resposta principal
1	Què és la corrent de curtcircuït màxima?	El valor instantani màxim durant el primer cicle després que es produeixi un error de curtcircuït, resultant de la superposició de components periòdiques i no periòdiques. Genera forces electromagnètiques enormes (prova de l'estabilitat dinàmica) i calor (prova de l'estabilitat tèrmica).
2	Per què limitar la corrent de curtcircuït màxima?	Les corrents màximes que superen els paràmetres de resistència dels equips poden enderrocar els commutadors, els interruptors, els transformadors de corrent i els connectors de cables a través de fortes forces electromagnètiques.
3	Com adaptar-se a l'operació en paral·lel de múltiples transformadors?	Per a commutadors amb una capacitat de resistència de 2Ik, en un sistema amb quatre transformadors (4Ik) en paral·lel, es pot aconseguir una adaptació perfecta instal·lant límits ràpids de corrent entre seccions de busos (p. ex., entre les seccions 1-2 i 3-4).
4	Quins són els criteris de dispar? Com evitar disparaments falsos?	L'unitat de control monitoritza simultàniament la corrent instantània (I) i la velocitat de creixement de la corrent (di/dt). Es provoca un dispar només quan ambdós superen els llindars establerts. Aquest doble criteri assegura que només es interrompen les corrents de curtcircuït perilloses, mentre que els errors generals són gestionats pels interruptors de circuit a aval.
5	Com mantenir després de l'operació?	El component operatiu central (pont conductiu) té un disseny modular i es pot retornar per a reparar. Només cal substituir el nucli conductor intern, el reompliment inductiu i els fusibles paral·lels; altres components són reutilitzables, assegurant uns costos de manteniment molt baixos.

Funcions i valor nuclears

3.1 Funció nuclear

Detecta i limita els errors durant la fase inicial ascendent de la corrent de curtcircuït (en 1 ms), prevenint eficacement el daño a l'equipament elèctric degut a una insuficiència d'estabilitat dinàmica i tèrmica. Compensa perfectament les limitacions inherents als interruptors de circuit tradicionals - "lents per actuar i incapaces de suprimir el píxel de la primera meitat d'ona de corrent."

3.2 Avantatges comparatius

Objecte de comparació	Detalls de l'avantatge
Interruptors de circuit tradicionals	Els interruptors triguin dezenas de mil·lisegons per interrompre, sense poder evitar l'impacte de la primera corrent màxima. Aquest limitador respon en 1 ms, restringint la corrent real de curtcircuït a un nivell inferior.
Reactances limitadores de corrent	Evita la caiguda de tensió, les pèrdues activa (pèrdues de cobre) i reactiva associades a reactances en funcionament continu. També elimina la necessitat de tractar problemes de regulació del generador causats per la integració de reactances.

3.3 Escenaris aplicables

Centrals elèctriques
Subestacions de grans xarxes industrials
Circuits/escenaris clau específics: circuits d'alimentació de transformadors/generadors, seccions de busos, aplicacions de bypass de reactances, i punts d'interconnexió entre xarxes i fonts d'energia captives.

Estructura i disseny

4.1 Composició general

El limitador ràpid de corrent de sistema AC trifàsic consta de:

3 bases de ponts conductius
3 ponts conductius
3 transformadors de corrent compatibles
1 unitat de control

4.2 Detalls dels components clau

Nom del component	Composició / característiques	Paràmetres / regles claus
Base del pont conductiu	Inclou placa de muntatge, aïllants, transformador d'impuls i connectores amb couplings ràpids	- Corrent nominal ≥2500A i tensió 12/17.5kV: connexions amb bolts. - Transformador d'impuls: ≤17.5kV (instal·lat només a la part inferior); ≥24kV (instal·lat a la part superior i inferior per a una aïllament fiable).
Pont conductiu	Nucli conductor i reompliment inductiu encapsulats en una capsa aïlladora	Al dispar, el reompliment inductiu s'activa, fent que el nucli conductor es trenci ràpidament al seu tall predefinit; la corrent es transferix llavors al fusible paral·lel.
Transformador de corrent compatible	Tipus de bossa o bloc, connectat en sèrie al circuit principal	Caracteritza un nucli amb gap (factor d'excès de corrent alt, remanència baixa) i bobines primàries/secundàries blindades (baixa impedància) per assegurar la precisió i velocitat de mesura.
Unitat de control	Inclou alimentació, control, indicació i unitats anti-interferència	- Dimensions: 600mm (W) × 1450mm (H) × 300mm (D); pes: 100kg. - Unitat d'indicació: 5 relés de bandera (indicació de dispar de tres fases + monitorització de preparació + monitorització d'alimentació).

