Limitador superconductor de corriente de defecto, que tiene un módulo de conmutación de alta velocidad integral.

El limitador suministra a un sistema una potencia eléctrica aportada desde un dispositivo alimentador de potencia, sin pérdidas en la misma, en consonancia con las características únicas del elemento superconductor cuando fluye una corriente normal, y restringe una sobre-corriente a través de un punto de contacto de conmutación de alta velocidad que interactúa integralmente con una bobina de excitación y un conmutador de trasposición de arco, transcurrido un semiperiodo, en el caso de que se genere la sobre-corriente como consecuencia de accidentes tales como la caída de un rayo, una derivación a tierra y un cortocircuito, de manera que pueden hacerse funcionar normalmente aparatos eléctricos de potencia, tales como disyuntores de circuito, en un sistema eléctrico de potencia

Limitador superconductor de corriente de defecto.

Referencia cruzada a solicitud relacionada

Esta Solicitud reclama el beneficio de la Solicitud de Patente coreana Nº 10-2006-0104194, depositada el 25 de octubre de 2006 en la Oficina Coreana de Propiedad Intelectual y cuya descripción se incorpora aquí como referencia.

Antecedentes

Esta descripción se refiere a un limitador superconductor de corriente de defecto que tiene un módulo de conmutación de alta velocidad integral.

Los limitadores y los disyuntores de circuito actuales de un sistema eléctrico de potencia se aplican para evitar que fluya al interior del sistema una sobre-corriente o exceso de corriente, superior a un valor de umbral, que se genera por accidentes tales como la caída de un rayo, una derivación a tierra, un cortocircuito, etc.

De todos los limitadores actuales, los FCLs (Limitadores de Corriente de Defecto - "Fault Current Limiters"), que utilizan elementos superconductores, suministran -una potencia eléctrica que se aporta desde un dispositivo alimentador de potencia a un sistema sin pérdidas, debido a la característica única de los elementos superconductores, y restringen una sobre-corriente generada por accidentes tales como la caída de un rayo, una derivación a tierra, un cortocircuito, etc., de modo que no sea superior a un cierto valor de umbral.

De esta forma, los FCLs restringen o limitan los esfuerzos mecánicos, térmicos y eléctricos provocados por los aparatos eléctricos de potencia tales como una barra de bus, un aislador y un disyuntor de circuito, etc.

Por otra parte, un disyuntor de circuito conectado a un sistema eléctrico de potencia detecta una sobre-corriente que es mayor que un cierto umbral, interrumpe o corta la conexión con el sistema de acuerdo con el control de un relé de sobre-corriente que genera una señal de interrupción, e impide de esta forma que fluya la sobre-corriente o corriente excesiva al interior del sistema.

En lo que sigue se describirá en detalle un FCL de acuerdo con la técnica relacionada, con referencia a los dibujos que se acompañan. La Figura 1 muestra un estado conectado de elementos superconductores de acuerdo con una cierta capacidad de potencia eléctrica en limitadores superconductores de corriente de defecto, y la Figura 2 muestra una parte detallada de la Figura 1.

Haciendo referencia a la Figura 1, el FCL convencional incluye una matriz de disparo 100A destinada a generar y suministrar un campo magnético con el fin de inducir el cebado o saturación de la corriente de elementos superconductores correspondientes a una conexión en serie de cada fila, en el caso de la generación de una sobre-corriente que sea mayor que un cierto valor de umbral, causada por accidentes tales como la caída de un rayo, una derivación a tierra, un cortocircuito, así como una matriz 100B de limitación de corriente, destinada a restringir la sobre-corriente mayor que el valor de umbral, generada por accidentes tales como la caída de un rayo, una derivación a tierra, un cortocircuito, etc.

Como se muestra en la Figura 2, la matriz de disparo 100A comprende un número n de elementos de matriz de disparo, 110-1 a 110-n, formados de acuerdo con la capacidad de corriente requerida por un sistema eléctrico de potencia, de tal manera que los respectivos elementos de matriz de disparo incluyen un elemento superconductor RR1 y una bobina LL1 que rodea a los elementos superconductores RR1.

Como se observa en la Figura 2, la matriz 100B de limitación de corriente comprende un número n de elementos de matriz de limitación de corriente, 114-1 a 114-n, conectados al elemento 110-1 de matriz de disparo, de tal manera que los respectivos elementos de limitación de corriente incluyen un elemento superconductor RR1, una bobina LL1 que rodea a los elementos superconductores RR1, y una bobina L11, conectada en paralelo con la bobina LL1. Además, la matriz 100B de limitación de corriente está conectada en serie a un número m de módulos de limitación de corriente (Módulos 112-1 a 112-m), de tal manera que los respectivos módulos de limitación de corriente son un número n de los elementos 114-1 a 114-n de matriz de limitación de corriente.

