ES2326105A1 - Limitador de corriente de averia de superconduccion complejo. - Google Patents
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Abstract
Limitador de corriente de avería de
superconducción complejo.
La presente invención se refiere a un limitador
de corriente de avería de superconducción complejo que añade una
reactancia de limitación de corriente a un superconductor para
proteger la línea de potencia de una corriente de avería, y más
particularmente, a un limitador de corriente de avería de
superconducción complejo que usa un número mínimo de limitadores de
corriente de avería de superconducción, al mismo tiempo que evita
conexiones en serie y en paralelo de una pluralidad de
superconductores y bobinas, para fabricar económicamente el
limitador de corriente de avería en un pequeño tamaño. Un
superconductor, un conmutador de alta velocidad, y un interruptor
de circuito están conectados en serie entre sí. Un conmutador de
semiconductor está conectado en paralelo con una segunda reactancia.
Cuando la corriente de avería se produce, es dividida en el
circuito derivado, de modo que una segunda reactancia la
limita.
Description
Limitador de corriente de avería de
superconducción complejo.
La presente invención se refiere a un limitador
de corriente de avería de superconducción que puede limitar
eficazmente una corriente de avería que se produce en un sistema de
potencia eléctrico usando un superconductor, y más particularmente,
a un limitador de la corriente de avería de superconducción complejo
capaz de minimizar el tiempo que el superconductor soporta una
elevada corriente y una alta tensión cuando se produce una
corriente de avería, que conecta de modo reciproco y sistemático un
conmutador de alta velocidad, un conmutador de semiconductor y una
reactancia en el superconductor, para fabricar económicamente el
limitador de corriente de avería de un pequeño tamaño.
Un superconductor raramente resiste la corriente
que circula por la línea de potencia hasta que la corriente
alcanza una corriente de umbral predeterminado, pues la resistencia
se eleva bruscamente cuando la corriente sobrepasa la corriente de
umbral. Debido a tales características, un superconductor puede
funcionar como un elemento de limitación de la corriente de avería
que limita una corriente de avería en un sistema de potencia
eléctrico, tal como una corriente de cortocircuito.
Convenientemente, un limitador de la corriente
de avería de superconductor ha usado helio líquido como un
refrigerante para mantener un estado de superconducción, pero
problemas tales como un coste significativo de la refrigeración y
una fabricación complicada han desterrado en el mundo los estudios
sobre este limitador de corriente de avería de superconducción. No
obstante, como ha sido desarrollado recientemente un material
superconductor que usa nitrógeno líquido para mantener un estado de
superconducción, los estudios sobre un limitador de corriente de
avería de superconducción que usa este material están ganando
actualidad.
Los limitadores de la corriente de avería de
superconducción que usan superconductores están clasificados en
limitadores de corriente de avería resistivos, limitadores de
corriente de avería inductivos, y limitadores de corriente de avería
complejos o similares. Puesto que los limitadores de corriente de
avería de superconducción han de soportar una alta tensión y una
gran corriente en un sistema de potencia eléctrico, los limitadores
de corriente de avería de superconducción deben usar una cantidad
exponencialmente grande de superconductores. En otras palabras,
para tener una fuerza que pueda mantener el limitador de corriente
de avería de superconducción contra una alta tensión, ha de
conectarse un gran número de superconductores en serie, y para
tener una fuerza que pueda resistir una gran corriente, un gran
número de superconductores debe ser conectado también en
paralelo.
La técnica convencional anteriormente mencionada
se describirá más adelante con referencia a la figura 1.
El limitador de corriente de avería de
superconducción según la técnica convencional, mostrada en la
figura 1, comprende una matriz 220 de limitación de la corriente, y
una matriz 218 de disparador que proporciona campos magnéticos
para permitir la amortiguación simultánea éticos para permitir la
amortiguación simultánea (transición de un estado de superconducción
a un estado de conducción normal, es decir, a un estado resistivo)
de los superconductores en la matriz 220 de limitación de corriente.
Para ser más concreto, la matriz 220 de limitación de la corriente
se configura conectando m módulos (312-1 \sim
312-m) de limitación de la corriente en serie, el
módulo de limitación de la corriente se configura conectando n
elementos (314-1 \sim 314-n) de la
matriz de limitación de la corriente en paralelo. Aquí, cada uno de
los elementos (314-1 \sim 314-n)
de la matriz de limitación de la corriente comprende un
superconductor.
La matriz 218 de disparador se configura
conectando los n elementos (310-1 \sim
310-n) de la matriz de disparador en paralelo, cada
uno de los elementos (310-1 \sim
310-n) de la matriz de disparador comprende un
superconductor y está conectado a los n elementos
(314-1 \sim 314-n) de la matriz de
limitación de la corriente, respectivamente.
En la figura 1, los números A y C de referencia
indican cada uno un terminal de entrada y un terminal de salida del
limitador de corriente de avería de superconducción según la
técnica convencional.
Los módulos de limitación de la corriente de
superconducción se configuran modificando el número de conexiones
en serie y en paralelo de acuerdo con el sistema de potencia
eléctrica en el que se usa el limitador de corriente de
superconducción, es decir la capacidad de las tensiones y
corrientes de las líneas (circuitos) de potencia.
El limitador de corriente de avería de
superconducción anteriormente mencionado según la técnica
convencional tiene los problemas siguientes:
En primer lugar, se requieren las conexiones en
serie y paralelo de un gran número de superconductores para mejorar
la fuerza soportable del limitador de la corriente de avería de
superconducción contra una alta tensión y una gran corriente, y
consecuentemente se requiere un recipiente que contenga refrigerante
para mantener un estado de superconducción del superconductor, que
tenga un gran tamaño y elevado coste de fabricación.
En segundo lugar, aunque sea conectado un gran
número de superconductores en serie y en paralelo como se describe
anteriormente, los superconductores deben amortiguar simultáneamente
para resistir la alta temperatura. Por lo tanto, cuando existen
defectos de fabricación y mal comportamiento en el procedimiento de
fabricación o de funcionamiento del superconductor, el
superconductor se daña causando probablemente, por tanto, la avería
en el limitador de corriente de avería de superconducción. En otras
palabras, un mal funcionamiento parcial del superconductor puede
afectar seriamente el funcionamiento global del limitador de la
corriente de avería de superconducción, que puede conducir a una
fiabilidad inestable.
