Kurtxate-beroteko korronte-murrizketa sistema elektrikoetan eta Kurtxate-korronte-murrizle (FCL) aplikazioa

0 Sarrera​
Energia sistemaren garapena eta kargu-eskaeran handitzearekin, handiak diren eragileen eta substazio-gailuen integrazioa—bereziki, kargu-zentroetan dagoen handiak diren eragileren agerpena eta handiak diren energia sistemeen interkonexioa—osasuntsuan hasi da short-circuit currenten maila handitu. Ez bada inolako murrizketa- neurriak hartzen, tendentzia hau ez du bakarrik subestazio berrien gailueko investimentua askatu handituko, baizik eta subestazio lehengoko instalazioen komunikazio-lineak eta kanalizazio-sistemei oso eraso izango dio, bai beharrezko zergarako berreskuratzea eta hobekuntza eskatuz.

Sistemaaren garapenen aurreratuan, sistema-kapazitatea txikiagoa eta short-circuit currenten maila baxua denean, short-circuit currenten handitzea ordezkaritza-gailuekin konpontzen da—beste subestazio-gailu batzuek, horrela, margina osagarria duten. Hala ere, sistema-energiaren kapazitatea handia eta short-circuit currenten maila altua denean, sistema-interkonexio edo kapazitate-hobekuntza gehigarriak emanda, oraindik ordezkaritza-gailuak aldatzea ez da nahiko. Subestazio lehenespenez, ordezkaritza-gailuak aldatu behar dira, baina gehiago, transformator nagusiak, isolaritza-gailuak, instrumentazio-transformatorrek, busbarrek, insulatorek, egitura eta oinarriak, eta lurreko sistemei egin behar zaie hobekuntza edo ordezkaritza. Gainera, komunikazio-lineak babesatzeko edo, kasu batzuetan, kanpoan jarraitako komunikazio-kableetara aldatu beharko lirateke.

Anitzko faktoreengatik, 220kV-retean sartuta dauden handiak diren eragile berriak eta eragileren integraketa jarraituz, short-circuit currenten maila askoz ere azkar handitu da. Askotan, 220kV-ko ordezkaritza-gailuak—edo beste subestazio osoak—ez dute jasangarritasun eta dinamikotasun estaltasuna short-circuit currenten maila handiagorako, teknika eta ekonomikoki arazo serioak sortuz. Beraz, short-circuit currenten murrizketa-ikerkuntza urgendian dago.

​1 Tradizionalen Murrizketa-Neurriak eta Haien Murrizketak​
Short-circuit currenten murrizketa sistema-egiturari, funtzionamenduari eta gailuei lotuta azter daiteke. Neurri tradizional hauek daude, baina bakoitzak murrizketak ditu:

• ​a. Sarea Egitura Aldaketak​
  Hautagaiak dira tensio-altuagoen sarea garatzea, tensio-baxuko sarreren busbarren zatiketa, eta sarea zatitzea.
• Tensio-altuagoen sarea garatzea: Investimentu handiak eskatzen ditu eta ingurumen-arrazoien derrigor ditu.
• Tensio-baxuko sarreren zatiketa/zatitzea: Elikagaitasunez exekutatzen da eta murrizketa-efektu handiak ditu, baina sistema-segurtasun-margina murrizten ditu eta funtzionamendu-flanketsua murriztu dezake, kasu zehatzetan bakarrik aplikagarria izan daitekeela.
• ​b. DC Interkonexio Teknologia​
  DC interkonexioak short-circuit currenten murrizketa handiak egin ditzake, baina bi amaieran dauden konbertsore-sarrerako investimentua oso handia da. Bertsio laburra eta potentzia-trukaketa txikiak dituzten interkonexioetan, soluzio hau ekonomikoki ez da zailgarri.
• ​c. Impedantzua Altua Dituzten Transformadoreak​
  Impedantzua altua dituzten transformadoreak erabiltzea, tensio-baxuko aldean short-circuit currenten murrizketa egiteko neurri arrunta da. Hala ere, transformadore hauek balio orokorrean galera handiagoa erakusten dute, sistema-economia eragiten duelako.
• ​d. Serieko Reaktoreak​
  Serieko reaktoreak, eginbideko teknologi madura eta murrizketa-efektu argiak dituzten, jadanik erabili ari dira laguntza-sistemetan eta 10–35kVko subestazioetan. Hala ere, ultra-tension altuagoen sistemetan erabiliz, sareko galera handitzen ditu eta sistema-stabilitatea murrizten du, erabilgarritasuna murriztuz.
• ​e. Gailu-kapazitate Hobekuntza eta Berreskuratzea​
  Ordezkaritza-gailuak aldatzea eta subestazio lehengokoak short-circuit currenten maila altuagoen ondoren funtzionatzeko hobekuntza egin dezan, arazoa zuzenean konponduko luke, baina investimentu handiak eta eraikuntza konplexuak eskatzen ditu, ekonomikoki eta denbora-pean oso efiziente ez zegoela.

