Ultra-Fast Current Limiter (FCL): Una Solución Revolucionaria con Interrupción a Nivel de Milisegundos y Beneficios Económicos

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Visión general: Redefiniendo la velocidad y la economía en la protección contra cortocircuitos

Esta solución se centra en un dispositivo de limitación de corriente de cortocircuito ultra-rápido, diseñado para abordar fundamentalmente el creciente desafío de las corrientes de cortocircuito excesivas y garantizar la seguridad de las redes eléctricas y equipos.

1.1 Características principales

Velocidad de interrupción ultra-rápida: Detecta fallos y limita la corriente en 1 milisegundo, restringiendo eficazmente la corriente de cortocircuito antes de que alcance su pico potencial.
Alta capacidad de interrupción:

Adecuado para sistemas de 12kV/17.5kV: Capacidad máxima de interrupción de 210kA (RMS).
Adecuado para sistemas de 24kV/36kV/40.5kV: Capacidad máxima de interrupción de 140kA (RMS).

1.2 Ventajas principales

Eficiencia económica: Funciona en paralelo con reactancias limitadoras de corriente para ofrecer la solución de limitación más rentable. Evita la necesidad de reemplazar paneles completos de interruptores o transformadores debido a corrientes de cortocircuito aumentadas, reduciendo significativamente la inversión en nuevas o actualizadas subestaciones.
Amplia compatibilidad: Ideal para la interconexión de equipos de distribución y subestaciones; en muchos escenarios (por ejemplo, operación en paralelo de múltiples transformadores), es la única solución técnica factible.
Fiabilidad excepcional:

Más de 60 años de experiencia operativa global (inventado en 1955), validado en miles de proyectos en todo el mundo.
Las estadísticas de casi 4000 unidades muestran una frecuencia media de operación de solo una vez cada cuatro años, demostrando un rendimiento estable y fiable.

Preguntas técnicas clave

No.	Pregunta clave	Respuesta principal
1	¿Qué es la corriente de cortocircuito pico?	El valor instantáneo máximo durante el primer ciclo después de que ocurra un fallo de cortocircuito, resultante de la superposición de componentes periódicos y no periódicos. Genera enormes fuerzas electromagnéticas (prueba de estabilidad dinámica) y calor (prueba de estabilidad térmica).
2	¿Por qué limitar la corriente de cortocircuito pico?	Las corrientes pico que superan los parámetros de resistencia nominal del equipo pueden dañar interruptores, circuit breakers, transformadores de corriente y conectores de cables a través de fuertes fuerzas electromagnéticas.
3	¿Cómo adaptarse a la operación en paralelo de múltiples transformadores?	Para equipos de distribución con una capacidad de soporte de 2Ik, en un sistema con cuatro transformadores (4Ik) en paralelo, se puede lograr una adaptación perfecta instalando limitadores de corriente rápida entre secciones de barras (por ejemplo, entre las secciones 1-2 y 3-4).
4	¿Cuáles son los criterios de disparo? ¿Cómo evitar falsos disparos?	La unidad de control monitorea simultáneamente la corriente instantánea (I) y la tasa de aumento de corriente (di/dt). Se produce un disparo solo cuando ambos superan los umbrales establecidos. Este doble criterio asegura que solo se interrumpan las corrientes de cortocircuito peligrosas, mientras que los fallos generales se manejan mediante los circuit breakers downstream.
5	¿Cómo mantener después de la operación?	El componente operativo central (puente conductor) tiene un diseño modular y puede ser devuelto para reparación. Solo se necesita reemplazar el núcleo conductor interno, el relleno inductivo y los fusibles en paralelo; otros componentes son reutilizables, lo que garantiza costos de mantenimiento muy bajos.

Funciones y valor principales

3.1 Función principal

Detecta y limita fallos durante la fase inicial de aumento de la corriente de cortocircuito (dentro de 1ms), evitando eficazmente daños en el equipo de potencia debido a la insuficiente estabilidad dinámica y térmica. Compensa perfectamente las limitaciones inherentes de los interruptores tradicionales: "lentos para actuar y no capaces de suprimir el pico de corriente de la primera mitad de onda."

