El primer limitador de corriente híbrido superconductor

En el ICMAB han desarrollado un limitador de corriente superconductor para proteger la red eléctrica en caso de cortocircuito. Mucho más rápido que los actuales interruptores de protección, es el primer prototipo en todo el mundo de una tecnología emergente que transformará la distribución eléctrica.

El prototipo desarrollado. Imagen: CSICEn el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona han desarrollado un limitador de corriente superconductor para proteger redes de distribución eléctrica en caso de cortocircuito. Es mucho más rápido en cortar el paso de la corriente (1 milisegundo) que los actuales interruptores de protección (de 20 a 60 milisegundos). Este es el primer prototipo en todo el mundo de una tecnología emergente que permitirá, en los próximos años, transformar los sistemas de distribución eléctrica y que ha sido reconocido con el Premio Duran Farell de Investigación Tecnológica.

El aumento constante de la demanda de energía eléctrica y de la generación distribuida, como con la energía eólica, ha hecho aparecer la necesidad de disponer de sistemas que aumenten no sólo la energía distribuida sino también el control y la fiabilidad del suministro frente a cortocircuitos.

Esto es un problema cada vez más acuciante que aumenta con el desarrollo de las energías renovables, las cuales deben conectarse a la red desde múltiples localizaciones. Actualmente la única forma de dar fiabilidad a las redes de distribución es sobredimensionando los sistemas para que sean capaces de soportar la tensión generada por un cortocircuito, que puede llegar a ser hasta veinte o treinta veces superior a la normal. La razón es fácil de entender.

Sobredimensionar la red no siempre funciona

Cuando se produce un cortocircuito, el sistema se protege con interruptores que al detectar el incremento de tensión se abren para cortar el paso de la corriente. Los interruptores tardan entre 20 y 60 milisegundos en interrumpir la línea, una respuesta que puede parecer rapidísima a un neófito pero que en realidad es lo suficientemente lenta para que en algunos casos se queme parte de la red de distribución. Así, en una red que transporta una corriente nominal de 500 amperios, un cortocircuito con un pico de 12.000 amperios durante más de 20 milisegundos puede tener un efecto devastador. Esto es lo que obliga a sobredimensionar la red y todo lo que la forma (transformadores, cables, disyuntores...) con el gasto, económico y material, y el impacto visual que ello implica. Pero la experiencia ha demostrado que esta solución no siempre funciona, habida cuenta de los cada vez más numerosos fallos en la red eléctrica.

La opción de los superconductores

Un grupo de investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona ha desarrollado un limitador de corriente superconductor para proteger redes de distribución eléctrica de alta y media tensión en caso de cortocircuito. «El funcionamiento del limitador es muy simple», explica Xavier Obradors, director de la investigación. «Un superconductor es un material que no tiene resistencia eléctrica mientras la corriente que pasa a través de él se mantiene por debajo de un umbral que denominamos corriente crítica. Pero si este valor se sobrepasa, por ejemplo en caso de cortocircuito, el superconductor se vuelve resistivo y no deja pasar la corriente».

En caso de cortocircuito, el superconductor tiene una respuesta inmediata (1 milisegundo) lo que le concede una primera gran ventaja como limitador frente a los interruptores convencionales. Pero a la rapidez hay que unir la capacidad de absorber la energía y para ello se necesita una buena cantidad de superconductor. Y éste es un material muy costoso de obtener, técnica y económicamente.

El limitador híbrido, más viable

La idea que surgió del equipo formado por Xavier Obradors, Teresa Puig, Xavier Granados y Felip Sandiumenge, del Departamento de Materiales Magnéticos y Superconductores, que dirige el mismo Obradors, fue desarrollar un limitador de corriente híbrido, uniendo un transformador convencional con interruptores superconductores. Es una estrategia novedosa que permite obtener el mismo resultado con menos cantidad de superconductor. Y es mucho más viable que un limitador formado única y exclusivamente por superconductores en los que la energía del cortocircuito debería ser absorbida por el superconductor.

«Con un transformador, una pequeña variación de la resistencia de un superconductor se puede aumentar hasta un valor adecuado para la limitación de la red». Es como amplificar la resistencia gracias al transformador, pero contando con la veloz respuesta del interruptor superconductor. «Además», añade el profesor Obradors «el material superconductor no sufre tanto ni es necesario que sea tan perfecto, ya que no tiene que absorber tanta energía».

El mercado de la superconductividad crece rápidamente y en la actualidad hay un gran número de propuestas en desarrollo. Sin embargo, para la comercialización de estas propuestas falta, en muchos casos, un considerable plazo de tiempo y muchos requisitos que todavía no se cumplen. Paralelamente, el sector de la energía está muy necesitada de sistemas que garanticen una distribución eficaz y segura. La virtud del este limitador de corriente, una novedad mundial que pone al grupo de investigadores del ICMAB en la vanguardia científica de los superconductores, es que puede acortar ese tiempo y esos requisitos. Hasta tal punto que los investigadores esperan tenerlo en condiciones de lanzamiento para el año 2005.