Neurri tradizionalen murrizketen araberako, modernoak diren sistema-energiako murrizketa-gailu berriak garatzeko beharrezkoa da. Fault Current Limiter (FCL) emaitza bat da, Flexible AC Transmission Systems (FACTS)en atal garrantzitsu bat ere baita.

​2 FCL-en Aplikazioa Sistema-energien Artean​

​2.1 FCL-en Modeloa eta Oinarrizko Printzipioak​
FCL-en oinarrizko printzipioa serieko reaktoreen murrizketa-teknologiaren oinarrituta dago, baina elektronika-energiak erabiliz hobetu da, serieko reaktoreen tradizionalen arazoak gainditzeko (adibidez, galera orokorra altua eta sistema-stabilitatearen eraginak). Nukleo-modeloa abstraktu daiteke: "Arrunta funtzionamenduan impedanzia zero; akatsa gertatzen denean, impedanzia azkar sartu short-circuit currenten murrizteko."

• Arrunta funtzionamenduan: Aldatzailea itxita, FCL-en baliokidea impedanzia zero da, sistema-energiari eraginik ez.
• Akatsa gertatzen denean: Aldatzailea azkar irekitzen da, murrizketa-reaktorea sartuz short-circuit currenten murrizteko.

FCL-en nukleo-elementuak lau elementu garrantzitsuenak dira:

1. Balio altuak dituen akats-detektoreak: Sistema-energiaren fluxua errealean kontrolatzen du eta short-circuit akatsak azkar identifikatzen ditu.
2. Aldatzaile azkarra: Akats gertatzen denean, aldaketak azkar egiten ditu, “impedanzia zero” eta “impedanzia” egoeretan aldatuz.
3. Murrizketa-reaktorea: Murrizketa-nukleo-elementua, short-circuit currenten murrizteko impedanzia erabiliz.
4. Gainbalio-babeslekuak: Aldatze-prozesuan gainbalioa saihesteko, sistema-energiaren gailuak babestuz.

​2.2 FCL-en Funtzioak eta Diseinu Eskerrikak​

​2.2.1 FCL-en Nukleo-Funtzioak​
FCL sistema-energien artean short-circuit currenten murrizketa modu berri bat eskaintzen du, eta modernoak diren sistema-energien atal garrantzitsu bat da. Bere abantailak hauek dira:

• Ordezkaritza-gailuen ahula murriztea: Tensio-altuagoak dituzten sistema-energien artean, short-circuit akatsak handiagoak eta zailagoak dira. FCL ordezkaritza-gailuen fluxua murrizten du, gailuaren bizitza luzatuz.
• Sistema-stabilitatea hobetu: Short-circuit currenten murrizketa azkarrean lineen tensio-lasterketak eta eragileen desinkronizazio-probabilitateak murrizten dira, potentziaren angelu, tensio eta maiztasunaren estaltasuna hobetzeko.
• Gailu eta lineen erabilgarritasuna handitu: FCL short-circuit currenten puntu altuena iritsi baino lehen funtzionatzen badu, termiko eta dinamikotasun estaltasun-mugak murrizten dira, lineen transmitizio-kapazitate erreal handituz.
• Tensio-kalitatea optimizatu: Akatsa amaitu baino lehen fluxua murrizten du, lineen non-akatsak tensio-lasterketaren denbora murriztuz, sareko tensio-estaltasuna seguru mantentuz.
• Inguruko instalazioetako interferentzia murriztea: Tension altuagoen sarrerako short-circuit currenten murrizketa telekomunikazio-lineetako eta tren-sinalizazio-sistemak dituzten indarr-elektriko-indarraren interferentzia murrizten du.