Por lo tanto, en los FCLs aplicados a un sistema eléctrico de potencia, se conectan un número n de los elementos, 110-1 a 110-n, de matriz de disparo, formado de acuerdo con la capacidad de corriente requerida por un sistema eléctrico de potencia, a un número n de los elementos, 114-1 a 114-n, de matriz de limitación de corriente, conectados a un número n de los elementos 110-1 de matriz de disparo, un número n de los elementos 114-1 a 114-n de matriz de limitación de corriente se convierten, respectivamente, en módulos de limitación de corriente (Módulos 112-1 a 112-m), y un número m de los módulos de limitación de corriente (Módulos 112-1 a 112-m) se conectan en serie de acuerdo con una capacidad de tensión que se requiere en un sistema eléctrico de potencia. Es decir, los elementos superconductores incluidos en un elemento de matriz de disparo y en un elemento de matriz de limitación de corriente están conectados en serie y en paralelo de acuerdo con la capacidad de corriente que se requiere en el sistema eléctrico de potencia.

Como se observa en la Figura 2, que muestra una parte detallada de la Figura 1, el elemento superconductor RR1 y el elemento 110-1 de matriz de disparo de la bobina LL1 que rodea a los elementos superconductores RR1, están conectados a una conducción o línea de: potencia eléctrica que recibe una potencia eléctrica desde un dispositiva alimentador de potencia 100. Los elementos 114-1 de matriz de limitación de corriente incluyen el elemento superconductor RR1 y una bobina L11 que rodea a los elementos superconductores RR1, y un número m de los elementos, 114-1 a 114-m, de matriz de limitación de corriente están respectivamente conectados en serie, de acuerdo con una capacidad de tensión. El elemento 110-1 de matriz de disparo está conectado en paralelo con un número m de los elementos, 114-1 a 114-m, de matriz de limitación de corriente, de acuerdo con una capacidad de corriente exigida por un sistema eléctrico de potencia.

Haciendo referencia a la Figura 2, unos elementos superconductores (RR1, R11, R21, ..., Rm1) suministran una potencia eléctrica aportada por un dispositivo alimentador de potencia a un sistema sin que haya pérdidas de la potencia eléctrica en el caso de que fluya al interior del mismo una corriente estacionaria. En el caso de la corriente estacionaria, los elementos de inductancia generados en las bobinas (LL1, LL11, LL21, ..., LLm1) que rodean a los respectivos elementos superconductores están contrarrestados o compensados.

Por otra parte, en el caso de una sobre-corriente o corriente excesiva, mayor que un cierto valor de umbral y que se genera por accidentes tales como la caída de un rayo, una derivación a tierra, un cortocircuito, etc., el elemento superconductor RR1 genera un alto valor de resistencia, de manera que se ceba o satura en un estado de transición de fases.

La sobre-corriente fluye al interior de la bobina LL1 que rodea al elemento superconductor RR1, por el valor de resistencia generado, y, de esta forma, se genera un campo magnético. Aquí, este campo magnético se suministra simultáneamente a las bobinas LL11 a LLm1, conectadas en serie. Se genera un valor de resistencia elevado en el caso de que los elementos superconductores R11 a Rm1 sean cebados o saturados por el campo magnético y, por tanto, los elementos superconductores R11 a Rm1 distribuyan la sobre-corriente introduciéndola en las bobinas L11 a Lm1 conectadas en paralelo con los elementos superconductores R11 a Rm1. En conclusión, los: elementos superconductores R11 a Rm1 no son destruidos por la sobre-corriente, de tal manera que la sobre-corriente se ve limitada por un valor de impedancia contenido en las bobinas L11 a Lm1, a fin de bloquear un flujo entrante de la sobre-corriente en el sistema 150.

Para el funcionamiento descrito de esta manera, han de fabricarse respectivos elementos superconductores de modo que presenten la misma característica, y enfriarse al ser rodeados por refrigerantes tales como nitrógeno líquido, etc.

Tal como se ha descrito anteriormente, los elementos superconductores de los FCLs son llevados a un estado de transición de fases por medio de una sobre-corriente o una temperatura superior a un valor de umbral, por lo que se genera una resistencia elevada con el fin de limitar la sobre-corriente. Además, los elementos superconductores de los FCLs se restablecen...

