Limitatore di Corrente Ultra-Rapido (FCL): Una Soluzione Rivoluzionaria con Interruzione a Livello Millisecondi e Benefici Economici

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Panoramica: Riformulare Velocità ed Economia nella Protezione dei Cortocircuiti

Questa soluzione si concentra su un dispositivo limitatore di corrente di cortocircuito ultra-veloce, progettato per affrontare in modo fondamentale la crescente sfida delle correnti di cortocircuito eccessive e garantire la sicurezza delle reti elettriche e dell'equipaggiamento.

1.1 Caratteristiche Principali

Velocità di Interruzione Ultra-Rapida: Rileva i guasti e limita la corrente entro 1 millisecondo, restringendo efficacemente la corrente di cortocircuito prima che raggiunga il suo picco previsto.
Alta Capacità di Interruzione:

Adatto per sistemi 12kV/17.5kV: Capacità massima di interruzione di 210kA (RMS).
Applicabile a sistemi 24kV/36kV/40.5kV: Capacità massima di interruzione di 140kA (RMS).

1.2 Vantaggi Principali

Efficacia Economica: Opera in parallelo con reattori limitatori di corrente per offrire la soluzione di limitazione più conveniente. Evita la sostituzione di interi pannelli di interruttori o trasformatori a causa dell'aumento delle correnti di cortocircuito, riducendo significativamente l'investimento in nuove o aggiornate sottostazioni.
Ampia Compatibilità: Ideale per l'interconnessione di apparecchiature e sottostazioni; in molte situazioni (ad esempio, operazione parallela di più trasformatori), è l'unica soluzione tecnica fattibile.
Affidabilità Eccezionale:

Over 60 anni di esperienza operativa globale (inventato nel 1955), validata in migliaia di progetti in tutto il mondo.
Le statistiche da quasi 4.000 unità mostrano una frequenza media di funzionamento solo una volta ogni quattro anni, dimostrando prestazioni stabili e affidabili.

Domande e Risposte Tecniche Chiave

No.	Domanda Chiave	Risposta Chiave
1	Cos'è la corrente di cortocircuito al picco?	Il valore istantaneo massimo durante il primo ciclo dopo l'occasione di un guasto di cortocircuito, risultante dalla sovrapposizione di componenti periodici e non periodici. Genera forze elettromagnetiche enormi (test di stabilità dinamica) e calore (test di stabilità termica).
2	Perché limitare la corrente di cortocircuito al picco?	Correnti al picco superiori ai parametri di resistenza nominali dell'equipaggiamento possono danneggiare apparati di comando, interruttori, trasformatori di corrente e connettori di cavo attraverso forti forze elettromagnetiche.
3	Come adattarsi all'operazione parallela di più trasformatori?	Per apparecchiature con capacità di resistenza di 2Ik, in un sistema con quattro trasformatori (4Ik) in parallelo, può essere ottenuta una perfetta adattabilità installando limitatori di corrente veloci tra le sezioni di bus (ad esempio, tra le sezioni 1-2 e 3-4).
4	Quali sono i criteri di scatto? Come evitare scatti falsi?	L'unità di controllo monitora simultaneamente la corrente istantanea (I) e il tasso di aumento della corrente (di/dt). Lo scatto viene attivato solo quando entrambi superano le soglie impostate. Questo doppio criterio assicura che solo le correnti di cortocircuito pericolose vengano interrotte, mentre i guasti generali vengono gestiti dagli interruttori a valle.
5	Come mantenere dopo l'operazione?	Il componente operativo principale (ponte conduttivo) presenta un design modulare e può essere restituito per la riparazione. Solo il nucleo conduttivo interno, il riempimento induttivo e i fusibili paralleli necessitano di sostituzione; gli altri componenti sono riutilizzabili, garantendo costi di manutenzione molto bassi.

Funzioni e Valore Principali

3.1 Funzione Principale

Rileva e limita i guasti durante la fase iniziale di aumento della corrente di cortocircuito (entro 1 ms), prevenendo efficacemente danni all'equipaggiamento elettrico a causa di insufficienza di stabilità dinamica e termica. Compensa perfettamente le limitazioni intrinseche degli interruttori tradizionali - "lenti nell'agire e incapaci di sopprimere il picco della prima semionda di corrente".

