Equipo limitador de corriente para líneas eléctricas de corriente continua de alta tensión.
Equipo limitador de corriente para líneas eléctricas de corriente continua de alta tensión.
La invención se refiere a un equipo (9) conectado con una línea de corriente continua (2). El equipo consiste en una rama principal (11) compuesta por dos interruptores (12) y (13) conectados en serie, de tal manera que éstos a su vez, están conectados en paralelo con otra rama (10) formada por un interruptor (14) que puede estar conectado en serie con un elemento pasivo reductor de la intensidad (15), que permite la reducción de la corriente por la línea redireccionando dicha corriente por la rama (10) paralela a una rama principal (11) y permitiendo el aislamiento del condensador (8). La invención permite el aislamiento de la línea de corriente continua (2).
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201130927.
Solicitante: UNIVERSIDAD DEL PAIS VASCO-EUSKAL HERRIKO UNIBERTSITATEA.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: ZAMORA BELVER,M. INMACULADA, LARRUSKAIN ESKOBAL,Dunixe Marene, ABARRATEGUI RANERO,Oihane.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- H02H3/087 ELECTRICIDAD. › H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA. › H02H CIRCUITOS DE PROTECCION DE SEGURIDAD (indicación o señalización de condiciones de trabajo indeseables G01R, p. ej. G01R 31/00, G08B; localización de defectos a lo largo de las líneas G01R 31/08; dispositivos de protección H01H). › H02H 3/00 Circuitos de protección de seguridad para desconexión automática respondiendo directamente a un cambio indeseado de las condiciones eléctricas normales de trabajo con o sin reconexión (especialmente adaptados para máquinas o aparatos de tipos especiales o para la protección seccional de sistemas de cables o líneas H02H 7/00; sistemas para conmutación de la alimentación de reserva H02J 9/00). › para sistemas de corriente continua.
Fragmento de la descripción:
EQUIPO LIMITADOR DE CORRIENTE PARA LINEAS ELECTRICAS DE
CORRIENTE CONTINUA DE ALTA TENSION
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se encuadra en el campo técnico de las líneas eléctricas de alta tensión de corriente continua. Más concretamente la invención se refiere a un equipo para proteger líneas eléctricas de corriente continua de alta tensión y las estaciones del convertidor frente a sobre corrientes.
La invención tiene por obj eto solucionar eficazmente los problemas que ocasionan las sobre corrientes de la línea, por ejemplo debido a un cortocircuito.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En 1997 se construyó el primer enlace HVDC (High
Voltage Direct Current Corriente Continua de Alta
Tensión) , con convertidores alimentados por tensión (VSC)
entre la isla de Gotland y la Suecia continental, con un rango de 50 MW, 360 A Y ± 80kV. Esta tecnología se caracteriza por la capacidad de controlar la activación y desactivación de los dispositivos del convertidor, permitiendo un control independiente de la potencia activa y reactiva. otras características principales incluyen la capacidad de arranque en situación de blackout, la posibilidad de energizar sistemas de corriente alterna pasivos, no tiene requisitos de potencia de cortocircuito y permitir la realización de conexiones asincrónicas. Las características citadas permiten que esta tecnología sea adecuada para algunas aplicaciones en los rangos de potencia menores, como por ejemplo: parques eólicos, plataformas de gas y petróleo y alimentación de ciudades.
Cuando aparece una falta de corriente continua en un enlace VSC, por ejemplo, debido a un cortocircuito, los convertidores bloquean los dispositivos semiconductores con capacidad de bloqueo. Pero esta acción no interrumpe la corriente de falta, ya que los diodos en antiparalelo conducen como un puente rectificador alimentando la falta. Al mismo tiempo, el condensador se cortocircuita. Esta corriente está limitada únicamente por la impedancia de la reactancia de entrada, provocando corrientes tan altas como 13 kA a través de elementos que están diseñados para manejar únicamente unos 4 kA provocando grandes corrientes que pueden destruir los dispositivos semiconductores. Ante este tipo de faltas, el convertidor alimentado por tensión no es capaz de extinguir la corriente de falta. Por lo tanto, para lograrlo es necesario llevar a cabo alguna acción.
La utilización de limitadores de corriente de falta es bien conocida al tener un gran potencial para proteger circuitos eléctricos de corriente alterna contra faltas entre fase y tierra o fase-fase. Se han desarrollado equipos para limitar las corrientes de falta basados en diferentes principios operacionales, que incluyen fusibles, limitadores de corriente de falta superconductores y
limitadores de corriente de falta de estado sólido. Algunos ej emplos de estas soluciones se describen en las patentes: EP2260518 y US2010273657.