Por lo tanto un objeto de la presente invención
es proporcionar un limitador de la corriente de avería de
superconducción que use un número mínimo de superconductores, para
fabricar económicamente el limitador con un pequeño tamaño, y
garantizar un funcionamiento fiable.
Para conseguir estas y otras ventajas y de
acuerdo con el propósito de la presente invención, como se
incorpora y describe detalladamente en esta memoria, se proporciona
un limitador de corriente de avería de superconducción complejo que
comprende: un superconductor que se conecta en serie a la línea de
potencia; un primer conmutador que se conecta en serie al
superconductor, se cierra para permitir que la corriente circule
sobre la línea de potencia cuando circula una corriente normal
sobre la línea de potencia, y se abre cuando circula una gran
corriente sobre la línea de potencia, para interrumpir la línea de
potencia, y se abre mediante una fuerza magnética; una primera
reactancia que tiene una primera impedancia que es menor que una
impedancia del superconductor cuando circula una mayor corriente
sobre la línea de potencia, está conectada en paralelo con el
superconductor, y sirve como una trayectoria derivada para la
corriente que circula a través del superconductor y el primer
conmutador cuando una mayor corriente circula por la línea de
potencia, siendo activada la primera reactancia por la corriente
que circula a través de la trayectoria derivada por tanto para
conmutar el primer conmutador abriendo el circuito; una segunda
reactancia que está conectada en serie con la trayectoria derivada
formada por la primera reactancia, y tiene una segunda impedancia
que es mayor que la primera impedancia de la primera reactancia
para limitar la gran corriente; un conmutador de semiconductor que
está conectado en paralelo a la segunda reactancia y es capaz de
conectar al recibir una señal de disparador; y un controlador de
disparador que detiene el envío de la señal de disparador al
conmutador de semiconductor en respuesta a la apertura del primer
conmutador.
Preferiblemente, el limitador de corriente de
avería superconductor complejo de la presente invención comprende
además: un interruptor de circuito que interrumpe la línea de
potencia cuando una gran corriente circula sobre la línea de
potencia, y está conectado a la línea de potencia antes del
superconductor, el primer conmutador y la trayectoria de derivación;
un transformador de corriente que está conectado a la trayectoria
de derivación para detectar la corriente que circula a través de la
trayectoria de derivación, y emitir una primera señal de tensión
correspondiente a la corriente detectada; un controlador de
accionamiento de la desconexión del interruptor de circuito que
comprende una primera entrada que está conectada al superconductor y
a la cual se aplica una segunda señal de tensión correspondiente a
la tensión del superconductor, y una segunda entrada a la cual se
aplica una primera señal de tensión procedente del transformador de
corriente, y proporciona una señal de accionamiento de la
desconexión al interruptor de circuito cuando cualquiera de la
primera señal de tensión o la segunda señal de tensión está
introducida.
Además, preferiblemente, el controlador de
disparo comprende un conmutador óptico que tiene una parte que
emite luz que emite una señal óptica, y una parte que recibe luz
que proporciona la señal de disparo al conmutador de semiconductor
si la parte que recibe la luz recibe una señal óptica de la parte
que emite luz cuando el primer conmutador está cerrado, y que
detiene proporcionando una señal óptica al conmutador de
semiconductor cuando el primer conmutador está abierto cortando de
ese modo la señal óptica.
Además, preferiblemente, el controlador del
disparador comprende un microconmutador que está dispuesto en el
camino de la posición de apertura que mueve el primer conmutador
para que esté enclavado en la posición del primer conmutador,
proporciona la señal de disparo al conmutador de semiconductor
cuando el primer conmutador está cerrado, y cuando el primer
conmutador está abierto, detiene el envío de la señal de disparo al
conmutador de semiconductor.
En adición, preferiblemente, el conmutador de
semiconductor que comprende uno cualquiera de un Thyristor, un
TRIAC, un IGBT (Transistor Bipolar de Puerta Aislada), un Thyristor
GTO (Thyristor de Cierre de Puerta), un SSR (Relé de Estado
Sólido), un FET (Transistor de Efecto de Campo), y un
Transistor.
En adición, preferiblemente, el controlador de
accionamiento del fiador de interruptor de circuito comprende un
circuito OR que proporciona una señal de accionamiento de fiador al
interruptor de circuito cuando cualquiera de la primera señal de
tensión o la segunda señal de tensión ha sido introducida.
En adición, preferiblemente, el controlador de
accionamiento del fiador de interruptor de circuito comprende: un
primer comparador que compara la primera señal de tensión con una
predeterminada primera tensión de referencia, y emite una
correspondiente señal si la primera señal de tensión es mayor que
la primera tensión de referencia; un segundo comparador que compara
la segunda señal de tensión con una predeterminada segunda tensión
de referencia, y emite una correspondiente señal si la segunda
señal de tensión es mayor que la segunda tensión de referencia; y un
circuito OR que está conectado a la salida de los primer y segundo
comparadores, y aplica una señal de accionamiento de fiador al
interruptor de circuito si la señal es introducida en el circuito OR
desde al menos uno de los primer y segundo comparadores.
Preferiblemente el primer conmutador es un
contacto cerrado normal.
Además, preferiblemente, el primer conmutador
comprende un contacto estacionario que está conectado en serie a la
línea de potencia entre el superconductor y el interruptor de
circuito, y el contacto movible que puede conmutar entre una
posición en contacto con el contacto estacionario para permitir que
la corriente circule sobre la línea de potencia y una posición
separada del contacto estacionario por una fuerza magnética de la
primer reactancia para interrumpir la línea de potencia.
El anterior y otros objetos, características,
aspectos y ventajas de la presente invención se comprenderán mejor
a partir de la descripción detallada siguiente de la presente
invención cuando sea considerada en combinación con los dibujos que
se acompañan.
Los dibujos que se acompañan, que se incluyen
para proporcionar una mejor comprensión de la invención y se
incorporan en ella, constituyen una parte de esta especificación,
ilustran realizaciones de la invención y junto con la descripción
sirven para explicar los principios de la invención.
