ES2444789T3 - Método de acondicionamiento de corriente, en particular en un limitador de corriente de falla - Google Patents

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ES2444789T3 ES10168256.5T ES10168256T ES2444789T3 ES 2444789 T3 ES2444789 T3 ES 2444789T3 ES 10168256 T ES10168256 T ES 10168256T ES 2444789 T3 ES2444789 T3 ES 2444789T3
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Abstract

Un metodo de acondicionamiento de corriente, que comprende: - transportar una corriente (1) primaria a traves de una bobina (2) primaria; - acoplar una bobina (3) secundaria a la bobina (2) primaria por medio de un flujo magnetico común, endonde la bobina (2) primaria y la bobina (3) secundaria estan dispuestas coaxialmente, y en donde labobina (3) secundaria comprende un superconductor susceptible de extincidn, donde la extinción provocauna transicion del superconductor desde un estado de superconducciOn de baja resistencia a un estadoextinguido de alta resistencia; y en el estado de superconducción de baja resistencia de la bobina (3) secundaria, guiar una fracciónprincipal (8) del flujo magnetico comun de la bobina (2) primaria y de la bobina (3) secundaria por el interiorde un medio (5a) ferromagnetico, caracterizado porque, cuando la bobina (3) secundaria se extingue, conmutar el flujo magnetico cornan de tal modo que unafracción principal (17) del flujo magnetico comun sea guiada por fuera del medio (5a) ferromagnetico en elestado extinguido de alta resistencia del superconductor, en el que una parte principal de la sección transversal de la bobina (2) primaria y una parte principal de la secciontransversal de la bobina (3) secundaria no estan rellenas de medio (5a) ferromagnetico.

Description

Método de acondicionamiento de corriente, en particular 'en un limitador de corriente de falla.
La presente invención se refiere a un método de acondicionamiento de corriente, que comprende:
transportar una corriente primaria a través de una bobina primaria;
acoplar una bobina secundaria a la bobina primaria por medio del flujo magnético común, en donde la bobina primaria y la bobina secundaria están dispuestas coaxia'mente, en donde la bobina secundaria comprende un superconductor susceptible dE! extinción, donde la extinción causa una transición del superconductor desde un estado de supercondLIcci6n de baja resistencia hasta un estado extinguido de alta resistencia,
yen el estado de superconducción de baja res¡l.tencia de la bObina secundaria, guIar una fracción principal del flujo magnético común de la bobina primaria y de la bobina secundaria por el interior de un medio ferromagnético.
Se conoce un método de ese tipo a partir del documento DE 19524579 A1 .
La presente invención se refiere a un método de acondicionamiento de corriente que puede ser empleado, en particular, en los campos de la generación, la transmisión y la distribución de energla para la protección de la red y de los equipos contra la corriente de falla.
El acondicionamiento de corriente resulta necesario en la generación, transmisión y distribucón de energia. El acondicionamiento de corriente considerado como limitación de corriente de las corrientes de falla (por ejemplO, corrientes cortocircuitadas) no sólo permite proteger equipos eléctricos contra sobrecorrientes, sino también aprovechar los equipos ya disponibles a un nivel más alt() de potencia transportada.
En general, se puede proporcionar acondicionamiento de corriente por medio de numerosos métodos, por ejemplo, usando métodos de saturación magnética (reactores de saturación), conmutación mecánica, conmutación electrónica (en base a conmutadores de estado sólido), etc. Los métodos de acondicionamiento de corriente desarrollados recientemente están basados en la transición de un superconductor desde un estado de baja resistencia (superconducción) a un estado de alta resistividad (extinguido), y permiten un acondicionamiento de corrientes elevadas a tensiones media y alta. Los métodos de acondicionamiento de corriente más económicos que usan.ra transición de un superconductor, en particular celO respecto a pérdidas de potencia y a crio-consumo, están basados en un acoplamiento inductivo de una corriente de cortocircuito que va a ser acondicionada con un supero:mductor. En la presente memoria, no se necesitan conductores de corriente que conectan áreas de temperatura ambiente con áreas de temperatura c:riogénica; el superconductor (tlpicamente, una bobina superconductora cortocircuitada) puede estar completamente encapsulado, con lo que el aislamiento térmico es simple y eficiente. Diversos métodos de acondicionamiElnto de corriente que tienen como objetivo la limitación de corrientes de falla han sido desarrollados en este último <:ampo.