Los fusibles presentan la desventaja de que es necesario el reemplazo de la unidad después de cada operación.
Los limitadores de corriente de falta superconductores se han desarrollado e implementado satisfactoriamente en varias aplicaciones, pero actualmente están restringidos por las limitaciones técnicas y económicas de la producción de materiales superconductores de alta temperatura. Además, estos limitadores necesitan un sistema de refrigeración. Después de cada actuación necesitan un tiempo de recuperación considerable.
La principal característica de un cortocircuito es que las elevadas corrientes de falta no se extinguen hasta que la corriente eléctrica se reduce a cero y el arco se desioniza. En el caso de que las líneas estén alimentadas por corriente continua dicho paso por cero no se produce de forma periódica, complicando de gran manera la extinción de dichas faltas. Adicionalmente, estas líneas llevan asociados convertidores electrónicos, siendo una posible opción los convertidores alimentados por tensión (VSC) . Una de las principales limitaciones de la tecnología VSC es que los convertidores están indefensos ante faltas de corriente continua y que la capacidad de soportar faltas es mucho menor que la de los convertidores clásicos, que están basados en tiristores.
No se conoce en el estado de la técnica dispositivos que tengan capacidad para interrumpir la corriente de la línea de corriente continua y así, poder aislar dicha línea y que puede desconectar los condensadores de las estaciones del convertidor.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención tiene por objeto superar los inconvenientes del estado de la técnica detallados anteriormente, mediante un equipo capaz de resolver eficientemente el problema de sobre corriente que se produce en líneas eléctricas alimentadas con corriente continua.
El equipo limitador de corriente comprende un primer interruptor conectado con una línea eléctrica de corriente continua, para cortar o permitir la circulación de corriente por dicha línea.
El equipo está configurado para obtener dicha protección redireccionando la sobre corriente a través de una rama conectada en paralelo con dicho primer interruptor, estando formada dicha rama por un elemento pasivo limitador de la intensidad conectado en serie con un segundo interruptor, que está abierto en condicionales normales de funcionamiento de la línea.
El equipo incluye unos medios de control para gobernar la activación de dichos primer y segundo interruptores, en función del valor de la corriente que circula por la línea de continua.
Dichos medios de control están configurados para abrir el primer interruptor, y cerrar el segundo interruptor, cuando se supera un determinado valor de corriente eléctrica circulando por la línea eléctrica de corriente continua, de manera que la corriente se redirecciona haciendo que circule por dicho elemento pasivo limitador de corriente eléctrica.
Los mencionados interruptores, consisten preferentemente en dispositivos electrónicos de conmutación, los cuales pueden ser accionados mediante una señal eléctrica.
Además de tener capacidad para limitar la corriente y de esa manera proteger el sistema de corriente continua, las ventajas del equipo diseñado, respecto a lo ya comentado en el estado de la técnica, son que posee capacidad para interrumpir la corriente de la línea de corriente continua y así, poder aislar dicha línea y que puede desconectar, en caso necesario, los condensadores de las estaciones del convertidor.
En la presente invención, el término línea de corriente continua de alta tensión se debe interpretar en términos generales y se incluye en este contexto cualquier línea eléctrica alimentada por corriente continua y que está sometida a un potencial de alta tensión, esto es, una tensión superior a 1 kV, aunque la invención no está restringida a ningún nivel particular de potencia o de tensión de dicha red de corriente continua. Finalmente, dicha línea no tiene que ser exclusivamente una red de corriente continua para la transmisión de potencia eléctrica entre estaciones convertidoras, a pesar de ser la aplicación particular de la invención.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ej emplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1. muestra un esquema eléctrico simplificado de un ejemplo de realización de un equipo limitador de corriente según la invención.
La figura 2. muestra un esquema eléctrico de otro ejemplo de realización de un equipo limitador de corriente según la invención, que está conectado a una red de corriente continua y a una línea de corriente alterna a través de un convertidor alimentado por tensión. El esquema eléctrico es simplificado, ya que solo se han representado los elementos necesarios para la compresión de la invención.
La figura 3. muestra un esquema eléctrico de un tercer ejemplo de realización de un equipo limitador de corriente según la invención, que está conectado a una red de corriente continua y a una línea de corriente alterna a través de un convertidor alimentado por tensión. El esquema eléctrico es también simplificado.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
La figura 1 muestra de forma muy esquemática un equipo
limitador de corriente (9) para líneas eléctricas de
corriente...
