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Superconduttori ad alta temperatura (SAT); analisi delle applicazioni nel settore elettrico di potenza. Risultati derlle misure elettriche su conduttori SAT compositi

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Superconduttori ad alta temperatura (SAT); analisi delle applicazioni nel settore elettrico di potenza. Risultati derlle misure elettriche su conduttori SAT compositi

Recently updated on Aprile 7th, 2021 at 01:15 pm

L’implementazione in rete di dispositivi elettrici di nuova concezione basati su materiali superconduttori ad alta temperatura (SAT) costituisce una delle possibilità concrete per aumentare la capacità di trasporto e migliorare la flessibilità dei sistemi di trasmissione/distribuzione con significativi benefici attesi per gli utenti finali. In particolare alcuni dispositivi sono potenzialmente idonei per migliorare l’efficienza, l’affidabilità e la qualità della fornitura elettrica quali ad esempio cavi per trasporto di energia e sistemi di accumulo magnetico (SMES). Altri componenti SAT quali ad esempio trasformatori e limitatori di corrente (FCL), anch’essi già oggetto di studio e sviluppo nell’ambito di importanti progetti internazionali, potrebbero nel medio-lungo periodo contribuire significativamente allo sviluppo tecnologico del sistema elettrico nazionale. L’uso dei materiali SAT per lo sviluppo di adduttori o passanti di corrente, da impiegarsi per la realizzazione della connessione elettrica tra alimentazione a temperatura ambiente e dispositivo superconduttivo operante a bassa temperatura, sta dimostrando di aver già raggiunto un elevato grado di maturità a livello tecnologico. L’impiego di tali componenti elettrici, che rappresenta la prima applicazione pratica dei SAT nel settore di potenza, consente di diminuire notevolmente gli ingressi termici all’interno del dispositivo superconduttivo riducendone di conseguenza i costi di realizzazione, installazione ed esercizio. I materiali SAT ben si prestano a tale impiego in quanto non presentano dissipazione ohmica e possiedono la bassa conducibilità termica propria dei ceramici rispetto ai metalli. L’utilizzo di conduttori compositi, metallo-ceramico SAT, per la realizzazione di adduttori di corrente è comunque subordinato alla loro capacità di sopportare numerosi cicli termici senza apprezzabile degrado delle loro proprietà elettriche e di resistere senza danneggiarsi a fenomeni occasionali di “quench”, ossia alla presenza di correnti di trasporto superiori al proprio valore di corrente critica nelle specifiche condizioni di esercizio ovvero di temperatura e campo magnetico. Per studiare tale fenomeno ed ottenere informazioni sulle modalità e sulle tempistiche dell’insorgenza degli “hot-spot” ovvero di punti di surriscaldamento localizzati dai quali successivamente ha origine e si propaga il “quench”, è stato realizzato un apposito apparato sperimentale che consente anche la misura della corrente critica del conduttore SAT a temperature comprese tra 77 K e 110 K circa. Tale apparato che è stato progettato e realizzato per consentire l’esecuzione di misure elettriche di corrente critica e di prove di quench a temperatura variabile, consente più in generale di misurare sperimentalmente la dipendenza della corrente critica di conduttori SAT nell’intervallo di temperatura nel quale essi saranno impiegati nelle prime applicazioni prototipali e di verificare le proprietà dei SAT in condizioni estreme ovvero durante la loro transizione ad uno stato fortemente dissipativo: quench delle proprietà superconduttive. Nel presente rapporto, dopo una breve introduzione, sono descritte: nel Cap.2 le caratteristiche geometriche e fisiche di conduttori SAT per alte correnti; nel Cap.3 l’apparato sperimentale sviluppato; nel Cap.4 i risultati sperimentali delle misure elettriche di corrente critica e delle prove di quench nell’intervallo di temperatura 77-110 K, per alcuni tipici conduttori compositi costituiti dal ceramico SAT (Bi,Pb) 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10+x (fase BSCCO-2223 avente T c =110 K ) in matrice di argento o lega d’argento.

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