3.2 Ventajas comparativas

Objeto de comparación	Detalles de ventaja
Interruptores tradicionales	Los interruptores tardan decenas de milisegundos en interrumpir, incapaces de evitar el impacto de la primera corriente pico. Este limitador responde en 1ms, restringiendo la corriente de cortocircuito pico real a un nivel inferior.
Reactancias limitadoras de corriente	Evita la caída de tensión, pérdidas activas (pérdidas de cobre) y reactivas asociadas con las reactancias en operación continua. También elimina la necesidad de abordar problemas de regulación del generador causados por la integración de reactancias.

3.3 Escenarios aplicables

Centrales eléctricas
Subestaciones de grandes redes industriales
Circuitos/escenarios clave específicos: Circuitos alimentadores de transformadores/generadores, secciones de interconexión de barras, aplicaciones de bypass de reactancias y puntos de interconexión entre redes y fuentes de energía captiva.

Estructura y diseño

4.1 Composición general

El limitador de corriente rápida de sistema trifásico AC consta de:

3 bases de puente conductor
3 puentes conductores
3 transformadores de corriente de emparejamiento
1 unidad de control

4.2 Detalles de componentes clave

Nombre del componente	Composición / características	Parámetros / reglas clave
Base de puente conductor	Incluye placa de montaje, aisladores, transformador de pulso y conectores con acoplamientos rápidos	- Corriente nominal ≥2500A y tensión 12/17.5kV: Conexiones atornilladas. - Transformador de pulso: ≤17.5kV (instalado solo en la parte inferior); ≥24kV (instalado en la parte superior e inferior para aislamiento confiable).
Puente conductor	Núcleo conductor y relleno inductivo encapsulados en una cubierta aislante	Al producirse el disparo, el relleno inductivo se activa, impulsando al núcleo conductor a romperse rápidamente en su corte previo; la corriente luego se transfiere al fusible en paralelo.
Transformador de corriente de emparejamiento	Tipo de bocina o bloque, conectado en serie en el circuito principal	Caracterizado por un núcleo con hueco (factor de sobrecorriente alto, remanencia baja) y bobinados primario/secundario blindados (impedancia baja) para garantizar precisión y rapidez de medición.
Unidad de control	Incluye suministro de energía, control, indicación y unidades anti-interferencia	- Dimensiones: 600mm (Ancho) × 1450mm (Alto) × 300mm (Profundo); peso: 100kg. - Unidad de indicación: 5 relés de bandera (indicación de disparo trifásico + monitoreo de preparación + monitoreo de suministro de energía).

Principio de funcionamiento: Logrando la limitación de corriente en 1ms

5.1 Composición principal

El dispositivo es esencialmente una combinación paralela inteligente de dos componentes:

"Interruptor extremadamente rápido (puente conductor)": Lleva la corriente nominal durante la operación normal y se abre instantáneamente durante los fallos.
"Fusible de alta capacidad de interrupción": Finalmente interrumpe la corriente alta después de que el interruptor se abra.

5.2 Secuencia de operación

Detección: Los transformadores de corriente de emparejamiento (TCs) recopilan continuamente señales de corriente; la unidad de control calcula la corriente instantánea (I) y la tasa de aumento de corriente (di/dt).
Juicio: Cuando tanto I como di/dt superan los valores establecidos, la unidad de control emite inmediatamente un comando de disparo (juicio y disparo independientes trifásicos).
Interrupción: El condensador de disparo descarga en el transformador de pulso, activando el relleno inductivo en el puente conductor. Esto genera gas de alta presión, causando la ruptura del núcleo conductor en su corte previo dentro de 1ms.
Limitación de corriente: La resistencia del arco aumenta rápidamente, transfiriendo la corriente al fusible en paralelo. El fusible comienza a limitar dentro de 0.5ms y extingue el arco completamente en el próximo cero de corriente, eliminando el fallo.