En los dibujos:
La figura 1 es un diagrama de bloques que
ilustra la configuración de un limitador de corriente de avería de
superconducción según una técnica convencional;
la figura 2 es un diagrama de bloques que
ilustra la configuración de un limitador de corriente de avería de
superconducción complejo según una primera realización de la
presente invención;
la figura 3 es un diagrama de bloques que
ilustra la configuración de un limitador de corriente de avería de
superconducción complejo según una segunda realización de la
presente invención;
las figuras 4A y 4B son diagramas de bloques que
ilustran la configuración de un controlador de accionamiento de
fiador de interruptor de circuito en el limitador de corriente de
avería de superconducción complejo de la presente invención;
la figura 4A es un diagrama de bloques que
ilustra la configuración del controlador de accionamiento del
fiador de interruptor de circuito según la primera realización;
la figura 4B es un diagrama de bloques que
ilustra la configuración del controlador de accionamiento del
fiador de interruptor de circuito según la segunda realización;
la figura 5 es una forma de onda que ilustra los
cambios de circulación de corriente a través del limitador de
corriente de avería de superconducción de la presente invención
cuando se produce una corriente de avería;
las figuras 6 a 8 son vistas explicativas que
ilustran el funcionamiento del limitador de corriente de avería de
superconducción complejo de la presente invención;
la figura 6 es una vista explicativa que ilustra
el funcionamiento cuando circula una corriente normal a través del
limitador de corriente de avería de superconducción complejo de la
presente invención;
la figura 7 es una vista explicativa que ilustra
el funcionamiento durante la elevación inicial de una corriente de
avería que circula sobre el limitador de corriente de avería de
superconducción complejo de la presente invención; y
la figura 8 es una vista explicativa que ilustra
un estado terminado de funcionamiento cuando una corriente de
avería circula a través de un circuito derivado del limitador de
corriente de avería de superconducción complejo de la presente
invención.
A continuación se hará referencia detallada a
las realizaciones preferidas de la presente invención, ejemplos de
las cuales se ilustran en los dibujos que se acompañan.
Seguidamente, se describirán las realizaciones
preferidas de la presente invención con referencia a los dibujos
que se acompañan.
En primer lugar, se describirá un limitador de
corriente de avería de superconducción complejo según una primera
realización de la presente invención con referencia a un diagrama
de bloques de configuración de la figura 2.
El limitador de corriente de avería de
superconducción complejo según la primera realización de la
presente invención comprende un superconductor 1 que está conectado
en serie con la línea de potencia. El limitador de corriente de
avería de la presente invención comprende un primer conmutador 4 que
está conectado en serie al superconductor 1. El conmutador se
cierra para permitir que la corriente circule sobre la línea de
potencia cuando una corriente normal circula sobre la línea de
potencia, y se abre cuando una gran corriente circula por la línea
de potencia, para interrumpir la línea de potencia. El conmutador
puede ser abierto mediante una fuerza magnética.
El limitador de corriente de avería comprende
una primera reactancia 2 que tiene una primera impedancia que es
menor que una impedancia del superconductor 1 cuando una mayor
corriente circula sobre la línea de potencia, y está conectada en
paralelo con el superconductor 1. En adición, cuando una mayor
corriente circula por la línea de potencia, la primera reactancia 2
sirve como una trayectoria derivada para la corriente que circula a
través del superconductor 1 y el primer conmutador 4, y es
magnetizado por la circulación de corriente a través de la
trayectoria derivada conmutando por tanto el primer conmutador 4
para que abra.
El limitador de la corriente de avería de la
presente invención comprende una segunda reactancia 14 que está
conectada en serie con la trayectoria derivada formada por la
primera reactancia 2, y tiene una segunda impedancia que es mayor
que la primera impedancia de la primera reactancia 2 para limitar
la gran corriente.
El limitador de la corriente de avería de la
presente invención comprende un conmutador 13 de semiconductor que
está conectado en paralelo con la segunda reactancia 14 y es
abierto por una señal de disparador.
El limitador de corriente de avería de la
presente invención comprende un controlador 6a de disparo que
detiene el envío de una señal de disparo al conmutador 13 de
semiconductor en respuesta a la abertura del primer conmutador
4.
El limitador de corriente de avería de
superconducción complejo según la presente invención puede incluir
además, un interruptor 15 de circuito que interrumpe la línea de
potencia cuando circula una gran corriente por la línea de
potencia, el interruptor 15 de circuito está conectado a la línea
de potencia detrás del superconductor 1, el primer conmutador 4 y
la trayectoria derivada.
El primer conmutador 4 puede estar compuesto un
conmutador de contacto próximo normal que pueda ser conmutado para
que abra mediante una fuerza magnética de la primera reactancia 2.
En otras palabras, cuando la primera reactancia 2 aplica una fuerza
magnética al primer conmutador 4, el primer conmutador se abre. Por
otra parte, cuando la primera reactancia 2 no aplica fuerza
magnética alguna al primer conmutador, el primer conmutador está
cerrado.
El primer conmutador 4 comprende un contacto
estacionario (no designado mediante un número de referencia) que
está conectado en serie con la línea de potencia entre el
superconductor 1 y el interruptor 15 de circuito, y un contacto
movible 5 que puede conmutar entre una posición en contacto con el
contacto estacionario para permitir que la corriente circule y una
posición separada del contacto estacionario por una fuerza magnética
de la primera reactancia 2 para interrumpir la línea de potencia. Un
número 5a de referencia es un componente que envía un estado de
desplazamiento de la abertura del primer conmutador 4 a un
controlador 6a de disparo que está incluido en el contacto 5
movible.
Con esta configuración, el primer conmutador 4
funciona como un conmutador de alta velocidad que puede ser abierto
y separado del contacto estacionario en menos de 1 ms (1
milisegundo).
El controlador 6a de disparador comprende un
conmutador óptico que tiene una parte que emite luz que emite una
señal óptica, y una parte que recibe luz que proporciona la señal
de disparo al conmutador 13 de semiconductor si la parte que recibe
luz recibe una señal óptica de la parte que emite luz cuando el
primer conmutador 4 está cerrado, y que detiene proporcionando la
señal de disparo al conmutador 13 de semiconductor cuando el primer
conmutador se abre interrumpiendo de esa manera la señal
óptica.