3.2 Vantaggi Comparativi

Oggetto di Confronto	Dettagli dei Vantaggi
Interruttori Tradizionali	Gli interruttori impiegano decine di millisecondi per interrompere, incapaci di evitare l'impatto del primo picco di corrente. Questo limitatore risponde entro 1 ms, restringendo la corrente di cortocircuito effettiva a un livello inferiore.
Reattori Limitatori di Corrente	Evita il calo di tensione, le perdite attive (perdite di rame) e reattive associate ai reattori in funzione continua. Elimina anche la necessità di affrontare problemi di regolazione del generatore causati dall'integrazione dei reattori.

3.3 Scenari Applicativi

Centrali elettriche
Sottostazioni di grandi reti industriali
Specifici circuiti/scenari chiave: circuiti di alimentazione dei trasformatori/generatori, sezioni di collegamento tra bus, applicazioni di bypass dei reattori e punti di interconnessione tra reti e fonti di energia captive.

Struttura e Progettazione

4.1 Composizione Generale

Il limitatore di corrente rapido per sistemi trifasi AC è composto da:

3 basi di ponte conduttivo
3 ponti conduttivi
3 trasformatori di corrente abbinati
1 unità di controllo

4.2 Dettagli sui Componenti Chiave

Nome del Componente	Composizione / Caratteristiche	Parametri Chiave / Regole
Basi del Ponte Conduttivo	Includono piastra di montaggio, isolatori, trasformatore a impulsi e connettori con accoppiamenti rapidi	- Corrente nominale ≥2500A e tensione 12/17.5kV: connessioni a vite. - Trasformatore a impulsi: ≤17.5kV (installato solo in basso); ≥24kV (installato sia in alto che in basso per un'isolamento affidabile).
Ponte Conduttivo	Nucleo conduttivo e riempimento induttivo incapsulati in una copertura isolante	Alla commutazione, il riempimento induttivo viene attivato, spingendo il nucleo conduttivo a rompersi rapidamente nel punto preciso; la corrente si trasferisce quindi al fusibile parallelo.
Trasformatore di Corrente Abbinato	Tipo bushing o blocco, in serie nel circuito principale	Caratterizzato da un nucleo a fessura (fattore di sovratensione elevato, rimanenza bassa) e avvolgimenti primario/secondario schermati (impedenza bassa) per garantire precisione e velocità di misurazione.
Unità di Controllo	Includono alimentazione, controllo, indicazione e unità anti-interferenze	- Dimensioni: 600mm (L) × 1450mm (A) × 300mm (P); peso: 100kg. - Unità di indicazione: 5 relè a bandiera (indicazione di scatto trifase + monitoraggio di prontezza + monitoraggio dell'alimentazione).

Principio di Funzionamento: Realizzazione del Limite di Corrente in 1 ms

5.1 Composizione Principale

Il dispositivo è essenzialmente una combinazione intelligente in parallelo di due componenti:

"Interruttore estremamente veloce (ponte conduttivo)": porta la corrente nominale durante l'operazione normale e si apre istantaneamente in caso di guasto.
"Fusibile ad alta capacità di interruzione": interrompe definitivamente la corrente elevata dopo l'apertura dell'interruttore.

5.2 Sequenza di Operazione

Rilevamento: i trasformatori di corrente abbinati (CT) raccolgono continuamente i segnali di corrente; l'unità di controllo calcola la corrente istantanea (I) e il tasso di aumento della corrente (di/dt).
Valutazione: quando sia I che di/dt superano i valori impostati, l'unità di controllo emette immediatamente un comando di scatto (valutazione e scatto indipendenti trifase).
Interruzione: il condensatore di scatto scarica nel trasformatore a impulsi, attivando il riempimento induttivo nel ponte conduttivo. Questo genera gas ad alta pressione, causando la rottura del nucleo conduttivo nel punto preciso entro 1 ms.
Limitazione della Corrente: la resistenza all'arco aumenta rapidamente, trasferendo la corrente al fusibile parallelo. Il fusibile inizia a limitare entro 0.5 ms ed estingue completamente l'arco alla successiva zero di corrente, eliminando il guasto.