El documento JP 04 112620 A divulga un método de ;acondicionamiento de corriente en el que una corriente de cortocircuito (corriente primaria) que va a ser acondicionada es transportada a través de una bobina primaria, y una bobina secundaria. dispuesta radialmenle en el int8lrior de la bobina primaria y realizada con un material superconductor, está acoplada a la primera bobina por medio de un flujo magnético común. Tanto en el estado de baja resistencia (superconducción) como en el estado eje arta resistencia (extinguido) de la bobina secundaria, el flujo magnético común es guiado en el aire. El método ¡:ermite solamente un pequei'io efecto de acondicionamiento de corriente, y más especiflcamente, solamente un pequei'io efecto de limitación de coniente.
Un mejor grado de acondicionamiento de corriente fue aWcanzado cuando el guiadO del flujo magnético se realizó en el interior de un medio ferromagnético, en comparación e::on el método descrito en el documento DE 19 524 579. En este caso, la corriente de cortocircuito (corriente primana) es transportada a través de una bobina primaria, y una bobina secundaria, dispuesta radialmente por fuera de la bobina primaria y construida con un material superconductor, está acoplada a la primera bobina a tra",és de un Hujo magnético común. Tanto en el estado de alta resistencia (extinguido) como en el estado de baja resistencia (superconducción) de la bobina secundaria, el flujo magnético común está guiado por el interior de un núdeo de transformador ferromagnético. Sin embargo, en el estado de alta resistencia de la bobina secundaria, E$te método de acondicionamiento de corriente introduce distorsiones armónicas graves en la corriente primaria; lals distorsiones armónicas totales pueden exceder fácilmente del 20 al 30%. Estas distorsiones armónicas son una amenaza grave para la seguridad de las redes eléctricas y de los equipos eléctricos alimentados con la corriente primaria.
El docomento DE 196 28 358 C1 describe un limitador dE! corriente de falla de tipo AC con una bobina primaria y una bobina secundaria superconductora desplazada lateralrnente, acoplada a través de un núdeo felTomagnético en forma de anillo. El núdeo tiene miembros transversalel~ delgados que entran en saturación magnética cuando la bobina secundaria se extingue. La bobina secundaria al,tá completamente rellena con material ferromagnético.
Objeto de la invención
El objeto de la presente invención consiste en proporcionar un método económico y eficiente de acondicionamiento de corriente que reduce las distorsiones armónicas.
Breve descripción de la Invención
Este objeto se ha alcanzado, de acuerdo con la invención, mediante el método que aparece al principio, caraderizado por:
cuando la bobina secundaria se extingue, conmutar el flujo magnético comun de tal modo que una fracción principal del flujo magnético común es guia.do por el exterior del medio ferromagnético en el estado extinguido de alta resistencia del superconductor, en el que una mayor parte de la sección transversal de la bobina primaria y una mayor parte de la sección transversal de la bobina secundaria no están rellenas con el medio ferromagnético.
La invenci6n ha encontrado que incrementar la fracción del flujo magnético que es guiado por el exterior del medio eledromagnético conduce a un rápido descenso de la distorsión arm6nica total (THD) cuando el superconductor extinguible de la bobina secundaria está en el estado resistivo alto (extinguidO). Independientemente del material ferromagnético empleado, la calda de la THD ocurre c;!Jando una fracci6n principal del flujo magnético comun está fuera del medio ferromagnético. De ese modo, una conmutación (redistribud6n) de una porción compartida (porcentaje) del flujo magnético comun desde el espacio interior hasta el exterior con respecto al medio ferromagnético en la extinci6n permite suprimir al menos parte de las distorsiones arm6nicas.
Obsérvese que segun la invenci6n, en el estado de Mja resistencia (superconducción) del superconductor, una fracción principal del flujo magnético común es guiado por el interior de un medio ferromagnético, lo que garantiza un buen acoplamiento de la primera y la segunda bobinas durante el funcionamiento normal y principalmente durante la fase inidal de transici6n desde el modo operativo nl:lrmel (estado de baja resistencia) hasta el estado de alta resistividad. De ese modo, el equipo para llevar a cabo el método de la invenci6n puede ser mantenido de un modo relativamente corto. Además, el medio ferromagnético mejora también un efecto de limitaci6n de corriente en el estado de alta resistencia (extinguido) del superconduct:or, creando una inductancia en la bobina primaria.
El flujo. magnético común significa en este caso que las lineas de flujo magnético cerradas pasan a través tanto de la bobina primaria como de la bobina secundaria. Una fmcción principal significa, en este caso, más de un 50%, con preferencia de al menos un 75% (aplicable tanto a la fracción de flujo por el interior del medio ferromagnético con anterioridad a la extinci6n, como a la fracción de flujo pm fuera del medio ferromagnético tras la extinci6n; obsérvese que estas dos fracciones de flujo pueden ser independientes entre si y tener t1picamente valores diferentes). El flujo magnético puede ser calculado por integración de la densidad B de flujo magnético (que resulta de ~o"I.f·H) a través del área A. En este caso ~y ~ indican la permeabilidad absoluta y la relativa, respectivamente.
