Los investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía de EE.UU. están trabajando en el desarrollo de interruptores de media tensión más rápidos para apoyar y proteger la red eléctrica moderna, particularmente para impulsar la aplicación generalizada de la corriente continua en la red.

El investigador principal, Prasad Kandula, señaló que la falta de interruptores de media tensión DC ha sido un gran obstáculo para la flexibilidad en la transmisión de energía. El nuevo interruptor de media tensión desarrollado puede manejar niveles más altos de corriente continua a un costo menor, ayudando a reducir los costos de energía y expandir la capacidad de la red eléctrica de EE.UU.

Los interruptores son dispositivos de seguridad clave en la red eléctrica, capaces de cortar automáticamente la corriente en caso de anomalías o fallos del sistema, previniendo riesgos de incendios o apagones. Los interruptores tradicionales son adecuados para corriente alterna, pero la corriente continua, debido a su flujo unidireccional, es difícil de cortar rápidamente con interruptores mecánicos tradicionales. Los investigadores de ORNL están diseñando y escalando un nuevo interruptor de semiconductores cuya velocidad de operación es cien veces mayor que la de los interruptores mecánicos, haciendo que la aplicación de corriente continua en la red sea más amplia.

Los sistemas DC son más atractivos para los diseñadores de sistemas energéticos debido a su eficiencia, flexibilidad y compatibilidad con energías modernas y cargas. Pueden proporcionar energía más económica para proyectos intensivos en energía como centros de datos de inteligencia artificial, reduciendo las pérdidas de energía en la transmisión. Los interruptores de media tensión son cruciales para realizar la distribución DC, y los interruptores de semiconductores proporcionan velocidad y mayor seguridad para sistemas DC, reduciendo significativamente los riesgos de seguridad y de incendios forestales.

Sin embargo, previamente, los interruptores de semiconductores eran demasiado caros para competir con los interruptores mecánicos de corriente alterna, limitando la expansión de las redes DC. El equipo de ORNL eligió un semiconductor económico y eficiente: el tiristor, y diseñó un circuito externo para forzar la reducción de corriente. Construyeron y probaron un prototipo de interruptor en el Centro de Innovación y Desarrollo de Investigación de Redes Eléctricas, que puede cortar 1.400 voltios en menos de 50 microsegundos, cuatro a seis veces más rápido que demostraciones previas de tiristores.

Para demostrar que la tecnología puede escalarse a voltajes más altos, los investigadores conectaron interruptores en serie y diseñaron soluciones para desafíos como la distribución de voltaje y tiempos de respuesta rápidos. Realizaron pruebas en una serie de interruptores de hasta 1800 voltios y están trabajando para elevar el voltaje a 10.000 voltios, para satisfacer las mayores demandas de energía de las redes DC futuras.

Este proyecto forma parte de un plan más amplio de ORNL para desarrollar una serie de módulos de media tensión apilables, para expandir nuevas aplicaciones de energía en el transporte, la manufactura y los centros de datos de EE.UU. El proyecto está financiado por la Oficina de Electricidad del Departamento de Energía de EE.UU., y otros investigadores participantes incluyen a Marcio Kimpara y Elvey Andrade.