Un núcleo.

Un núcleo de limitador magnético de corriente de falta (10b), que comprende primeros elementos magnéticos (12) y segundos elementos magnéticos (14), estando dispuestos los elementos magnéticos para definir una disposición sustancialmente paralela de elementos magnéticos, incluyendo cada primer elemento magnético (12) un material magnético blando e incluyendo cada segundo elemento magnético (14) un material magnético duro, donde los elementos magnéticos están dispuestos para formar capas primarias alternas de primeros y segundos elementos magnéticos, donde el material magnético blando en un estado saturado tiene una permeabilidad magnética más baja que el material magnético duro y donde el material magnético blando en un estado no saturado tiene una permeabilidad magnética más alta que el material magnético duro.

Un núcleo

Esta invención se refiere a un núcleo de limitador magnético de corriente de falta y a su uso en un limitador magnético de corriente de falta.

Cuando se hace funcionar cualquier aparato eléctrico, la corriente eléctrica que fluye a través del aparato se mantiene normalmente dentro de una gama de corriente predeterminada del aparato eléctrico. Sin embargo, una falta u otra condición de funcionamiento anómala del aparato eléctrico puede dar lugar a la aparición de una alta corriente de falta que supere la gama de corriente del aparato eléctrico. Por ejemplo, durante el funcionamiento de redes de transmisión de energía eléctrica, los convertidores de fuentes de tensión pueden ser vulnerables a faltas de CC que presentan un cortocircuito con baja impedancia a través de las líneas o cables de transmisión de energía eléctrica de CC. Tales faltas pueden producirse debido a daños o defectos en el material de aislamiento, al movimiento de conductores o a otras conexiones accidentales entre conductores mediante un objeto extraño.

La aparición de una alta corriente de falta no solo puede producir daños en los componentes del aparato eléctrico, sino también que el aparato eléctrico esté inoperativo durante un periodo de tiempo. Esto origina un mayor coste en la reparación y el mantenimiento del hardware dañado del aparato eléctrico, además de molestias a usuarios finales que dependen del funcionamiento del aparato eléctrico.

Los efectos adversos pueden impedirse limitando la magnitud de la alta corriente de falta usando un limitador de corriente.

Una solución conocida para un limitador de corriente está en la forma de un limitador magnético de corriente de falta. El limitador magnético de corriente de falta se comporta como un inductor variable, que presenta baja impedancia durante condiciones de funcionamiento normales y alta impedancia durante condiciones de falta, lo que provoca la aparición de una alta corriente de falta en una red de energía eléctrica asociada. En limitadores magnéticos de corriente de falta que utilizan material de imán permanente, el flujo magnético pasa a través el material de imán permanente durante condiciones de funcionamiento normales cuando la red de energía eléctrica asociada está en un estado libre de faltas y durante condiciones de faltas.

El paso del flujo magnético a través del material de imán permanente da como resultado corrientes de Foucault inducidas e histéresis magnética. Esto no solo provoca pérdidas de energía en el limitador de corriente, sino también un aumento de temperatura del material de imán permanente, lo que no es deseable ya que los materiales de imán permanente pueden experimentar un menor rendimiento por encima de una temperatura específica.

El tamaño de las corrientes de Foucault inducidas puede reducirse subdividiendo un único bloque del material de imán permanente en una pluralidad de placas delgadas. Cada una de estas placas puede cubrirse con un delgado material eléctricamente aislante y después unirse entre sí a través medios mecánicos y/o adhesivos. La sección transversal relativamente menor de cada placa reduce la circulación de las corrientes de Foucault inducidas, minimizando así el tamaño de la corriente de Foucault inducida.

El flujo magnético que fluye a través del material de imán permanente puede mantenerse relativamente bajo para reducir las pérdidas por histéresis, ya que el material de imán permanente experimenta un mayor grado de histéresis magnética a medida que aumenta la densidad del flujo magnético. Sin embargo, este enfoque hace que el limitador magnético de corriente de falta no sea adecuado para usarse por encima de un nivel específico de corriente eléctrica y, por tanto, limita la capacidad operativa del limitador.