En la presente memoria se considera que un medio es ferromagnétiCO si la permeabilidad magnética relativa ~ (en el caso no saturado) es de 1,1 o mayor, con preferencia 100 o mayor (tlpicamente, la permeabilidad magnética relativa es del orden de 1000 o mayor, para el material de hierro común). Por fuera del medio ferromagnético, existe un medio no magnético tal como vacio, un gas (por ejemplo aire), un liquido no magnético (por ejemplo, nitr6geno liquido) o un sólido no magnético (por ejemplo latón, acero inoxidable no magnético, etc.), tipicamente con una permeabilidad magnética relativa de entre 0,99 y 1,01.
La conmutaci6n tras la extinci6n incluye un descenso de la porci6n (porcentaje) compartida del flujo magnético comun.que es guiado a través del medio ferromagnético tipicamente en el menos un 25%, con preferencia al menos un 50%, más preferiblemente al menos un 75% (con respecto al flujo comun total). En otras palabras, la porción (porcentaje) compartida del flujo magnético común que es guiado en un medio no magnético, se incrementa (obsérvese que el flujO magnétiCO comlln total se incrementa con ta extinciOn). Como resultado, tras la extinclOn, una fracción principal del flujo magnético común de la bClbina principal y de la bobina secundaria, es guiada por el exterior del medio ferromagnético.
De acuerdo con la invenci6n, una parte principal de la ~;ección transversal de la bobina primaria y una parte principal de la secciOn transversal de la bobina secundaria no están rellenas de medio ferromagnético. Esto facilita la conmutaci6n de fracciones sustanciales del flujo ma~,"ético comun hasta el exterior del nudeo. En la presente memoria, una parte principal de la sección transversal BS mayor del 50%, con preferencia del 75% o más; induso es posible del 90% o más de acuerdo con la invenci6n. El nudeo (ferro)-magnético ocupa tipicamente entre el 2% y el 40%, con preferencia entre el 3% y el 30%, más preferilblemente entre el 5% Y el 20% de la secci6n transversal de la bobina primaria y de la bobina secundaria. Obsérvese que los porcentajes con referencia a la sección transversal se aplican también tipicamente a porcentajes de volúmene!s del interior de las bobinas.
Además, la bobina principal y la bobina secundaria están dispuestas coaxialmente. En la presente memoria,
·coaxialmente~ significa que las bobinas tienen una sim,etría de eje de rotación común (obsérvese que las bobinas pueden ser, aunque no necesariamente, de forma circular en sección transversal; las bobinas pueden ser de forma rectangular-cuadrada con un eje cuádruple); tlpicamenlEi. una está situada en el interior de la otra (tlpicamente, con la bo~ina secundaria como bobina interior). Además. las bobinas están dispuestas prefenblemente sin desplazamiento axial (es decir. no una encima de la otra) .
Variantes preferidas de la invención
Una variante ventajosa del método de la invención está c:aracterizada por.
en el estado de baja resistencia de la bobina sec::undaria. no saturar el medio ferromagnético,
y en el estado de alta resistencia de la bobina secundaria, saturar el medio ferromagnético. Al no saturar el medio ferromagnético en el estado de baja resistencia, se puede establecer un buen acoplamiento de la bobina primaria y la bobina secundaria. En la presente memoria, no saturado significa que el medio ferromagnético no se satura por término medio; posiblemente existan áreas muy pequenas (por ejemplo, <1% en volumen) que puede estar saturadas debido a los efectos magnéticos locales (áreas de borde, esquinas, etc.). La saturación del medio fefTOmagnétioo en el estado de ana resistencia faciita la conmutación de una fracción sustancial del flujo común por fuera del medio ferromagnético tras la extinción.
En otra variante preferida, el flujo magnético total común en el estado de baja resistencia de la bobina secundaria ("flujo no equilibrado) , es más pequeno que el flujo magnético cormín guiado por fuera del medio ferromagnétioo en el estado de alta resistencia de la bobina secundaria. DI;:! ese modo, se puede alcanzar un buen efecto limitador de oorriente con distorsiones armónicas reducidas.
Más preferida es una variante en la que la corriente primaria es:
una corriente alterna,
o una corriente alterna superpuesta con una corrIente continua. Tlplcamente, la corriente alterna es de tipo seno. Tales corrientes primarias (corrientes di;:! cortocircuito) pueden ser acondicionadas fácilmente por medio del método de la invención.
Una variante ventajosa está caracterizada por el hectlo de disponer un refrigerante en el interior de la bobina primaria y de la bobina secundaria por fuera del medio ferromagnético.