En adición, el controlador 6a del disparador
comprende un microconmutador que se dispone sobre el camino de la
posición de apertura moviendo el primer conmutador 4 para que esté
enclavado en la posición del primer conmutador 4, que proporciona
la señal de disparo al conmutador de semiconductor cuando el primer
conmutador está cerrado y detiene proporcionando la señal de disparo
al conmutador 13 de semiconductor cuando el primer conmutador está
abierto. El microconmutador proporciona la señal de disparo al
conmutador 13 de semiconductor cuando el primer conmutador 4 se
cierra, y el microconmutador detiene el envío de la señal de disparo
al conmutador 13 de semiconductor cuando el primer conmutador 4 está
abierto.
El conmutador 13 de semiconductor puede ser uno
cualquiera de un Thyristor, un TRIAC, un IGBT (Transistor Bipolar de
Puerta Aislada), un Thyristor GTO (Thyristor de Cierre de Puerta),
un SSR (Relé de Estado Sólido), un FET (Transistor de Efecto de
Campo), y un Transistor.
El interruptor 15 de circuito puede estar
compuesto de un interruptor de circuito bien conocido para el
cableado de un interruptor de circuito de aire si la línea de
potencia es una línea para una tensión relativamente baja, en otro
caso, el interruptor de circuito puede estar compuesto de un
interruptor de circuito de vacío bien conocido si la línea de
potencia es una línea para una alta tensión.
Mientras tanto, la configuración de un limitador
de corriente de avería de superconducción complejo según una
segunda realización de la presente invención se describirá con
referencia a la figura 3.
El limitador de corriente de avería de
superconducción complejo según la segunda realización de la
presente invención comprende el superconductor 1 que está conectado
en serie con la línea de potencia.
El limitador de corriente de avería según la
segunda realización de la presente invención comprende el primer
conmutador 4 que está conectado en serie con el superconductor 1.
Cuando circula una corriente normal por la línea de potencia, el
primer conmutador 4 está cerrado para permitir que la corriente
circule por la línea de potencia, y cuando circula una gran
corriente por la línea de potencia, el primer conmutador 4 es
conmutado a abierto para interrumpir la corriente que circula por la
línea de potencia. El primer conmutador 4 puede ser conmutado al
estado de abierto por una fuerza magnética.
El limitador de corriente de avería según la
segunda realización de la presente invención comprende una primera
reactancia 2 que tiene una primera impedancia que es menor que la
impedancia del superconductor 1 cuando una gran corriente circula
por la línea de potencia, y está conectada en paralelo con el
superconductor 1. En adición, primera reactancia 2 sirve como una
trayectoria derivada para la corriente que circula a través del
superconductor 1 y el primer conmutador 4 cuando una gran corriente
circula por la línea de potencia, y está magnetizada por la
corriente de derivación que circula a través de la trayectoria
derivada conmutando por tanto el primer conmutador 4a
abierto.
abierto.
El limitador de corriente de avería según la
segunda realización de la presente invención comprende la segunda
reactancia 14 que está conectada en serie en la trayectoria
derivada que está formada por la primera reactancia 2 y tiene una
segunda impedancia que es mayor que la primera impedancia de la
primera reactancia 2 para limitar la gran corriente.
El limitador de corriente de avería según la
segunda realización de la presente invención que comprende un
conmutador 13 de semiconductor que está conectado en paralelo con
la segunda reactancia 14 y puede ser conmutado conductor mediante
una señal de disparador.
El limitador de corriente de avería según la
segunda realización de la presente invención comprende
controladores 6 y 7 de disparador que detienen el envío la señal de
disparo al conmutador 13 de semiconductor en respuesta a la
apertura del primer conmutador 4.
El limitador de corriente de avería según la
segunda realización de la presente invención comprende el
interruptor 15 de circuito que está conectado a la línea de potencia
detrás del superconductor 1, el primer conmutador 4 y la
trayectoria derivada e interrumpe la línea de potencia cuando
circula una mayor corriente por la línea de potencia.
El limitador de corriente de avería según la
segunda realización de la presente invención comprende un
transformador de corriente (no designado con un número de
referencia) que está conectado en la trayectoria derivada para
detectar la corriente que circula a través de la trayectoria de
derivación, y emite una primera señal de detección correspondiente
a la corriente detectada.
El limitador de corriente de avería según la
segunda realización de la presente invención comprende un
controlador 11 de accionamiento de fiador de interruptor de circuito
que comprende una primera entrada 8 que está conectada al
superconductor 1 y al que se aplica una segunda señal de tensión
correspondiente a la tensión del superconductor 1, y una segunda
entrada 10 a la que se aplica una primera señal de tensión del
transformador de tensión. El controlador de accionamiento del fiador
del interruptor proporciona una señal de accionamiento de fiador al
interruptor 15 de circuito cuando se introduce la primera señal de
tensión o la segunda señal de tensión.
La segunda realización de la presente invención
es diferente de la primera realización de la presente invención
porque el limitador de corriente de avería comprende además el
transformador de corriente y el controlador 11 de accionamiento de
fiador de interruptor de circuito.
Según la segunda realización de la presente
invención, los controladores 6 y 7 de disparador pueden estar
compuestos de un conmutador óptico que tiene una parte 6 de emisión
de luz que emite una señal óptica, y una parte 7 de recepción de
luz que proporciona la señal de disparador al conmutador 13 de
semiconductor si la parte de recepción de luz recibe una señal
óptica de la parte 6 que emite luz cuando el primer conmutador 4 se
cierra, y detiene proporcionando la señal de disparador al
conmutador 13 de semiconductor cuando el primer conmutador se abre
por tanto para interrumpir la señal óptica.