Reivindicaciones:
1. Equipo limitador de corriente para líneas eléctricas de corriente continua de alta tensión conectadas con un convertidor alimentado por tensión, que comprende:
al menos un primer dispositivo electrónico de conmutación conectado con una línea eléctrica de corriente continua por
medio de un terminal del condensador del convertidor
alimentado por tensión, para cortar o permitir la
circulación de corriente por dicha línea,
caracterizado porque además comprende:
un primer elemento pasivo limitador de corriente eléctrica, conectado en serie con un segundo dispositivo electrónico de conmutación,
donde dicho elemento pasivo limitador de corriente eléctrica y dicho segundo dispositivo electrónico de conmutación, están conectados en paralelo con dicho primer dispositivo electrónico de conmutación,
medios de control para gobernar la activación de dichos primer y segundo dispositivos electrónicos de conmutación,
donde dichos medios de control están configurados para cerrar el segundo dispositivo electrónico de conmutación y abrir el primer dispositivo electrónico de conmutación, cuando se supera un determinado valor de corriente eléctrica circulando por la línea eléctrica de corriente continua, de manera que la corriente se hace circular por dicho elemento pasivo limitador de corriente eléctrica.
2. -Equipo limitador de corriente según la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende:
un tercer dispositivo electrónico de conmutación conectado en serie entre dicho primer dispositivo electrónico de conmutación y la línea eléctrica de corriente continua,
donde dicho primer elemento pasivo limitador de corriente eléctrica, y dicho segundo dispositivo electrónico de conmutación, están conectados en paralelo con dichos primer y tercer dispositivos electrónicos de conmutación,
donde los medios de control están configurados para cerrar el segundo dispositivo electrónico de conmutación y abrir el primer y el tercer dispositivos electrónicos de conmutación, cuando se supera un determinado valor de corriente eléctrica circulando por la línea eléctrica de corriente continua, de manera que la corriente se hace circular por dicho elemento pasivo limitador de corriente eléctrica.
3. Equipo limitador de corriente según la reivindicación 2, caracterizado porque incluye un segundo elemento pasivo limitador de corriente conectado en serie con un cuarto dispositivo electrónico de conmutación, estando este segundo elemento pasivo limitador de corriente y el cuarto dispositivo electrónico de conmutación, conectados en paralelo con el primer dispositivo electrónico de conmutación, y porque los medios de control están configurados para cerrar el cuarto dispositivo electrónico de conmutación, cuando el valor de corriente por la línea de continua vuelve a ser inferior a un determinado valor, para permitir la conexión del condensador, a través del segundo elemento pasivo limitador de corriente, y posteriormente cerrar el primer y el tercer dispositivo electrónico de conmutación y abrir el segundo dispositivo de conmutación, para permitir que la corriente circule por
la línea de corriente continua.
4. Equipo limitador de corriente según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque tiene capacidad para aislar la línea de corriente continua del convertidor abriendo el primer, segundo, tercer y cuarto dispositivo electrónico de conmutación 5. -Equipo limitador de corriente según la reivindicación 3, caracterizado porque dichos primer, segundo, tercer y cuarto dispositivos electrónicos de conmutación son dispositivos bidireccionales que permiten la conducción en ambos sentidos cuando están cerrados.
6. Equipo limitador de corriente según la reivindicación 4, caracterizado porque cada uno de los dispositivos electrónicos de conmutación, están formados por al menos dos elementos semiconductores de conmutación con poder de corte conectados en antiparalelo.
7. Equipo limitador de corriente según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos medios de control comprenden un dispositivo sensor de corriente eléctrica conectado para medir la corriente por dicha línea de corriente continua, y un dispositivo electrónico programable asociado con el sensor de corriente, y conectado con dichos primer a cuarto dispositivos de conmutación para gobernar su funcionamiento en función de la medida del sensor de corriente.
8. Equipo limitador de corriente según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho primer elemento pasivo limitador de corriente está formado por al menos un elemento de impedancia fija o variable.
9.Equipo limitador de corriente según la reivindicación
3, caracterizado porque el segundo elemento pasivo
limitador de corriente eléctrica es una bobina.
5 10. Equipo limitador de corriente según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los
elementos semiconductores de conmutación consisten en un
IGBT (Insulating Gate Bipolar Transistor) , o un IGCT
(Insulated Gate Commutated Thyristor) , o un GTO (Gate Turn-
IO Off Thyristor) .
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