Oinarrizko Osagaietan Oinarritutako Serieko Erresonantziadun Akats Arrunta Murrizlea: Soluzio Ekonomikoa eta Fiablea Txertaketa Arrunta Korrontea Murrizteko

1. Sarrera: Ikerketa-atzezko eta nukleoko helburuak​

1. ​Kurtso-itsasuneko arrazoiaren algarritasuna​
   Energia sarrerako tamainaren eta kapazitatearen jarraitu hondarrean, sistema kurtso-itsasuneko arrazoiaren maila handitu da, existitzen diren gailuen uheldu-muga gainditu edo hobeto egiten du.
   • ​Datu sostengatzaileak:​​ Monitorizazioak adierazten du euskal 500kV, 220kV eta 10kV subestazio batzuek dituztela 100 kA baino gehiagoko aurreikustutako kurtso-itsasunea; nagusienergiako iturri nagusietan kurtso-itsasuneko arrazoiaren osagai periodiko maximoa 300 kAra heltzen da.
   • ​Arazo serioak:​​ Kurtso-itsasuneko arrazoi oso altuak hautsontzi elektriko orokorreentzako modeloen falta eragiten du, termiko eta elektrodinamiko indarrak gainditzeagatik hautsontzi elektrikoetan zerrenda sortzen ditu, eta komunikazio sistemakoa denbora-indarraren gorapena eta urruneko indarraren gorapena bezalako segurtasun arazoak ere sortzen ditu. Hau energia sarrerako garapen seguru eta ekonomikoari mugatzen dio teknikoki.
2. ​Uneko FCL teknologiak dituzten murrizketak​
   Uneko fault current limiter (FCL) teknologiak jatorrizko akatsak dituzte, hamaika eskala handian aplikatzeari zorrotz asko:
   • ​Superkonduktiboa FCL:​​ Superkonduktiboa materialen menpe dago, teknologia hori ez da beti bete, fidagarritasuna txikiagoa da, operazio eta mantentzeko kostuak altuak dira, eta ekonomikoki ezinhartzailea da, beraz, inbertsio teknikoa ezin da lurralde honetan laburtu.
   • ​Energia elektronikoa FCL:​​ Energia elektronikoa semikonduktoreen tensio eta korrontea menpe dago, serie/paraleloko tensio eta korrontea banatzeko kontrola arazoak ditu, sistemaren egitura konplexua da (korrontea murrizteko osagai gehigarriak eta azkar babesa irudiak behar ditu), eta kostu altuak ditu.
3. ​Ikerketa honen helburu nagusia​
   Aldiz, ikerketa honek proposatu nahi du serieko resonantzia faltakorrontea murrizteko soluzio bat, elektriko konbenzionalen osagaien gainean, ez superkonduktiboa, ezta energia elektronikoa. Espesifikoki, bi topologia ikertuko dira:
4. Serieko resonantzia FCL saturatutako reaktorean oinarrituta
5. Serieko resonantzia FCL ZnO Aresagailuan oinarrituta
   Ikerketa honek Electromagnetic Transients Program (EMTP) simulazioa erabiliko du, hauen transiente korrontea murrizteko ezaugarriak analizatzeko, alderatuko ditu, eta azkenik frogatu nahi du teknikoki egokiak, ekonomikoki eta operazio fidagarritasunaldian duten abantaila nabarmenak.