5.3 Unità Ausiliarie

Unità di Alimentazione: fornisce 150V DC per caricare il condensatore di scatto e alimentare i componenti elettronici. Include un circuito watchdog per monitorare la salute del sistema.
Unità Anti-Interferenze: tutti i cavi esterni passano attraverso questa unità, fornendo una protezione efficace contro le interferenze elettromagnetiche esterne e prevenendo operazioni errate.

Messa in Servizio e Test

6.1 Requisiti di Test

È richiesto un test funzionale regolare, che può essere eseguito dagli utenti o dagli ingegneri di servizio ABB.

6.2 Equipaggiamento Dedotto

Simulatore: sostituisce temporaneamente il ponte conduttivo durante i test. La sua lampada neon interna si illumina ricevendo un impulso di scatto, indicando il corretto funzionamento.
Spina di Test e Strumento di Test: utilizzato per controllare la tensione di uscita di scatto e la funzionalità complessiva. Caratterizzato da un'interfaccia utente amichevole e facile da utilizzare (dimensioni: 400×215×320mm; peso: 11kg).

Gamma di Fornitura e Parametri

7.1 Modelli di Fornitura

Tipo di Modello	Scenari Applicativi	Configurazione Principale
Componenti Discreti	Per l'installazione in apparecchiature esistenti	3 basi + 3 ponti conduttivi + 3 CT + 1 unità di controllo
Armadio Estrattile	Per apparecchiature metalliche chiusi	Ponti conduttivi montati su carrelli estrattili (con funzione di interruttore isolante); CT fissi; unità di controllo installata nel compartimento a bassa tensione
Armadio Fisso	- Per sistemi 12/17.5/24kV - Obbligatorio per sistemi 36/40.5kV	Tutti i componenti fissi all'interno dell'armadio. Per sistemi 36/40.5kV, l'unità di controllo è spesso installata in una scatola di controllo separata.

7.2 Parametri Tecnici Chiave (Esempio: Componenti Discreti)

Note: ¹ indica che è richiesta la refrigerazione forzata dell'aria; compatibile con frequenze 50/60Hz.

Parametro Tecnico	Unità	12kV	17.5kV	24kV	36/40.5kV
Tensione Nominale	V	12000	17500	24000	36000/40500
Corrente Nominale	A	1250-5000¹	1250-4000¹	2500-4000¹	1250-3000¹
Corrente Massima di Interruzione a Cortocircuito (Max.)	kA RMS	210	210	210	140

Scenari Applicativi Tipici

Scenario Applicativo	Problema Principale	Valore della Soluzione
Operazione del Sistema Parallelo	La corrente di cortocircuito da più trasformatori in parallelo supera le specifiche degli apparati di comando	1. Consente di ridurre l'impedenza del sistema, minimizzando il calo di tensione. 2. Ottimizza la distribuzione del carico sui trasformatori, riducendo le perdite. 3. Permette il trasferimento del carico senza interruzioni durante i guasti, migliorando l'affidabilità dell'approvvigionamento.
Interconnessione Rete-Energia Captiva	L'operazione del generatore captive causa una corrente di cortocircuito eccessiva al punto di accoppiamento comune	L'unica soluzione razionale. Può essere dotato di scatto direzionale (richiede un CT sul neutro del generatore) per assicurare l'operazione solo per i guasti sul lato della rete.
Bypass dei Reattori Limitatori di Corrente	I reattori in funzione continua causano perdite e calo di tensione	Bypassa i reattori durante l'operazione normale (zero perdite, zero calo di tensione); interrompe rapidamente durante i cortocircuiti, deviando la corrente al reattore per la limitazione.
Applicazione Selettiva di Più Unità	È richiesta un'operazione selettiva quando sono installati più limitatori su bus multi-sezione	Utilizza il criterio "somma vettoriale di corrente" per assicurare che solo il limitatore più vicino al guasto operi. Supporta fino a 5 trasformatori in parallelo (utilizzando 4 limitatori).