Este refrigerante está destinado a refrigerar el superconductor (el cual puede comprender, en particUar, material HTS cOn una temperatura critica de 40 °K o más, con preferencia 85 °K o más). Tlpicamente, el espacio del interior de la bobina primaria y/o de la bobina secundaria está lleno sólo parcialmente de refrigerante. El refrigerante puede estar dispuesto en un recipiente tal como un criostato o un vaso dewar toroidal. Es posible disponer la bobina secundaria en el interior del recipiente. los refrigerantefl pueden ser lN2 o lHe2 o LN82, por ejemplo. El recipiente puede permitir una construcción más compacta, y un tiempo operativo más largo entre rellenados. Se debe apreciar que pueden aplicarse otras formas para refrigerar la bobina secundaria, tal romo usando refrigerantes por fuera de las bobinas y aplicando un aooplamiento térmico metálico a esos refrigerantes, o por enfriamiento directo (en particular. cuando se usan superconductores de alta temperatura).
Resulta preferida otra variante en la que, en el estad() de ana resistencia de la bobina secundaria, la corriente secundaria inducida en la bobina secundaria tiene un m<XJulo que es igualo mayor que 11100. con preferencia igual
o mayor que l /50, del módulo de la corriente primaria multiplicada por el número de espiras de la bobina primaria. En este caso, la bobina secundaria puede contribuir adicionalmente al efecto de limitación/acondicionamiento de corriente debido a las pérdidas resistivas introducidas por la bobina secundaria. A pesar de una cierta supresión del flujo magnético común, el efecto total se mantiene oonsiderablemente positivo.
También cae dentro del alcance de la presente invención un limitador de corriente de falla, en particular adecuado para llevar a cabo un método inventivo según se ha descrito anteriormente, que comprende:
una bobina primaria,
una bobina secundaria que comprende un supercondudor susceptible de extinción, en el que la bobina primaria y la bobina secundaria están dispuestas coaxlaJmente, y
un núdeo de un medio ferromagnético, que discurre a través de ambas bobina primaria y bobina secundaria, caracterizado porque el núdeo, la bobina primaria y la bobina secundaria son susceptibles de conmutar una fracción sustancial de un flujo magnético común de la bobina primaria y de la bobina secundaria desde el interior del núcleo hastu el exterior del núdeo cuando la bobina secundaria se extingue, en donde una parte principal de la sección transversal de la bobina primaria y una porción principal de la secciÓn transversal de la bobina secundaria no están rellenas con medio ferromaglélico. Mediante ellimilador de corriente de falla de la invención, se pueden controlar corrientes altas a tensiones medias y altas con poco esfuerzo. y no se introducen distorsiones armónicas en el estado de alta resistencia (extinguido). El núcleo, la bobina primaria (en particular, su geometrla) y la bobina secundaria (en partiQJlar, su geometrla), están disei'lados de tal modo que la conmutación del flujo magnético común se logra cuando la bobina secundaria se extingue. Conmutar una fracclón sustancial significa en la presente memoria que la fracción (el porcentaje) del flujo magnético común gUiado en el interior del medio ferromagnético en el estado de superconducci1~ de baja resistencia del superconductor es al menos un 25%, con preferencia al menos un 50%, máf; preferiblemente al menos un 75% con respecto al flujo magnético común total), más alto que en el estado extinguido de alta resistencia del superconductor.
También se prefiere una realización del limitador de coniente de falla de la invenciÓn en la que el núcleo tiene una forma cerrada. Esto reduce los campos de dispersión.
Allernativamente, en una realización también preferida, el núcleo es de forma abierta. La forma abierta requiere menos material ferromagnétioo.
En otra realización ventajosa, la bobina secundaria es una bobina cortocircuitada, de una sola espira. Una bobina seo.mdaria de este tipo es partiQJlarmente simple de fabricar.
En un desarrollo adicional preferido de esta realización, la bobina cortocircuitada de una sola espira comprende una multilucl de anillos que están acoplados entre sI. Usando una pluralidad de anillos, la corriente crítica absoluta en la bobina secundaria puede sér ajustada a un valor nominel!. El acoplamiento se realiza a través de un flujo magnético común.y/o galvánicamente (es decir, eléctricamente).