El efecto de calentamiento de las pérdidas por histéresis en el material de imán permanente puede reducirse añadiendo un sistema de refrigeración al limitador magnético de corriente de falta. Sin embargo, el sistema de refrigeración no solo supone una fuente adicional de pérdida de energía, sino que también reduce la fiabilidad del dispositivo debido a los posibles fallos del sistema de refrigeración y de sus diversos componentes, tales como el equipo de detección y control y las fuentes de alimentación auxiliares. La presencia del sistema de refrigeración también genera un mayor coste, tamaño y peso del hardware.

Como alternativa, el material de imán permanente puede diseñarse para adoptar una topología, tal como una gran área de superficie, que favorezca un enfriamiento natural. Sin embarbo, el material de imán permanente necesitaría ocupar una gran cantidad de espacio para que se enfríe lo suficiente durante el funcionamiento del imitador magnético de corriente de falta.

El documento JP 23-197436 A da a conocer un núcleo de limitador magnético de corriente de falta que comprende primeros elementos magnéticos que incluyen un material magnético blando y segundos elementos magnéticos que incluyen un material magnético duro. Los elementos magnéticos están dispuestos para definir una disposición sustancialmente paralela de elementos magnéticos.

El documento GB 2.415.833 A se refiere al uso de imanes permanentes en circuitos magnéticos tales como limitadores de corriente de falta para corrientes alternas. La disposición de imanes permanentes comprende una pluralidad de imanes permanentes conectados en paralelo entre sí.

El artículo "Design and Construction ofa Magnetic Fault Current Limiter" de J.-L. Rasolonjanahary et al. da a conocer un limitador de corriente de falta que usa imanes permanentes. El artículo se refiere a un limitador ideal de corriente de falta para una conexión en serie con baja impedancia para corrientes de circuito nominal pero con alta impedancia para corrientes de falta.

El documento US 24/134565 se refiere a un proceso de autoensamblaje de nanopartículas magnéticas de múltiples componentes o con estructura núcleo-recubrimiento en nanocompuestos. Más en particular, se refiere a un proceso de autoensamblaje de nanocompuestos magnéticos que incluyen fases magnéticamente duras y blandas, que están acoplados mediante intercambio y que poseen productos de energía mucho mayores que materiales de una sola fase.

Según un aspecto de la invención, se proporciona un núcleo de limitador magnético de corriente de falta como el descrito en la reivindicación 1.

La provisión de una disposición sustancialmente paralela de primeros y segundos elementos magnéticos da como resultado un núcleo de limitador magnético de corriente de falta con pérdidas por histéresis más bajas debido a que la cantidad de flujo magnético que fluye a través del material magnético duro durante el funcionamiento normal del limitador magnético de corriente de falta se minimiza.

Durante el uso, cuando una bobina está enrollada alrededor del núcleo para formar un limitador magnético de corriente de falta, la disposición sustancialmente paralela de los primeros y segundos elementos magnéticos y la mayor permeabilidad magnética del material magnético blando no saturado permiten que la mayor parte del flujo magnético fluya preferentemente a través del material magnético blando durante condiciones de funcionamiento normales de un circuito eléctrico asociado. Esto significa que una cantidad mínima de flujo magnético pasa a través del material magnético duro durante condiciones de funcionamiento normales. Esto provoca una reducción en las pérdidas por histéresis en el núcleo, ya que el material magnético blando presenta niveles inferiores de histéresis magnética que el material magnético duro.

En caso de una falta u otra condición de funcionamiento anómala que dé como resultado una alta corriente de falta en el circuito eléctrico asociado, el cambio de la trayectoria de flujo del flujo magnético hacia el material magnético duro genera una alta impedancia en la bobina, lo que actúa para limitar la corriente de falta. Aunque este cambio en la trayectoria de flujo del flujo magnético da como resultado altos niveles de histéresis magnética, el flujo magnético solo fluye a través del material magnético duro durante cortos periodos de tiempo. Por consiguiente, las pérdidas por histéresis resultantes en el material magnético duro se mantienen al mínimo.