En adición, la segunda realización de la
presente invención es similar a la primera realización de la
presente invención porque el controlador 6 y 7 de disparador puede
ser configurado como un microinterruptor para sustituir el
conmutador óptico. El microinterruptor se dispone sobre la vía de
movimiento del primer conmutador 4 en la posición de abierto para
que esté interconectado con la posición del primer conmutador 4, el
microconmutador proporciona la señal de disparador al conmutador 13
de semiconductor cuando el primer conmutador 4 está cerrado y
detiene proporcionando la señal de disparador al conmutador 13 de
semiconductor cuando el primer conmutador 4 está abierto.
Mientras tanto, según la segunda realización de
la presente invención, el controlador 11 de accionamiento del
fiador del interruptor de circuito, como se muestra en la figura
4A, puede estar configurado como un circuito OR lógico (abreviado
como circuito OR) que proporciona una señal de accionamiento de
fiador al interruptor 15 de circuito, cuando se introduce
cualquiera de las primera señal de tensión o segunda señal de
tensión.
Además, el controlador 11 de accionamiento de
desconexión del interruptor de circuito, como se muestra en la
figura 4B, comprende: un primer comparador (COM1) que compara la
primera señal de tensión con una predeterminada primera tensión
(REF1) de referencia, y emite una correspondiente señal de salida si
la primera señal de tensión es mayor que la primera tensión (REFl)
de referencia; un segundo comparador (COM2) que compara la segunda
señal de tensión con una predeterminada segunda tensión (REF2) de
referencia, y emite una correspondiente señal de salida si la
segunda señal de tensión es mayor que la segunda tensión (REF2) de
referencia; y un circuito OR que está conectado a la salida del
primer y segundo comparadores (COM1, COM2), y envía una señal de
accionamiento de desconexión al interruptor 15 de circuito si la
señal se introduce en el circuito OR de al menos uno de los primero
y segundo comparadores (COM1, COM2).
En la figura 3, un número 3 de referencia indica
una línea de fuerza magnética que se aplica al primer conmutador 4
cuando la primera reactancia 2 está magnetizada.
El primer conmutador 4 comprende un contacto
estacionario (no designado por un número de referencia) que está
conectado en serie en la línea de potencia entre el superconductor 1
y el interruptor 15 de circuito, y el contacto movible 5 que puede
conmutar entre una posición en contacto con el contacto
estacionario para permitir que la corriente circula por la línea de
potencia y una posición separada del contacto estacionario por una
fuerza magnética de la primera reactancia 2 para interrumpir la
línea de potencia. Un número 5a de referencia, es un componente que
envía un estado de desplazamiento de la abertura del primer
conmutador 4 al controlador 6a de disparador que está incluido en
el contacto movible.
Un número 12 de referencia indica una
trayectoria de señal para que una señal de accionamiento de
desconexión sea enviada desde el controlador 11 de accionamiento de
fiador de interruptor de circuito al interruptor 15 de circuito.
Por otra parte, el funcionamiento del limitador
de corriente de avería de superconductor complejo de la presente
invención que tiene la anterior configuración se describirá con
referencia a las figuras 5 a 8 más adelante.
La figura 5 es una forma de onda que ilustra
cambios de la corriente que circula a través del limitador de la
corriente de avería de superconducción de la presente invención
cuando se produce una corriente de avería. Las figuras 6 a 8 son
vistas explicativas que ilustran el funcionamiento del limitador de
la corriente de avería de superconducción complejo de la presente
invención. La figura 6 es una vista explicativa que ilustra el
funcionamiento cuando circula una corriente normal a través cuando
circula una corriente normal a través del limitador de corriente de
avería de superconducción complejo de la presente invención. La
figura 7 es una vista explicativa que ilustra el funcionamiento
durante la elevación inicial de una corriente de avería que circula
a través del limitador de corriente de avería de superconducción
complejo de la presente invención. La figura 8 es una vista
explicativa que ilustra un estado terminado de funcionamiento
cuando una corriente de avería circula a través de una línea de
potencia derivada del limitador de corriente de avería de
superconducción complejo de la presente invención.
En primer lugar, el funcionamiento del limitador
de corriente de avería de superconducción complejo de la presente
invención se describirá, cuando circula una corriente normal por la
línea de potencia, con referencia a las figuras 5 y 6 a
continuación.
Como la onda de una corriente normal de la
figura 5, cuando una corriente 16 que circula por un sistema de
potencia eléctrica, es decir, por la línea de potencia, es una
corriente normal, la corriente 15 es menor que una corriente de
umbral que origina que el semiconductor 1 la extinga, por tanto, la
resistencia eléctrica del superconductor 1 es "0" (cero).
La primera reactancia 2 tiene una impedancia
predeterminada que es mayor que "0" pero menor que la
impedancia del superconductor 1 cuando una gran corriente circula
por la línea de potencia, por ejemplo, decenas de K\Omega (mil
ohmios); por lo tanto la corriente no pasa por la reactancia 2,
sino que pasa por el superconductor 1 sin resistencia
eléctrica.
Por lo tanto, la corriente 16 circula a través
del superconductor 1 sin pérdidas y pasa a través del primer
conmutador 4 circulando por tanto a través del interruptor 15 de
circuito de las figuras 2 y 3.
Por otra parte, la descripción que sigue se
efectuará con referencia a la figura 7 que ilustra el
funcionamiento durante la elevación inicial de una corriente de
avería que circula por un limitador de corriente de avería de
superconducción complejo de la presente invención y la figura 5 que
es una forma de onda.
\newpage
En la figura 5, en el momento de crecimiento
inicial de una corriente de avería, si se produce un accidente tal
como un cortocircuito o una conexión a tierra en la línea de
potencia, la corriente 16 crece significativamente y llega a ser
una gran corriente. Si el limitador de corriente de avería de
superconducción complejo de la presente invención no se
proporciona, la corriente 16 que circula por la línea de potencia
tendrá una forma de onda de crecimiento brusco como la corriente 16
después del momento de generación de la corriente de avería de la
figura 5. En el crecimiento inicial de la corriente de avería, la
corriente 16 se divide en una corriente 17 que circula a través del
superconductor 1 y una corriente derivada 18 que circula a través
de la primera reactancia 2, como se muestra en la figura 7. En este
momento, cuando se produce un cortocircuito en la línea de potencia,
el superconductor 1 amortigua en cientos de \mus (microsegundo), y
la resistencia del superconductor aumenta bruscamente desde cero a
varias decenas de ohmios transformándose en un resistor. Por lo
tanto, la mayoría de las corrientes de avería se dividen para
circular a través de la primera reactancia 2 que tiene una baja
impedancia.