También se prefiere una realizaciÓn en la que el limitador de cOlTÍente de falla comprende además una tercera bobina para mantener una detección de corrientes de Foucault, en particular en donde la lercera bobina es una bobina normalmente conductora, de una sola espira COI1ocircuitada. Esta bobina permite ajustar la corriente cortocircuitada o limitada a un valor nominal y de ese modo proporcionar una relaciÓn requerida de la corriente nominal respecto a la corriente acondicionada (factor dE: "acondicionamiento" o de "limitación"). Si la bobina es del tipo de una sola espira, resulta particularmente simple dl~ fabricar. Obsérvese que la tercera bobina, que es del lipo de una sola espira, puede comprender una multitud de anillos que están acoplados entre si, en particular acoplados a través de un flujo magnético común y/o galvánicamente: (es decir, eléctricamente).
En otra realización ventajosa, la bobina secundaria comprende un superconductor de ane temperatura (HTS), con preferencia del tipo de un conductor recubierto. Así, los costes de refrigeración del superconductor de la segunda bobina pueden mantenerse bajos. la temperatura criticn Te del superoonductor de alta temperalura es tlpicamente superior a 40 °K, con preferencia superior a 85°K, Como material HTS, se puede usar material YBCO.
También dentro del alcance de la presente invención está el uso de un limitador de corriente de falla de la invención según se ha descrito anteriormente de acuerdo con un método inventivo tal y como se ha descrito con anterioridad.
Se pueden deducir otras ventajas a partir de la descripción y de los dibujos que se incluyen. las caracterlsticas mencionadas en lo que antecede y las que siguen, pueden ser usadas de awerdo con la invención ya sea individualmente o ya sea colectivamente o ya sea en OJalquier combinaciÓn. las realizaciones mencionadas no deben ser entendidas como una enumeración exhaustiv,a sino que por el conlrario tienen carácter ejemplar para la descripción de la invención.
Dibujos
la invención se muestra en los dibujos.
la Figura 1a muestra esquemáticamente una realización de un limitador de corriente de falla de la invención, para llevar a cabo el método de la invenciÓn, en un estado de baja resistencia (superconducción) de la bobina secundaria;
la Figura lb muestra ellimitador de corriente de talla d~l la Figura 1a, en un estado de alta resistencia (extinguido) de la bobina secundaria;
la Figura 2 muestra una diagrama que ilustra las distors,iones armónicas totales calculadas como una función de la fracción del flujo magnético común guiado por fuera del medio ferromagnético en un limitador de corriente de falla comparable con el mostrado en la Figura 1 b;
la Figura 3 muestra un diagrama que ilustra la tensión y la corriente calculada en la bobina primaria de un limitador de comente de falla comparable al mostrado en la FiglJra 1 b como una función del liempo, en el estado de alta resistencia (extinguido) de la bobina secundaria, para diferentes fracciones del flujo magnético común guiado por fuera de un medio ferromagnético;
las Figuras 'la, 'lb muestran secciones transversales es,quemáticas de otra realización de un limitador de corrienle de falla de la invención, con un núdeo cerrado;
s
Las Figuras 5a, 5b muestran secciones transversales OlJquemáticas de otra realizaciOn de un limitador de corrierte de falla de la invención, con un núcleo abierto.
La Figura 18 ilustra un limitador de corriente de falla :20, que puede ser usado para llevar a cabo el método de acondicionamiento de corriente de la invenciOn.
Ellimitador de corriente de falla 20 comprende una bobina 2 primaria que lleva (transporta) una corriente primaria (o corriente de cortocircuito) 1, una bobina 3 secundaria que lleva (es decir, transporta) una segunda corriente 4, y un núcleo 5 de un medio 5a ferromagnético.
La bobina 2 primaria comprende, en la presente memoria, una pluralidad de espiras (se han ilustrado cinco espiras en la Figura 1a), mientras que la bobina 3 secundaria es de tipo cortocircuitado, de una sola espira. La bobina 3 secundaria comprende un superconductor extinguible dEl tal modo que la corriente secundaria 4 puede circular en la bobina 3 secundaria por una trayectoria de corriente superconductora de un estado de baja resistencia (ilustrado en la Figura 1a), o por una trayectoria de coniente conductora normal es un estado de alta resistencia (extinguido). Para enfriar la bobina secundaria hasta (o por debajo de) la temperatura critica Te del superconductor. la bobina 3 secundaria está dispuesta tfpicamente en un reciente lleno de un fluido criogénico, por ejemplo nitrOgeno liquido (no representado en la presente memoria, por motivos de sirnplificaciOn),
La bobina 3 secundaria (o su corriente 4 secundaria, rOl.pectivamente), está acoplada inductivamente a la bobina 2 primaria (o a su corriente 1 pomalia, respectivamente) a través de una parte común del flujo magnético ("flujo magnético com.in"). según las lineas discontinuas de flujo, La corriente 1 primaria provoca la densidad de flujo magnético tanto en el interior como en el exterior de la bobina 2 primaria. La parte del flujo magnético que esta tanto en el irilerior de la bobina 2 primaria como en el interior de la bobina 3 secundaria, se considera la parte común. La bobina 2 primaria y la bobina 3 secundaria están disPlmstas coaxialmente, con el eje correspondiente discurriendo verticalmente en la Figura 1a.