1. Un limitador superconductor de corriente de defecto, que comprende un módulo de conmutación de alta velocidad integral que limita una sobre-corriente a partir de un valor umbral cuando ocurre un accidente, caracterizado por que el limitador comprende: una bobina de excitación, dispuesta en un recorrido divisor de corriente conectado en paralelo a elementos superconductores dispuestos en un recorrido de suministro de potencia, a fin de generar una fuerza electrónica repulsiva cuando se aplica una sobre-corriente o corriente en exceso dividida por el cebado o saturación de los elementos superconductores, y suministrar a continuación la misma a unos medios de intervención; un punto de contacto de conmutación de alta velocidad, conectado en serie entre la bobina de excitación y un sistema, situado en un terminal trasero del recorrido divisor de corriente y acoplado axialmente de forma integral a los medios de intervención con el fin de permitir que un punto de contacto que está en contacto con el conmutador sea abierto por una fuerza electrónica repulsiva suministrada a los medios de intervención; así como un conmutador de trasposición de arco, dispuesto en un recorrido limitador de corriente, al estar conectado en paralelo con la bobina excitación, y uno de cuyos lados está acoplado integral y axialmente a los medios de intervención, al tiempo que es intervenido según una dirección de desplazamiento y una dirección opuesta del punto de contacto de conmutación de alta velocidad, y se suministra la sobre-corriente a una carga de limitación de corriente conectada en serie con un terminal trasero del mismo a través del punto de contacto cuando el punto de contacto de conmutación de alta velocidad es abierto tanto como un intervalo predeterminado.

2. El limitador de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado por que un intervalo de separación de punto de contacto del conmutador de trasposición de arco es menor que el del punto de contacto de conmutación de alta velocidad, de tal manera que el punto de contacto del conmutador de trasposición de arco es conectado con anterioridad a un instante en que se separa o abre completamente el punto de contacto de conmutación de alta velocidad.

3. El limitador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que los medios de intervención están situados en un lado superior de la bobina de excitación y consisten en una placa repulsiva con forma de plancha, activada por una fuerza electrónica repulsiva generada por una sobre-corriente que se suministra a la bobina de excitación.

4. El limitador de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que un punto de contacto del conmutador de trasposición de arco está conectado de tal modo que se encuentre en interacción con un extremo superior de la placa repulsiva, y un punto de contacto del punto de contacto de conmutación de alta velocidad está conectado de tal manera que se encuentre en interacción con un extremo inferior de la placa repulsiva.

5. El limitador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el punto de contacto de conmutación de alta velocidad es al menos uno de los puntos de contacto de conmutación de alta velocidad conectados en serie.

6. Un limitador superconductor de corriente de defecto que tiene un módulo de conmutación de alta velocidad integral que limita una sobre-corriente a partir de un valor umbral cuando ocurre un accidente, caracterizado por que el limitador comprende:

un primer punto de contacto de conmutación de alta velocidad, conectado en serie entre un elemento superconductor y un sistema dispuestos en un recorrido de suministro de potencia;

una primera bobina de excitación, conectada en paralelo con el elemento superconductor y el primer punto de contacto de conmutación rápida, y dispuesta en un primer recorrido divisor, y que genera una fuerza electrónica repulsiva por una sobre-corriente o corriente en exceso dividida por el elemento superconductor, a fin de desprender o separar un punto de contacto del primer punto de contacto de conmutación de alta velocidad;

una segunda bobina de excitación, conectada en paralelo con la primera bobina de excitación y dispuesta en un segundo recorrido divisor con el fin de generar una fuerza electrónica repulsiva en respuesta a la sobre-corriente;

un segundo punto de contacto de conmutación de alta velocidad, conectado en serie entre la primera bobina de excitación, la segunda bobina de excitación y el sistema, y situado en un extremo trasero del primer recorrido divisor y del segundo recorrido divisor, y que tiene un punto de contacto que se desprende o separa por una fuerza electrónica repulsiva generada por la segunda bobina de excitación; y

un conmutador de trasposición de arco, dispuesto en un recorrido de limitación de corriente al ser conectado en paralelo con la segunda bobina de excitación, y que suministra la sobre-corriente a una carga de limitación de corriente, que se conecta en serie a su extremo trasero por medio de la apertura del punto de contacto en el caso de que el punto de contacto de conmutación rápida sea abierto en un intervalo predeterminado.