En este momento la corriente derivada 18 que
circula a través de la primera reactancia 2 tiene la misma forma de
onda que la de la figura 5.
Justamente después el superconductor 1
amortigua, puesto que la corriente derivada 18 es pequeña, una
fuerza magnética que es generada por la magnetización de la primera
reactancia 2, que es, un campo magnético 19 que es pequeño, por
tanto, la fuerza repulsiva no es significativa, de modo que el
contacto movible 5 del primer conmutador 4 permanece todavía en
contacto con el contacto estacionario como se muestra en la figura
7.
Mientras tanto, más adelante, la descripción
continuará con referencia a la figura 8 que ilustra un estado
finalizado de funcionamiento cuando circula una corriente de avería
a través de la línea de potencia derivada del limitador de corriente
de avería de superconducción complejo de la presente invención y la
figura 5 que es un diagrama de la onda.
Si la corriente derivada 18 aumenta gradualmente
y la primera reactancia 2 genera una gran fuerza magnética, es
decir un gran campo magnético 19 después de una corriente de avería
que circula dentro del sistema de potencia eléctrico, es decir,
dentro de la línea de potencia y el superconductor 1 amortigua, una
corriente parásita sobre el contacto 5 movible aumenta y una fuerza
de repulsión electromagnética entre la primera reactancia 2 y el
contacto 5 movible aumenta; por lo tanto, el contacto 5 movible se
separa del contacto estacionario, como se muestra en la figura
8.
En este momento, puesto que la corriente que
circula a través del superconductor 1 y el primer conmutador 4
tiene una pequeña onda indicada con 17 en la figura 5 a causa de
la limitación de corriente del superconductor 1 y la derivación en
la primera reactancia 2, no se produce un arco cuando el contacto
movible 5 se separa del contacto estacionario, y la fuerza repulsiva
electromagnética es mucho mayor que una presión de contacto
(presión que mantiene el estado de contacto) de los contactos; por
lo tanto, el contacto movible 5 se separa completamente del contacto
estacionario en un corto espacio de tiempo, por ejemplo, el tiempo
de retardo ilustrado en la figura 5.
Después, un conmutador de alta velocidad, es
decir, el primer conmutador 4 se abre, la totalidad de las
corrientes de avería circulan exclusivamente a través de la
trayectoria derivada que está formada por la primera reactancia 14,
que se muestra mediante una corriente 18* derivada en la figura 8,
estando la trayectoria derivada conectada en paralelo con la línea
de potencia.
En este caso, el tratamiento de las tensiones
aplicadas en ambos extremos del semiconductor 1 es muy importante,
hasta que el primer conmutador está completamente abierto. Según la
técnica convencional, para responder al crecimiento de las
tensiones en ambos extremos del superconductor correspondientes a la
elevación de la resistencia del superconductor, una pluralidad de
superconductores debería ser conectada en serie en cada lado, y el
limitador de corriente de avería de superconducción complejo según
la presente invención puede reducir la tensión como sigue.
En otras palabras, en el limitador de corriente
de avería de superconducción complejo según la presente invención,
puesto que la primera reactancia 2 tiene una impedancia muy pequeña
en el margen de varias decenas de K\Omega, una impedancia total
que se obtiene sumando la impedancia que es generada en el momento
de amortiguación del superconductor 1 es también muy pequeña; por lo
tanto, una alta tensión no se aplica en ambos extremos del
superconductor 1. Esto puede ser expresado mediante la ecuación de
flujo:
(1)V = If x
Zt
En la Ecuación (1), "V" indica la tensión
que se aplica en ambos extremos del superconductor, "If" indica
un tamaño de la corriente de avería, y "Zt" indica una
impedancia total de la impedancia de la primera reactancia 2 y la
impedancia que es generada cuando el superconductor 1 amortigua.
Por ejemplo, cuando una corriente de avería de 30 KA (kiloamperios)
y una impedancia total de 20 K\Omega (mil ohmios) se sustituyen
por las variables de la ecuación, la tensión que se aplica en ambos
extremos del superconductor no es mayor de 600 voltios. Esa tensión
es muy pequeña, comparada con una tensión normal, es decir, una
tensión de sistema de un sistema de potencia eléctrica de alta
tensión está comprendida generalmente en el margen de varios
kilovoltios a cientos de kilovoltios.
En adición, en el limitador de corriente de
avería de superconducción complejo de la presente invención, el
superconductor 1 no distingue una gran corriente de una pequeña
corriente. En el limitador de corriente de avería de
superconducción complejo de la presente invención, el superconductor
1 sirve en la derivación de la mayoría de las, corrientes de avería
en la primera reactancia 2.
Mientras tanto, si el contacto 5 movible del
primer conmutador 4 está completamente separado del contacto
estacionario, el controlador 6a del disparador detiene el envío de
una señal de disparador al conmutador 13 de semiconductor y el
conmutador 13 de semiconductor consecuentemente se desconecta. Por
lo tanto, todas las corrientes de avería circulan a través de la
primera reactancia 2 y por tanto se introducen en la segunda
reactancia 14 que está conectada, en paralelo con el conmutador 13
de semiconductor desconectado. Puesto que la segunda reactancia 14
tiene una alta impedancia, por ejemplo varios \Omega (ohmios), la
corriente de avería está limitada por la segunda reactancia 14 y
por tanto disminuye como se muestra mediante la onda (18*) de la
figura 5.
En adición, una vez que el contacto 5 movible
del primer conmutador 4 está completamente separado del contacto
estacionario, la segunda reactancia 14 que tiene una alta
impedancia soporta también una alta tensión debida a la corriente
de avería. En cuanto a lo que soporta la segunda reactancia 14 con
una alta tensión, puesto que el interruptor 15 de circuito es
desconectado instantáneamente en menos de 100 milisegundos por una
señal de activación de la descarga procedente del controlador 11 de
activación de la desconexión del interruptor de circuito, la
segunda reactancia 14 no es dañada en ese tiempo casi
instantáneo.