El núcleo 5 está construido con un medio (un material) ferromagnético, típicamente de hierro. con preferencia de hierro dulce. y puede estar magnéticamente cerrado o l3bierto (en la Figura 1a, el núdeo se muestra truncado). El espacio restante alrededor del núdeo 5 y en el interie.r de la bobina 3 secundaria. se rellena con un medio no magnético, en el presente caso con aire. En el ejemplo ilustrado. el núcleo 5 ocupa aproximadamente un 5% de la secciOn transversal (perpendicular al eje vertical) de la bobina 3 secundaria.
En funcionamiento normal (ilustrado en la Figura 1a), curando la corriente 1 primaria (corriente de cortocircuito) está por debajo de un umbral que provoca una extinción Eln el superconductor de la bobina 3 secundaria (es decir, cuando el superconductor está en estado de superconducciOn de baja resistencia), el supercondudor apantalla (blinda) el volumen 10 interno de la bobina 3 secundaria. Entonces, solamente penetra poco flujo magnético en este volumen 10 intemo (véanse las lineas de flujo discontinuas). Una fracciOn 6 principal (en este caso, alrededor de un 90%) de este flujO magnético penetrante (flujo magnético común) es guiada por el interior del medio 5a ferromagnético, es decir, a través del núcleo 5 ferromagnético, el cual está magnéticamente no saturado en este régimen y por lo tanto puede presentar una penneabiNdad relativamente alta (por ejemplo, desde 100 a 4000, o incluso más). Una fracción menor 7 (en este caso, alrededor de un 10%) del flujo magnético común es guiada por fuera del medio 5a ferromagnético. El flujo magnético ponetrante en ese estado, que provoca inductancia de fugas, se estima como bastante pequetio (en comparación con el flujo magnético penetrante en el estado no apantallado, véase lo que sigue). Una cierta parte de la inductancicl de fugas se origina a partir del flujo magnético 9 que se produce entre la bobina 2 primaria y la bobina 3 secundalria. La suma de los flujos 7. 8 se denomina a veces "flujo no equilibrado".
En funcionamiento de corriente de falla (ilustrado en la Fígura 1b), la corriente 1 primaria (corrienle de cortocircuito) provoca una corriente 4 secundaria en la bobina 3 SEK>Undaria que supera el umbral de extinciOn (es decir, el superconductor salta al estado de resistencia elevada). Como resultado, el superconductor no apantalla (blinda) ya más el volumen 10 Interno de la bobina 3 secundaria frente al flujo magnético (o al menos, no de forma completa). El
flujo magnético empieza a penetrar significativamente en este volumen 10 intemo (véanse las lineas de flujo discontinuas) y provoca una redistribuci6n (o, en otras palabras, una re-conmutaciOn) de fracciones de flujo: una fracción 17 principal (en esle caso, alrededor de un 70%) del flujo magnético penetrante es guiado ahora por fuera del medio 5a ferromagnético. m entras que una fracciOn menor 16 del flujo (en este caso, alrededor de un 300Á» es guiado todavla por el interior del medio 5a ferromagnético. El medio 5a ferromagnético se satura bajo estas condiciones.
En el ejemplo ilustrado. la fracciOn del flujo magnetico común guiada por el interior del medio 5a ferromagnético ha caldo desde alrededor de un 90% hasta alrededor de un 30% (con respecto al flujo común total respectivo) tras la extinción, lo que significa que una fracción de alrededc.r del (90-30) % = 60% del flujo magnético común ha sido conmutada desde el interior del medio 5a ferromagnético hasta el exterior del medio 5a ferromagnético.
TIpicamente. la fracciOn principal 17 del flujo magnético que aparece cuando el superconductor extinguible está en estado de alta resistencia excede en términos absolutos al flujo no equilibrado (suma de las fracciones 7 y 6 de flujo) que aparece cuando el supercondudor extinguible está Etn estado de baja resistencia.
SS
Debido al incremento signifICativo del flujo magnético absoluto total (suma de flujos 17 y 18, en comparación con la suma de flujos 7 y 8), la inductancia de la bobina 2 primaria se incrementa, lo que da como resultado un incremento de la impedancia a la que está sometida la corriente 1 primaria, Asf, la corriente 1 primaria (corriente de cortocircuito) empieza a estar acondicionada. Además, se induce una corriente 4 secundaria sustancial en la bobina 3 sea.mdaria cuando el superconductor extinguible e:stá en estado de resistencia elevada, lo que contribuye adicionalmente a la impedancia de la bobina 2 primaria; esta corriente 4 está basada principalmente en la conductividad de la derivación conectada al superconductor extinguible.