​II. Serieko Resonantzia FCL Saturatutako Reaktorean Oinarrituta​

1. ​Tentsuluaren topologia eta funtzionamendua​
   • ​Tentsuluaren egitura:​​ Nuklea L_B reaktorea, C kondensadorea eta serieko L reaktorea dira. L_B C-rekin paralelo konektatuta dago, eta konbinazio hori ondoren seriean L-ren gainean konektatuta dago sistema honetan.
   • ​Funtzionamendua:​​
   o ​Erabiltzaile normala:​​ Lerro-korrontea txikiagoa da. L_B saturatutako eremuan (bere inductancia baliokidea L_B1 oso handia da). Paralelo konbinazioarekin C indarkorra da. Serieko L reaktorearekin batera, maiztasun serieko resonantziaren baldintza betetzen du (ωL - 1/ωC ≈ 0). Gailuak antzera oso txikia ematen du, sistema-hondarrek minimotzen ditu.
   o ​Kontsumo-egoera:​​ Kurtso-itsasuneko korrontea goratu egiten da L_B (bere inductancia baliokidea L_B2-ra jaisten da). Bere paraleloko estalkiak efektiboki C kondensadorea kortatzen du, horrela resonantziaren baldintza geratzen da. Puntu honetan, serieko L reaktoreak eta L_B2 saturatutako reaktoreak biak sartzen dira sistema honetan, kurtso-itsasuneko korrontea murrizteko.
   o ​Kontsumo-egoera:​​ Kontsumo-egoera amaitu ondoren, korrontea jaisten da. L_B automatikoki exit saturation, kondensadorea berriro sartzen da, eta tentsulua berriz resonantziaren egoerara itzultzen da, kanpoenergia gabe egokitzen du.
   • ​Hautaketa parametroen printzipioak:​​
   o ω²L_B1C >> 1 (Zehaztu paraleloko estalkiak indarkorra izatea erabiltzaile normala)
   o ωL - 1/ωC ≈ 0 (Betetu resonantziaren baldintza erabiltzaile normala)
   o ω²L_B2C << 1 (Zehaztu paraleloko estalkiak kapazitiboa izatea kontsumo-egoeran, efektiboki kondensadorea kortatzen du)
2. ​Korrontea murrizteko ezaugarrien simulazio analisi (EMTP)​​
   Simulazioa egin da 220kV sisteman (kontsumo-egoera bakarra lurreko puntu batera: 110kA). Irizpide nagusiak hauek dira:

​III. Serieko Resonantzia FCL ZnO Aresagailuan Oinarrituta​

1. ​Tentsuluaren topologia eta funtzionamendua​
   • ​Tentsuluaren egitura:​​ Saturatutako reaktore L_B ZnO aresagailu batekin ordezkatu da. Geratzen diren egitura (paralelo C + serie L) ez da aldatu.
   • ​Funtzionamendua:​​ Printzipioa bera da saturatutako reaktore mota. Erabiltzaile normala, ZnO altu resistenta du, eta tentsulua resonantea da. Kontsumo-egoeran, kondensadorearen tensioa goratu egiten da ZnO transmititzeko (resistenta baxua du), kondensadorea kortatzen du eta resonantziaren baldintza geratzen da. Serieko L reaktoreak korrontea murrizten du. Sistema automatikoki leheneratzen da kontsumo-egoera amaitu ondoren. Prozesu guztia ZnOren nonlineal voltio-amperio ezaugarrietan oinarrituta dago.
2. ​Korrontea murrizteko ezaugarrien simulazio analisi​
   Sistema berdinekin simulazioa egin da, irizpide nagusiak hauek dira:

​IV. Bi FCL esquematikoen alderaketa osoa​

​V. Irizpidea​

Ikerketa honek bi serieko resonantzia faltakorrontea murrizteko soluzio berriak proposatu ditu, elektriko konbenzionalen osagaien gainean, uneko superkonduktiboa eta energia elektronikoa FCL-en teknikoki eta ekonomikoki murrizketak gainditu ditu.

1. ​Saturatutako reaktore FCL:​​ Nuklea histerezis zirkuito ezaugarriak zehazki optimizatzearen bidez, baliokidea (L_B2) kapazitiboaren inductoriaren 1/3 inguruan ezarrita, eta kondensadorearen serieko reaktorearen parametroekin ondo koordinatuta, kondensadorearen tensioa murriztu eta transiente korrontea murrizteko ezaugarri ona lor daiteke. Osasuntsu elektriko maila (adb., 110kV) erabilgarri da.
2. ​ZnO Aresagailu FCL:​​ ZnOren nonlineal ezaugarriak erabiliz kondensadorearen tensioa erraz murriztu, eta prestazioak kontsumo-egoeraren angeluaren arabera oso askoz gutxiago eragin ditu. Baina, L balio handiak serieko reaktorearen tensioa askoz gehiago murriztu dezake. Kondensadorearen segurtasunari buruzko eskari altuak eta korrontea murrizteko behar moderatua dituen kasuetan oso erabilgarri da.