El conmutador 13 de semiconductor permite
solamente una corriente de avería que dura menos de 1 ms (1
milisegundo) hasta que el primer conmutador 4 se abre, y es
desconectado antes de que la corriente de avería alcance el valor
de pico; por lo tanto, el daño del conmutador se evita y no se
requiere disponer de una gran fuerza que pueda ser cargada contra
una gran corriente.
Puesto que la segunda reactancia 14 necesita una
inductancia en el margen varias decenas de mH (milihenrios) para
tener una alta impedancia en el margen de varios ohmios, el número
de vueltas de una bobina aumenta. No obstante, la segunda reactancia
no funciona cuando circula una corriente normal por la línea de
potencia, y soporta solamente una corriente de avería durante 100
unos milisegundos, consecuentemente, la bobina no necesita tener un
gran espesor, lo cual evita que el tamaño de la segunda reactancia
14 y el limitador de la corriente de avería de superconducción
aumenten.
En adición, si una cualquiera de la segunda
señal de tensión que indica una tensión que se eleva del
superconductor 1 debida a la corriente de avería que circula por la
línea de potencia, o la primera señal de tensión procedente del
transformador de corriente, o ambas, son introducidas, el
controlador 11 de accionamiento de la desconexión del interruptor
del circuito proporciona una señal de accionamiento de la
desconexión al interruptor 15 de circuito, y por tanto el
interruptor 15 de circuito que está conectado al borde trasero de
la trayectoria derivada es desconectado en consecuencia para
interrumpir la línea de potencia. En este momento, si una corriente
de avería circula por la línea de potencia, el superconductor 1 la
amortigua en unos cientos de \mus (microsegundos) y genera una
resistencia y una tensión arbitrarias. Por lo tanto, la primera
señal de tensión y/o la segunda señal de tensión ayudarán a acortar
el periodo de tiempo para detectar una corriente de avería, de
modo que el tiempo que se requiere para que el interruptor 15 de
circuito con las primera y segunda señales de tensión interrumpa la
línea de potencia resulta menor que el tiempo que el interruptor 15
de circuito necesita solamente para detectar una corriente de
avería.
Como se ha descrito anteriormente, en el
limitador de corriente de avería de superconducción complejo según
la presente invención, entre la trayectoria derivada conectada en
paralelo al superconductor, una segunda reactancia con alta
impedancia soporta una alta tensión, de modo que la alta tensión no
es generada en ambos extremos del superconductor, y la trayectoria
derivada también soporta y limita una gran corriente de la
corriente de avería y el superconductor solamente soporta una
corriente nominal cuando circula una corriente normal por la línea
de potencia, lo cual permite que el limitador de corriente de
avería de superconducción use un número mínimo de
superconductores.
En adición, el limitador de corriente de avería
de superconducción complejo según la presente invención requiere un
número mínimo de superconductores. Por lo tanto, es posible evitar
problemas tales como defectos de funcionamiento y baja fiabilidad
resultantes de la exigencia de que un gran número de
superconductores deban amortiguar simultáneamente.
En adición, el limitador de corriente de avería
de superconducción complejo según la presente invención detecta
cambios de tensión del superconductor que extingue en unos cientos
de \mus (microsegundos) para usar el cambio detectado en la
descarga del interruptor de circuito. Por lo tanto, es posible
acortar el tiempo para interrumpir la línea de potencia contra una
corriente de avería, en comparación con el tiempo necesario para
detectar una corriente de avería mediante solamente el interruptor
de circuito.
Como la presente invención puede ser incorporada
de diversas formas sin salirse del espíritu o las características
esenciales de la misma, se ha de entender también que las
realizaciones anteriormente descritas no limitan mediante detalle
alguno la descripción anterior, a menos que se especifique otras
cosa, sino que debe ser considerada sin limitaciones dentro de su
espíritu y alcance tal como se define en las reivindicaciones
adjuntas, y por lo tanto todos los cambios y modificaciones que
caigan dentro de las metas y limites de las reivindicaciones, o
equivalentes de tales metas y límites están destinados por lo tanto
a estar comprendidos por las reivindicaciones siguientes.
Claims (10)
1. Un limitador de corriente de avería de
superconducción complejo que comprende:
un superconductor que está conectado en serie a
una línea de potencia;
un primer conmutador que está conectado en serie
con el superconductor, está cerrado para permitir que la corriente
circula por la línea de potencia cuando circula una corriente
normal por la línea de potencia, y abierto, cuando circula una gran
corriente por la línea de potencia, para interrumpir la línea de
potencia, siendo abierto el primer conmutador mediante una fuerza
magnética;
una primera reactancia que tiene una primera
impedancia que es menor que una impedancia del superconductor
cuando circula una gran corriente por la línea de corriente, está
conectada en paralelo con el superconductor, y sirve como una
trayectoria de derivación para la circulación de corriente a través
del superconductor y el primer conmutador cuando una mayor
corriente circula por la línea de potencia, siendo la primera
reactancia magnetizada por la corriente que circula por la
trayectoria derivada por tanto para conmutar el primer conmutador a
la posición de abierto;
una segunda reactancia que está conectada en
serie en la trayectoria derivada formada por la primera reactancia,
y tiene una segunda impedancia que es mayor que la de la primera
impedancia de la primera reactancia para limitar la gran
corriente;
un conmutador de semiconductor que está
conectado en paralelo a la segunda reactancia y que puede hacerse
conducir mediante una señal de disparador; y
un controlador de disparador que detiene el
envío de una señal de disparador al conmutador de semiconductor en
respuesta a la apertura del primer conmutador.