Cuando el medio 5a ferromagnético resulta magnéticamente saturado, la permeabilidad se hace sustancialmente dependiente deltiempolcampo. Esto puede provocar no linealidades durante un ciclo seno de la tensión alimentada a la bobina 2 primaria, lo que puede dar eventualmente como resultado la generación de armónicos y, finalmente, una distorsión armónica total significativa de la onda sen() de la corriente 1 primaria.
La TDH se define más habitualmente como la relación de la suma de potencias de lodas las frecuencias armónicas por encima de la frecuencia fundamental respecto a la potencia de la frecuencia fundamental:
Lpotencias armónicas P2 + P3 + P.-+ ... + Pn THD =----------------------=----------potencia frecuencia fundamental
Mediante la invención, se puede mantener la THD en un nivel suficientemente bajo cuando se realiza la reconmutación de fracciones de flujo de una manera apr()piada. Con la re-conmutación de fracciones de flujo de la invención, se limita la contribución del flujo magnético común guiado en el interior de un medio ferromagnético en el estado de alta resistencia del superconductor, cuando E!I medio ferromagnético está t1picamente saturado, De ese modo, las no linealidades introducidas por el medio ferromagnético saturado, quedan también limitadas. En su caso, el flujo magnético común se origina en mayor grado desde el exterior del medio ferromagnético, es decir, desde un medio no magnético, donde no está deteriorado por los efectos de la no linealidad. De ese modo, ocurren menos distorsiones armónicas en la corriente primaria durante ,el funcionamiento de corriente de farta. Asl, las redes y los equipos eléctricos conectados a la bobina primaria se Emfrentan a menos picos de frecuencia elevada, los cuales son particulannente peligrosos incluso a intensidades de corriente relativamente bajas.
La Figura 2 ilustra los valores de distorsión armónica total (THD) de la corriente primaria en un limitador de corriente de fana (comparable al mostrado en las Figuras 1a, 1b), con diferentes fracciones fr del flujo magnético común guiadas por fuera del medio magnético en un estado de alta resistencia del superconductor de la bobina secundaria. A partir del diagrama se puede apreciar que en el ejennplo, la THD cae cuando la fracción fr del flujo magnético guiada por fuera del medio magnético es de aproximadamente el 65% o superior. En el ejemplo calculado y confirmado experimentalmente, se eligió una tensión de Qnda seno con Uo :: 5000 V Y una frecuencia de 50 Hz para la bobina primaria con N =40 espiras, una longitud de 0,5 m y un radio de 20 cm, además de una resistencia en serie de la bobina primaria correspondiente a 0,2 ohmios, además de un núcleo de hierro circular hecho de acero de transfomlador dopado con Si. Se encontró que las corrientes de Foucault en el interior del núcleo de hierro eran despreciables en ambos reglmenes de operación nonnal yen modo de acondicionamiento de comente.
La Figura 3 ilustra la tensión V (que es de forma seno, línea discontinua) en la bobina primaria, y la corriente A primaria resultante en la bobina primaria como una función del tiempo t, en el estado de alta resistencia de la bobina secundarla, para un limitador de corriente de falla comparable al mostrado en la Figura 1a, con una fracción fr del flujo magnético oomún guiado por fuera del medio ma~lnético de 0% (linea continua en negrita) y un 90% (linea continua delgada), ambas en unidades arbitrarias (a. u.). La corriente A está en ambos casos desplazada en fase aproximadamente 1/4 de un perIodo de repetición en comparación con la tensión V. La corriente para fr :: 0% presenta una progresión plana en las regiones en torno al cruce por cero, lo que es una indicación de graves distorsiones armónicas. La corriente para fr = 90% no muestra ninguna progresión plana en los cruces por cero, sino que está por encima del periodo de repetición completo ele tipo seno con muy buena aproximación, lo que indica que no existen distorsiones armónicas significativas.
La Figura 4a ilustra una sección transversal vertical a través de una realización de un limitador 20 de corriente de falla de la invención, que comprende un núcleo 5 cerra,jo, a modo de anillo, de un material 5a ferromagnético. El núcleo 5 discurre centralmente a través de una bobina 2 primaria qUe tiene ocho espiras, y que está dispuesta coaxialmente con una bobina 3 secundaria de tipo cortxircuitado, de una sola espira, en donde esta última está situada en un recipiente 21 lleno de un fluido criogéniccl. la Figura 4b muestra una sección transversal horizontal por la linea B a través dellimitador de corriente de falla de la Figura 4a. Alrededor del 20% del área de la sección transversal de la bobina 3 secundaria está ocupada por e,1 núcleo 5.