​2.2.2 FCL-en Diseinu Eskerrikak​
Sistema-energien funtzionamenduaren egokitzea egiteko, FCL hurrengo diseinu-esperientziei bete behar dizkie:

• Arrunta funtzionamenduan sistema-energiari eraginik ez (tensio-lasterketa zero inguruan).
• Akats gertatzen denean erantzun azkarra (1–2 ms barruan), short-circuit currenten puntu eta orokorreko estaltasun-maila murrizteko, gainbalio bezalako efektu sekundarioak gabe.
• Akatsa amaitu ondoren automatikoki reseteatu, ezer eskatuz gabe.
• Babestuak ez ditu erabakitzaile logikaren funtzionamendu normala.
• Kostu arrazonagarria eta kostu-efektibotasuna handia, industria-energiako aplikazioei egokituta.

​2.3 FCL-en Implementazio-Eskemen Batzuen Konparaketa​

​2.3.1 Eskema-Konparaketa​

• ​Iraultza: Erlazio berriak (bereziki, superkonduktoreak) eta elektronika-energiako FCL-en artean, orain arteko soluzio onenak dira. Lehenengoa sinplea eta fidagarria da, baina material-teknologian mendekorra; bigarrena kontrola ona du, eta elektronika-energiaren kostuak jaisten direnean, ingeniaritzan posiblea bihurtu da, ikerketa eta garapenaren norabide adierazgarriena.

​2.5 FCL-en Ikerketa Norabideak Etorrian​
FCL-en etorriko ikerketa “prestazioen optimizazioa, funtzioen integrazioa eta ingeniaritzako egokitzea” gainean harrotasun handia izan behar du. Norabide garrantzitsuak hauek dira:

1. Impedanzia alda dezakeen konbertsoreak: Orain arteko “bi egoerako impedanzia (zero edo infinitua)” murrizketatik atera, erantzun eragile eta alda dezakeen impedanzia konbertsoreak garatzea, handiagoak diren short-circuit currentekin proportzionalki impedanzia handiagoa erakusten dutenak. Hauek faktore-potentziaren konpentsazioa eta gainbalio-absorbizioa ere barne hartu behar dituzte, kontrol teoriak (adibidez, feedback negatibo, PID kontrola) erabiliz, sistema-automatizazioa hobetuz.
2. FACTS kontrolagailuarekin integrazioa: FCL FACTS kontrolagailu beste batzuekin (adibidez, SVG, SVC) konbinatzen dituzten kontrol gailu orokorrak garatzea, kostu-efektibotasuna handituz eta kontrolagarriak diren AC transmitizio eta banaketa-sistemak aurrera eramanez.
3. Teknologia garrantzitsuen aurrerapenak:
• FCL-ren eragin mekanismoak sistema-energien estaltasunean.
• FCL eta babestuak erabakitzaileen arteko logika koordinatzailea.
• Ultra-azkarreko akats-seinalen detektore-sistemak eta kontrolagailuak optimizatu.
• FCL-ren eragina potentzia-kalitatean (adibidez, harmonikoak, tensio-osilazioak) eta haien murrizketa-neurriak.

​3 Iraultza​

• a. Sistema-energien artean short-circuit currenten murrizketa arazo garrantzitsu bat da, zerbitzuan dagoena. FCL, protektore gailu berri gisa, soluzio efektiboa eskaintzen du, eta modernoak diren sistema-energien egokituta dauden FCL-en garapena teorikoki eta ingeniaritzan balio handia du.
• b. Elektronika-energiako FCL-en artean, orain arte, oinarri teorikoa eta ingeniaritzan erabilgarritasuna dituzte. Kontrol-prestazio onak eta elektronika-energiako gailuen kostuak jaisten direnean, garapen-espektiboa daude.
• c. FACTS/CusPow teknologiak garatzen joan, FCL—FACTS familiako atal garrantzitsu bat—ez du bakarrik transmisio eta banaketa-sistemetan independentezko arazoak konpondu, besterik, beste FACTS kontrolagailuekin kolaboratzen du, kontrolagarriak diren AC transmitizio eta banaketa-sistemak hobetuz.