Por lo tanto, la disposición sustancialmente paralela de los primeros y segundos elementos magnéticos minimiza la cantidad de flujo magnético que fluye a través del material magnético duro durante el funcionamiento normal del limitador magnético de corriente de falta y, por tanto, reduce las pérdidas por histéresis en el núcleo de limitador magnético de corriente de falta.

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1.- Un núcleo de limitador magnético de comente de falta (1b), que comprende primeros elementos magnéticos (12) y segundos elementos magnéticos (14), estando dispuestos los elementos magnéticos para definir una disposición sustancialmente paralela de elementos magnéticos, incluyendo cada primer elemento magnético (12) un material magnético blando e incluyendo cada segundo elemento magnético (14) un material magnético duro, donde los elementos magnéticos están dispuestos para formar capas primarias alternas de primeros y segundos elementos magnéticos, donde el material magnético blando en un estado saturado tiene una permeabilidad magnética más baja que el material magnético duro y donde el material magnético blando en un estado no saturado tiene una permeabilidad magnética más alta que el material magnético duro.

2.- Un núcleo de limitador magnético de corriente de falta según la reivindicación 1, en el que al menos un primer elemento magnético (12) está separado de al menos un segundo elemento magnético vecino (14) mediante un aislante.

3.- Un núcleo de limitador magnético de corriente de falta según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que al menos un primer elemento magnético (12) y/o al menos un segundo elemento magnético (14) incluye una pluralidad de capas secundarias de material magnético, estando separada cada capa secundaria de la o de cada capa secundaria vecina mediante un aislante.

4.- Un núcleo de limitador magnético de corriente de falta según cualquier reivindicación anterior, que incluye al menos un elemento magnético que presenta un diámetro interior hueco en el que una parte de al menos un primer elemento magnético está alojada dentro de un diámetro interior hueco de un segundo elemento magnético que presenta un diámetro interior hueco y/o una parte de al menos un segundo elemento magnético está alojada dentro de un diámetro interior hueco de un primer elemento magnético.

5.- Un núcleo de limitador magnético de corriente de falta según cualquier reivindicación anterior, que incluye al menos un elemento magnético que presenta un interior hueco y sellado, donde al menos un primer elemento magnético está alojado dentro de un interior hueco y sellado de un segundo elemento magnético y/o al menos un segundo elemento magnético está alojado dentro de un interior hueco y sellado de un primer elemento magnético.

6.- Un núcleo de limitador magnético de corriente de falta según cualquier reivindicación anterior, en el que cada elemento magnético es una varilla o una barra.

7.- Un núcleo de limitador magnético de corriente de falta según cualquier reivindicación anterior, en el que la sección transversal de cada elemento magnético tiene una forma circular, ovalada o poliédrica.

8.- Un núcleo de limitador magnético de corriente de falta según cualquier reivindicación anterior, en el que al menos un primer elemento magnético está separado de al menos un segundo elemento magnético vecino mediante un entrehierro, y en el que al menos un tal entrehierro contiene material eléctricamente aislante.

9.- Un limitador magnético de corriente de falta, que comprende uno o más núcleos de limitador magnético de corriente de falta según cualquier reivindicación anterior y al menos un conductor eléctrico enrollado alrededor de una parte del o de cada núcleo para definir una bobina.

1.- Un limitador magnético de corriente de falta según la reivindicación 9, en el que el o cada conductor eléctrico está enrollado alrededor de primeros y segundos elementos magnéticos.

11.- Un limitador magnético de corriente de falta según la reivindicación 1, en el que, durante el uso, el o cada conductor eléctrico transporta una corriente alterna.

12.- Un limitador magnético de corriente de falta según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en el que la o cada bobina se conecta de manera operativa, durante el uso, a uno o más circuitos eléctricos.

13.- Un limitador magnético de corriente de falta según la reivindicación 12, en el que la o cada bobina presenta una impedancia para minimizar una corriente de falta creada por una falta, durante el uso, en un circuito eléctrico.

14.- Un limitador magnético de corriente de falta según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, en el que la o cada bobina tiene forma de solenoide o de toroide.