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Cost effective FCL using advanced superconducting tapes for future HVDC grids

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Un limitador de corriente de falta superconductor protege las redes de electricidad nacionales

En las viviendas, en caso de cortocircuito, los fusibles cortan la luz y evitan daños. Las redes eléctricas, al ser mucho más complicadas y potentes, carecían hasta ahora de fusibles.

Energía

Europa continental posee cuatro grandes redes eléctricas, que atraviesan el paisaje a través de cables de alta resistencia que transportan hasta 380 000 voltios. Si dos de estos cables se tocan alguna vez, como cuando un árbol cae encima de la línea, provocan una corriente de falta, conocida coloquialmente como cortocircuito, que provocará una chispa. El voltaje de la chispa puede ser suficiente para dañar o incluso destruir equipos diseñados para altos voltajes. En un circuito doméstico, un fusible puede evitar daños al cortar instantáneamente la corriente. Sin embargo, estos dispositivos no se pueden utilizar con los voltajes extremos de las redes nacionales. Hasta la fecha, no existía ningún equivalente práctico, pero, si lo hubiera, se llamaría limitador de corriente de falta. Hoy en día, los ingenieros consiguen el mismo resultado que limitando (apagando) la corriente de falta mediante distintos medios pasivos no ideales. En 2014, la empresa Nexans instaló un limitador de corriente de falta superconductor (SFCL, por sus siglas en inglés) experimental en la red cercana a la ciudad alemana de Essen. Aunque ese SFCL ha protegido eficazmente el tendido eléctrico de la ciudad, el dispositivo era demasiado caro para su comercialización.

Mejora del SFCL

El proyecto FASTGRID, financiado con fondos europeos, desarrolló una mejora de bajo coste para el SFCL inicial. Concretamente, FASTGRID utiliza de forma óptima el material superconductor para reducir costes. La superconductividad es el principio según el cual determinados materiales no presentan ninguna resistencia eléctrica. Sin embargo, esto solamente funciona si el material permanece a temperaturas criogénicas. Para un sistema de red eléctrica equipado con el SFCL de FASTGRID, en caso de cortocircuito, la corriente aumenta abruptamente hasta un determinado valor conocido y, entonces, el SFCL corta la corriente. A continuación, la temperatura del elemento superconductor (cables parecidos a cintas fabricados con el nuevo material superconductor) aumenta rápidamente. De este modo, el material pierde su superconductividad y presenta resistencia a la corriente eléctrica. Dicha resistencia limita la corriente hasta un nivel seguro, de forma que evita daños y facilita que un conmutador de alta tensión (disyuntor) corte rápidamente la corriente. El material conductor se enfría después, vuelve a ser superconductor y la corriente puede volver. De este modo, la propiedad superconductora permite que el dispositivo SFCL funcione como un conmutador.

Más barato y práctico

Pascal Tixador, coordinador del proyecto, explica: «Nuestro conductor superconductor avanzado hace que el SFCL resulte mucho más atractivo desde un punto de vista económico. El nuevo conductor cuesta aproximadamente una décima parte del coste del conductor de Nexans». Este ahorro se logró principalmente optimizando el conductor con alternativas. «Logramos desarrollar y validar experimentalmente un superconductor avanzado para SFCL», añade Tixador. «Sin embargo, estos cambios llevaron mucho más tiempo de lo previsto al inicio del proyecto y no fue posible fabricar todos los elementos que esperábamos». El equipo fabricó y probó satisfactoriamente dos de los seis elementos superconductores previstos. El siguiente paso será finalizar la industrialización del superconductor. Cuando este pueda fabricarse más fácilmente, se podrán empezar las pruebas en un entorno industrial de tamaño real. El resultado final será un limitador de corriente de falta (mecanismo parecido a un fusible, pero reutilizable, que se puede emplear con altos voltajes) suficientemente barato para ser instalado a lo largo de las redes nacionales. El dispositivo final no solo protegerá a la red de daños, sino que también facilitará la largamente esperada reconfigurabilidad del sistema llamada creación de mallas de red.

Palabras clave

FASTGRID, superconductividad, sistema de protección, red eléctrica, corriente de falta, disyuntor

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