El concepto más sencillo de un limitador de corriente superconductor es el resistivo. En esta configuración, el material superconductor se conecta en serie en la línea a proteger. El superconductor se diseña para que la corriente nominal de la red sea inferior al valor de la corriente crítica. De esta forma la interferencia del superconductor en la línea es despreciable en condiciones normales de trabajo.
Cuando se produce un cortocircuito la corriente eléctrica supera el valor crítico y el material transita al estado resistivo. Con ello la impedancia en el circuito aumenta rápidamente y la corriente máxima que se alcanza es bastante inferior a la corriente de cortocircuito.
La situación óptima se produciría con un material superconductor muy largo. En esta caso, como la resistencia que es capaz de generar un material es proporcional a su longitud, lograríamos que la limitación fuera efectiva en cuanto la corriente superara ligeramente el valor de corriente crítica. En este contexto diferentes grupos de investigación y empresas han desarrollado materiales superconductores con geometrías que permiten obtener muestras con longitudes superiores al metro. Un ejemplo es la alternativa presentada por Nexans Superconductors en donde sobre un tubo de material superconductor se ha mecanizado un camino en forma de doble hélice.
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En la imagen: Diseño de un elemento basado en una doble hélice sobre un tubo de material superconductor con el objeto de ser utilizado en un limitador de corriente superconductor.
Un problema adicional es que hay que tener en cuenta que los materiales superconductores de alta temperatura son materiales cerámicos y, en consecuencia, son materiales aislantes térmicos. Este hecho es importante a la hora de describir cómo se inicia la transición al estado resistivo. Generalmente este proceso se inicia en el punto del material que presenta las peores propiedades y ese punto al generar resistencia se va calentando. A diferencia de un metal, esta calor no calienta todo el material sino que se queda concentrado en esa región creando lo que se llama un punto caliente. En esta situación el limitador de corriente no sería efectivo y este es el segundo reto de los investigadores, lograr que cuando se produce la transición sea todo el material el que transita y genera resistencia y no solamente estos primeros puntos. Para ello se está trabajando en lograr materiales con propiedades más uniformes y en alternativas que favorezcan que una vez que se ha iniciado la transición en un punto, esta transición se propague a toda la muestra lo más rápidamente posible. Una solución que se está utilizando habitualmente es recubrir el material superconductor con una pequeñas capa metálica que ayude a distribuir el calor generado en estos puntos calientes y actúe como resistencia en paralelo.
Un segundo diseño de limitador de corriente superconductor es el que se conoce como inductivo. En este caso el limitador de corriente es un transformador en el que el primario es una bobina metálica a la que se conecta la red y que está acoplada con un secundario superconductor cortocircuitado. En condiciones normales el secundario está en estado superconductor que es capaz de compensar el campo magnético creado por el primario. En cambio al producirse el cortocircuito, el material superconductor pasa al estado resistivo y cambia completamente el acoplamiento del transformador incrementando la impedancia del sistema y limitando la corriente. En este caso diseñando adecuadamente el transformador podemos proteger adecuadamente al superconductor. El principal problema es conseguir muestras superconductoras con los tamaños requeridos. Generalmente son necesarios cilindros o anillos con diámetros en el orden de 50 a 70 centímetros.
Existen otros diseños que se han llamado híbridos. En ellos el secundario del transformador se fabrica con una bobina metálica normal, pero que está cortocircuitada a través de un material superconductor. En estado normal, el superconductor no presenta resistencia, mientras que al producirse el cortocircuito la impedancia del secundario aumenta porque el superconductor empieza a generar resistencia.
Otro aspecto importante de un limitador de corriente superconductor es que una vez que se ha producido la limitación el sistema puede volver por sí solo de nuevo al estado superconductor sin necesidad de ninguna intervención externa. Usualmente este tiempo puede llegar a ser de unos pocos segundos aunque se está trabajando intensamente en reducir este tiempo todo lo posible.
En estos momentos se están finalizando ya los primeros prototipos a escala comercial, los cuales se han comenzado a instalar experimentalmente en pequeñas subestaciones.
Jose E. Guerrero C
CAF
Seccion 1
http://www.aragoninvestiga.org/Materiales-superconductores-para-una-electricidad-mas-segura/
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