2. El limitador de corriente de avería de
superconducción complejo de la reivindicación 1, que comprende
además:
un interruptor de circuito que interrumpe la
línea de potencia cuando circula una gran corriente por la línea de
potencia, estando conectado el interruptor de circuito a la línea
de potencia detrás del superconductor, el primer conmutador y la
trayectoria de derivación;
un transformador de corriente que está conectado
a la trayectoria derivada para detectar la corriente que circula a
través de la trayectoria derivada, y emitir una primera señal de
tensión correspondiente a la corriente detectada; y
un controlador de accionamiento de la
desconexión del interruptor de circuito que comprende una primera
entrada que está conectada al superconductor y a la cual se aplica
una segunda señal de tensión correspondiente a la tensión del
superconductor, y una segunda entrada a la cual se aplica una
segunda entrada que es una primera señal de tensión del
transformador de corriente, y proporciona una señal de accionamiento
de desconexión al interruptor de circuito cuando cualquiera de la
primera señal de tensión o la segunda señal de tensión ha sido
aplicada.
3. El limitador de corriente de avería de
superconducción complejo de la reivindicación 1, en el que el
controlador de la desconexión comprende un conmutador óptico que
tiene una parte que emito luz que emite una señal óptica, y una
parte que recibe luz que proporciona la señal de desconexión al
conmutador de semiconductor si la parte que recibe luz recibe la
señal óptica de la parte que emite luz cuando el primer conmutador
está cerrado, y la cual detiene proporcionando la señal de
disparador al conmutador de semiconductor cuando el primer
conmutador está abierto cortando de ese modo la señal óptica.
4. El limitador de corriente de avería de
superconducción complejo de la reivindicación 1, en el que el
controlador de disparo comprende un microconmutador que se dispone
en el camino de la posición de apertura moviendo el primer
conmutador para que esté interconectado en la posición del primer
conmutador, proporcione la señal de disparo al conmutador de
semiconductor cuando el primer conmutador esté cerrado, y cuando el
primer conmutador esté abierto, deje de enviar la señal de disparo
al conmutador de semiconductor.
5. El limitador de corriente de avería de
superconducción complejo de la reivindicación 2, en el que el
conmutador de semiconductor está compuesto de un Thyristor, un
TRIAC, un IGBT (Transistor Bipolar de Puerta Aislada), un Thyristor
de GTO (Thyristor de Puerta Cerrada), un SSR (Relé de Estado
Sólido), un FET (Transistor de Efecto de Campo), y un
Transistor.
6. El limitador de corriente de avería de
superconducción complejo de la reivindicación 2, en el que el
controlador de accionamiento de la desconexión del interruptor de
circuito está compuesto de un circuito OR que proporciona una señal
de accionamiento de la desconexión al interruptor de circuito,
cuando cualquiera de la primera señal de tensión o la segunda señal
de tensión ha sido introducida.
7. El limitador de corriente de avería de
superconducción complejo de la reivindicación 2, en el que el
controlador de accionamiento de la desconexión del interruptor de
circuito comprende:
un primer comparador que compara la primera
señal de tensión con una predeterminada primera tensión de
referencia, y emite una señal correspondiente si la primera señal
de tensión es mayor que la primera tensión de referencia;
un segundo comparador que compara la segunda
señal de tensión con una predeterminada segunda tensión de
referencia, y emite una señal correspondiente si la segunda señal
de tensión es mayor que la segunda tensión de referencia; y
un circuito OR que está conectado a las salidas
de los comparadores primero y segundo, y aplica una señal de
accionamiento de desconexión al interruptor de circuito si la señal
es introducida en el circuito OR desde al menos uno de los primer y
segundo comparadores.
8. El limitador de corriente de avería de
superconducción complejo de la reivindicación 1, en el que el primer
conmutador es un conmutador de contactos de cierre normal.
9. El limitador de corriente de avería de
superconducción complejo de la reivindicación 1, en el que el primer
conmutador comprende un contacto estacionario que está conectado en
serie a la línea de potencia entre el superconductor y el
interruptor de circuito, y el contacto movible que puede conmutar
entre una posición en contacto con el contacto estacionario para
permitir que la corriente circule por la línea de potencia y una
posición separada del contacto estacionario por una fuerza
magnética de la primera reactancia para interrumpir la línea de
potencia.
10. Un limitador de corriente de avería de
superconducción complejo que comprende:
un superconductor que está conectado en serie
con la línea de potencia;
un primer conmutador que está conectado en serie
con el superconductor, está cerrado para permitir que la corriente
circule por la línea de potencia cuando una corriente normal circula
por la línea por la línea de potencia, y abierto, cuando una gran
corriente circula por la línea de potencia, para interrumpir la
línea de potencia, siendo abierto el primer conmutador por una
fuerza magnética;
una primera reactancia que tiene una primera
impedancia que es menor que una impedancia de superconductor cuando
circula una mayor corriente por la línea de potencia, está
conectada en paralelo con el superconductor, y sirve como una
trayectoria de derivación para la corriente que circula a través del
superconductor y el primer conmutador cuando una mayor corriente
circula por la línea de potencia, siendo magnetizada la primera
reactancia por la corriente que circula a través de la trayectoria
de derivación que hace conmutar abriendo el primer conmutador;
una segunda reactancia que está conectada en
serie a la trayectoria de derivación formada por la primera
reactancia, y tiene una segunda impedancia que es mayor que la
primera impedancia de la primera reactancia para limitar la gran
corriente;
un conmutador de semiconductor que está
conectado en paralelo con la segunda reactancia y puede ser hecho
conducir mediante una señal de disparador;
un controlador de disparador que detiene el
envío de una señal de disparador al conmutador de semiconductor en
respuesta a la apertura del primer conmutador;
un interruptor de circuito que interrumpe la
línea de potencia cuando una gran corriente circula por la línea de
potencia, estando conectado el interruptor de circuito a la línea
de potencia detrás del superconductor, el primer conmutador y la
trayectoria de derivación;
un transformador de corriente que está conectado
a la trayectoria de derivación para detectar la corriente que
circula a través de la trayectoria de derivación, y emite una
primera señal de tensión correspondiente a la corriente detectada;
y
un controlador de accionamiento de desconexión
de interruptor de circuito que comprende una primera entrada que
está conectada al superconductor y al que se aplica una segunda
señal de tensión correspondiente a la tensión del superconductor, y
una segunda entrada a la que se aplica una primera señal de tensión
desde el transformador de corriente, y proporciona una señal de
accionamiento al interruptor de circuito cuando es introducida
cualquiera de la primera señal de tensión o la segunda señal de
tensión.
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