Evaluación del impacto de los FCL en redes eléctricas de media tensión.

Fernández Hernández, Erika (2016) Evaluación del impacto de los FCL en redes eléctricas de media tensión. Doctorado thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León.

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Resumen

Los sistemas de distribución están cambiando debido al incremento en los niveles de carga, la interconexión con otros sistemas de distribución así como la adición de fuentes de Generación Distribuida (GD). La magnitud de la corriente de corto circuito tiende a incrementarse pudiendo exceder los rangos de valores de protección del equipo primario de la red eléctrica. Existen algunos métodos que se pueden implementar con el próposito de reducir los niveles de corriente de corto circuito, entre los que destacan la creación de nuevas subestaciones, división de buses o actualizaciones de los interruptores por otros de mayor capacidad. Pero estas soluciones imponen un gran costo a los operadores del sistema eléctrico y económicamente no son del todo viables en la mayoría de los sistemas. Otra forma de hacer frente al incremento en los niveles de corriente de corto circuito en los actuales sistemas de distribución es la utilización de dispositivos Limitadores de Corriente de Falla (FCL). Un FCL es un dispositivo constituido básicamente por una impedancia que se conecta en serie con el sistema. En estado estable el valor de la impedancia de dicho dispositivo es despreciable en el sistema, pero al momento de ocurrir una falla el valor de dicha impedancia cambia drásticamente con el objetivo de limitar la magnitud de la corriente de corto circuito. El incremento en el valor de impedancia debe reducir el valor de la corriente por debajo de los valores nominales de los interruptores de potencia, por lo tanto se evitaría el costo de sustitución de equipo. Adicional a lo mencionado anteriormente la seguridad del sistema se vería beneficiada con está acción. Antes de instalar un FCL es un sistema de distribución es necesario evaluar su desempeño analizando ciertos aspectos como son su efectividad para limitar la corriente de falla, el Transitorio de Recuperación de Voltaje (TRV ) en las terminales del interruptor, la caída de voltaje en líneas no falladas y el tiempo de operación de los sistemas de protección. Hoy en día existen diferentes tecnologías que son aplicables al diseño y construcción de FCL. Entre los más conocidos se encuentran los Limitadores de Corriente de Falla Resonantes (FCL-R), Limitadores de Corriente de Falla de Estado Solido (FCL-ES) y Limitadores de Corriente de Falla Superconductores (FCL-S) entre otros. El comportamiento de la corriente de corto circuito es diferente para cada tipo de FCL. Los limitadores resonantes tienen una alta acción limitadora desde los primeros ciclos en que se presenta la falla, después de esto, tienen un comportamiento incremental hasta alcanzar el máximo valor de corriente de corto circuito. Con los limitadores de estado sólido se tiene la acción limitadora constante a partir del segundo ciclo de inicio de la falla. Los limitadores superconductores no son tomados en consideración para el análisis de esta tesis debido a que su diseño y análisis funcional es muy particular ya que se deben contemplar herramientas de elemento finito, así su comparación con otros diseños. La capacidad interruptiva de los actuales interruptores de potencia puede alcanzar sus niveles máximos debido al incremento en los niveles de corriente de falla, por lo que es necesario implementar acciones que nos permitan alargar la vida útil de estos equipos. Si la magnitud del TRV excede los límites de interrupción es probable que el interruptor falle al momento de liberar la falla. Los diferentes tipos de FCL tienen un distinto desempeño en el momento de apertura de los contactos debido a los elementos LC que se encuentran conectados en el sistema. El TRV que se presenta es diferente dependiendo del tipo de limitador que se utilice, razón por la cual este efecto es evaluado. En los sistemas de protección un decremento en la magnitud de la corriente de falla no es una condición deseable debido a que la sensitividad de los relevadores se ve afectada. Cuando un FCL es agregado al sistema de distribución, los esquemas de protección no deben cambiar, su sensibilidad, velocidad y confiabilidad deben mantenerse. La interacción entre los FCL y los sistemas de protección deben analizarse, la sensibilidad y la coordinación de las protecciones pueden ser afectadas por la ubicación del FCL. Todos estos factores son analizados más ampliamente en CIGRE-WGA. El efecto de una acción sobrelimitadora de la corriente de falla cuando existe demanda mínima así como en fallas bifásicas debe ser analizado, una reducción excesiva de la corriente de corto circuito puede resultar en perdida de sensibilidad de la protección y un incremento en los tiempos de operación para un relevador de sobrecorriente. Además, se incrementa la duración de la caída de tensión, degradando la calidad de la energía de la red eléctrica. En esta tesis se muestra el impacto de diferentes tipos de FCL cuando son incorporados al sistema de distribución, el dimensionamiento resultante debe ser evaluado considerando su impacto en la red eléctrica durante condiciones de demanda máxima y demanda mínima. La evaluación en el costo de los FCL no es considerada dentro de este estudio debido al constante desarrollo de estos dispositivos. Se utiliza una red radial para realizar el análisis comparativo de los limitadores y su desempeño en la misma.

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