5.3 Unidades auxiliares

Unidad de energía: Proporciona 150V DC para cargar el condensador de disparo y alimentar los componentes electrónicos. Incluye un circuito watchdog para monitorear la salud del sistema.
Unidad anti-interferencia: Todo el cableado externo pasa a través de esta unidad, proporcionando protección efectiva contra la interferencia electromagnética externa y previniendo operaciones falsas.

Puesta en marcha y pruebas

6.1 Requisitos de prueba

Se requiere una prueba funcional regular, que puede ser ejecutada por usuarios o ingenieros de servicio de ABB.

6.2 Equipamiento dedicado

Simulador: Sustituye temporalmente al puente conductor durante las pruebas. Su lámpara de neón incorporada se enciende al recibir un pulso de disparo, indicando un funcionamiento correcto.
Conector de prueba e instrumento de prueba: Utilizado para verificar el voltaje de salida de disparo y la funcionalidad general. Cuenta con una interfaz amigable y fácil de usar (dimensiones: 400×215×320mm; peso: 11kg).

Ámbito de suministro y parámetros

7.1 Modelos de suministro

Tipo de modelo	Escenarios aplicables	Configuración principal
Componentes discretos	Para instalación en equipos de distribución existentes	3 bases + 3 puentes conductores + 3 TCs + 1 unidad de control
Gabinete extraíble	Para equipos de distribución metálicos	Puentes conductores montados en carros extraíbles (con función de interruptor de aislamiento); TCs fijos; unidad de control instalada en el compartimento de baja tensión
Gabinete fijo	- Para sistemas de 12/17.5/24kV - Obligatorio para sistemas de 36/40.5kV	Todos los componentes fijos dentro del gabinete. Para sistemas de 36/40.5kV, la unidad de control a menudo se instala en una caja de control separada.

7.2 Parámetros técnicos clave (Ejemplo: Componentes discretos)

Nota: ¹ indica que se requiere enfriamiento forzado por aire; compatible con frecuencias de 50/60Hz.

Parámetro técnico	Unidad	12kV	17.5kV	24kV	36/40.5kV
Tensión nominal	V	12000	17500	24000	36000/40500
Corriente nominal	A	1250-5000¹	1250-4000¹	2500-4000¹	1250-3000¹
Corriente de cortocircuito nominal de interrupción (máx.)	kA RMS	210	210	210	140

Escenarios de aplicación típicos

Escenario de aplicación	Problema principal	Valor de la solución
Operación en sistema paralelo	La corriente de cortocircuito de múltiples transformadores en paralelo supera las calificaciones de los equipos de distribución	1. Permite reducir la impedancia del sistema, minimizando la caída de tensión. 2. Optimiza la distribución de carga de los transformadores, reduciendo las pérdidas. 3. Permite la transferencia de carga sin interrupción durante los fallos, mejorando la fiabilidad del suministro.
Interconexión de red-energía captiva	La operación del generador captivo causa una corriente de cortocircuito excesiva en el punto de acoplamiento común	La única solución razonable. Puede estar equipada con disparo direccional (requiere TC en el neutro del generador) para asegurar la operación solo para fallos del lado de la red.
Bypass de reactancias limitadoras de corriente	Las reactancias en operación continua causan pérdidas y caída de tensión	Bypassea las reactancias durante la operación normal (sin pérdidas, sin caída de tensión); interrumpe rápidamente durante los cortocircuitos, desviando la corriente a la reactancia para limitar.
Aplicación selectiva de múltiples unidades	Se requiere operación selectiva cuando se instalan múltiples limitadores en barras multi-seccionadas	Utiliza el criterio de "suma vectorial de corrientes" para asegurar que solo opere el limitador más cercano al fallo. Soporta hasta 5 transformadores en paralelo (usando 4 limitadores).