La Figura 5a ilustra una sección transversal vertical a través de una realización de un limitador 20 de corriente de falla de la invención similar a la mostrada en la Figura 4a, pero con un núcleo 5 abierto, a modo de polo. Además, según puede apreciarse en la Figura 5b que muestra una sección transversal horizontal por la linea B de la Figura 5a, el limitador de corriente de falla es de forma oblonga ,en el plano horizontal.

Claims (7)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Un método de acondicionamiento de corriente, que comprende: transportar una corriente (1 ) primaria a través de-una bobina (2) primaria; acoplar una bobina (3) secundaria a la bobina (2) primaria por medio de un flujo magnético común, en
    donde la bobina (2) primaria y la bobina (3) secundaria están dispuestas coaxialmente, y en donde la bobina (3) secundaria comprende un superconductor susceptible de extinción, donde la extinción provoca una transición del superconductor desde un es:tado de superconducción de baja resistencia a un estado extinguido de alla resistencia;
    y en el estado de superconducción de baja Il:!sislencia de la bobina (3) secundaria, guiar una fracción principal (8) del flujo magnético común de la bobina (2) primaria y de la bobina (3) serundaria por el interior de un medio (5a) ferromagnétiCO,
    caracterizado porque, cuando la bobina (3) secundaria se extingue, conmutar el flujo magnético común de laI modo que una fracción principal (17) del flujo magnético común sea guiada por fuera del medio (5a) ferromagnético en el estado extinguido de alta resistencia del supercclndudor,
    en el que una parte principal de la sección transversal de la bobina (2) primaria y una parte principal de la sección transversal de la bobina (3) secundaria no están rellenas de medio (5a) ferromagnético. 2.-Método de acuerdo con la reivincticadón 1, caracterizado porque:
    en el estado de baja resistencia de la bobina (3) secundaria, no saturar el medio (Sa) ferromagnético, yen el estado de alta resistencia de la bobina (3) serundaria, saturar el medio (Sa) ferromagnético. 3.-Método de acuerdo con la reivindicación 1 62, caracterizado porque el flujo magnético común total en el estado
    de baja resistencia de la bobina (3) secundaria es más ~tequeno que el flujo magnético común guiado por fuera del medio (Sa) ferromagnético en el estado de alta resistencia de la bobina (3) secundaria. 4.-Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la corrienle (1) primaria es:
    una corriente altema,
    o una comente alterna superpuesta a una corriente continua.
  2. 5.-Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se dispone un refrigerante en el interior de la bobina (2) primaria ylo de la bobina (3) secundaria por fuera del medio (58) ferromagnético. B.-limitador (20) de corriente de falla para llevar a cabo el método según una de las reivindicaciones anteriores, que
    comprende: una bobina (2) primaria, una bobina (3) secundaria que comprende un superconductor susceptible de extinción, en el que la bobina
    (2) primaria y la bobina (3) secundaria están dispuestas coaxialmente, y
    un núdeo (5) de un medio (5a) ferromagnético. que discurre a través tanto de la bobina (2) primaria como de la bobina (3) secundaria,
    caracterizado porque,
    el núdeo (5) , la bobina (2) primaria y la bobina (3) secundaria están capacitados para la conmutación de una fracción sustancial de un flujo magnético común de la bobina (2) primaria y de la bobina (3) secundaria desde el interior del núdeo (5) hasta el exterior del núdeo (5) cuando la bobina (3) secundaria se extingue, en el que una parte principal de la sección transversal de la bobina (2) primaria y una parte principal de la sección transversal de la bobina (3) secundaria no están llenas de medio (5a) ferromagnético.
  3. 7.-limitador (20) de corriente de falla de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el núdeo (5) es de forma cerrada.
  4. 8.-Umitador (20) de corriente de falla de acuerdo con la reivindicación B, caracterizado porque el núdeo (5) es de forma abierta.
  5. 9.-Limitador (20) de corriente de falla de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque la bobina (3) secundaria es una bobina cortocircuitada, de una sola espira .
  6. 10.-limitador (20) de corriente de falla de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque la bobina cortocircuitada de una sola espira comprende una mulIHud de anillos que están acoplados entre si .
    S
    11.-Limitador (20) de corriente de fal1a de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, caracterizado porque la bobina (3) secundaria comprende un superconductor de alta temperatura, con preferencia del tipo de un conductor recubierto.
  7. 12.-Uso de un limitador (20) de corriente de falla de acuerdo oon una de las reivindicaciones 6 a 11 en un método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5.1
    10
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