Principi de funcionament: Assolint la limitació de corrent en 1 ms

5.1 Composició nuclear

El dispositiu és essencialment una combinació paral·lela intel·ligent de dos components:

"Interruptor extremadament ràpid (pont conductiu)": Porta la corrent nominal durant l'operació normal i s'obre instantàniament durant els errors.
"Fusible d'alta capacitat d'interrupció": Interromp finalment la corrent alta després que l'interruptor s'obre.

5.2 Seqüència d'operació

Detecció: Els transformadors de corrent compatibles (CTs) recullen continuament senyals de corrent; l'unitat de control calcula la corrent instantània (I) i la velocitat de creixement de la corrent (di/dt).
Judici: Quan tant I com di/dt superen els valors establerts, l'unitat de control emet immediatament una ordre de dispar (judici i dispar independent de tres fases).
Interrupció: El capacitor de dispar descarrega al transformador d'impuls, activant el reompliment inductiu al pont conductiu. Això genera gas de pressió alta, fent que el nucli conductor es trenci al seu tall predefinit en 1 ms.
Limitació de corrent: La resistència de l'arc augmenta ràpidament, transferint la corrent al fusible paral·lel. El fusible comença a limitar en 0.5 ms i extingeix completament l'arc al zero de corrent següent, netejant l'error.

5.3 Unitats auxiliars

Unitat d'alimentació: Proveeix 150V DC per carregar el capacitor de dispar i alimentar els components electrònics. Inclou un circuit watchdog per monitoritzar la salut del sistema.
Unitat anti-interferència: Totes les branques externes passen per aquesta unitat, proporcionant una protecció efectiva contra la interferència electromagnètica externa i prevenint operacions falses.

Posada en servei i proves

6.1 Requisits de prova

Es requereixen proves funcionals regulars, que poden ser executades pels usuaris o enginyers de servei d'ABB.

6.2 Equipament dedicat

Simulador: Substitueix temporalment el pont conductiu durant les proves. La seva llamp neon interna es llumineix quan rep un impuls de dispar, indicant un funcionament correcte.
Connectador de prova & instrument de prova: Utilitzat per comprovar la tensió de sortida de dispar i la funcionalitat general. Caracteritza una interfície amiga de l'usuari i una operació fàcil (dimensions: 400×215×320mm; pes: 11kg).

Àmbit de subministrament i paràmetres

7.1 Models de subministrament

Tipus de model	Escenaris aplicables	Configuració nuclear
Components discrets	Per a instal·lació en commutadors existents	3 bases + 3 ponts conductius + 3 CTs + 1 unitat de control
Armari extraïble	Per a commutadors metàl·lics	Ponts conductius muntats en carrets extraïbles (amb funció de commutador d'aïllament); CTs fixos; unitat de control instal·lada en el compartiment de baixa tensió
Armari fix	- Per a sistemes de 12/17.5/24kV - Obligatori per a sistemes de 36/40.5kV	Tots els components fixos dins de l'armari. Per a sistemes de 36/40.5kV, l'unitat de control sovint s'instal·la en una caixa de control separada.

7.2 Paràmetres tècnics clau (Exemple: Components discrets)

Nota: º indica que es requereix refredament d'aire forçat; compatible amb freqüències de 50/60Hz.

Paràmetre tècnic	Unitat	12kV	17.5kV	24kV	36/40.5kV
Tensió nominal	V	12000	17500	24000	36000/40500
Corrent nominal	A	1250-5000º	1250-4000º	2500-4000º	1250-3000º
Corrent màxima d'interrupció de curtcircuït (màx.)	kA RMS	210	210	210	140

Escenaris d'aplicació típics

Escenari d'aplicació	Problema nuclear	Valor de la solució
Operació de sistema en paral·lel	La corrent de curtcircuït de múltiples transformadors en paral·lel supera les especificacions dels commutadors	1. Permet reduir la impedància del sistema, minimitzant la caiguda de tensió. 2. Optimitza la distribució de càrrega dels transformadors, reduint les pèrdues. 3. Permet la transferència de càrrega sense interrupció durant els errors, millorant la fiabilitat de l'abastament.
Interconnexió de xarxa i energia captive	L'operació del generador captive causa una corrent de curtcircuït excessiva al punt de couplament comú	L'única solució raonable. Pot estar equipat amb dispar direccional (requereix un CT al neutre del generador) per assegurar l'operació només per errors de banda de xarxa.
Bypass de reactances limitadors de corrent	Els reactances en funcionament continu causen pèrdues i caiguda de tensió	Bypassa els reactances durant l'operació normal (zero pèrdues, zero caiguda de tensió); interromp ràpidament durant els curtcircuïts, desviat la corrent al reactor per limitar-la.
Aplicació selectiva de múltiples unitats	Requeriment d'operació selectiva quan es tenen múltiples limitadors instal·lats en busos de múltiples seccions	Utilitza el criteri de "suma vectorial de corrents" per assegurar que només opera el limitador més proper a l'error. Suporta fins a 5 transformadors en paral·lel (utilitzant 4 limitadors).