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rapporti - Deliverable

Progettazione e realizzazione di un prototipo monofase di SFCL da 9 kV e 1000 A: attività di sviluppo di modellistica, di simulazione numerica, di realizzazione e caratterizzazione sperimentale di prototipi finalizzata alla…

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Progettazione e realizzazione di un prototipo monofase di SFCL da 9 kV e 1000 A: attività di sviluppo di modellistica, di simulazione numerica, di realizzazione e caratterizzazione sperimentale di prototipi finalizzata alla…

In questo rapporto vengono in primo luogo presentati i risultati della limitazione di un vero corto-circuito trifase nella rete di Milano; nei capitoli seguenti, sono invece riportati gli studi volti alla caratterizzazione di campioni e bobine per la progettazione del dispositivo limitatore potenziato, fino al test di corto-circuito eseguito in laboratorio su un prototipo che rappresenta a tutti gli effetti la prima fase del nuovo dispositivo.

Il presente documento descrive le attività di ricerca e studio svolte nel periodo di riferimento per la sperimentazione e lo sviluppo di dispositivi limitatori di corrente a superconduttore. Nel Dicembre 2011 era stato installato presso la sottostazione S. Dionigi a Milano di A2A Reti Elettriche (A2A) un prototipo trifase di limitatore di corrente a superconduttore (SFCL) per reti di distribuzione MT 9kV/220 A. Il prototipo è stato posto in servizio continuativo nel marzo del 2012, dando inizio così ad una attività sperimentale durata più di due anni. L’installazione in campo, fra le prime al mondo nel suo genere, ha consentito di effettuare una verifica approfondita delle prestazioni del dispositivo durante il funzionamento della rete in condizioni nominali, ma non ha consentito di verificare il comportamento del dispositivo SFCL durante eventi che comportassero il passaggio di elevate sovra-correnti. Per questo motivo RSE ed A2A hanno studiato la possibilità di realizzare un reale evento di corto-circuito in rete al fine di testare le proprietà limitanti del dispositivo. Per poter eseguire il test in piena sicurezza, A2A ha scelto un’opportuna finestra temporale, inoltre ha riconfigurato la rete e settato le protezioni in modo da evitare ogni inconveniente agli utenti ed ai dispositivi di rete. Il corto-circuito è stato creato applicando un’opportuna procedura concordata da A2A e RSE. Nel presente rapporto sono descritti i principali parametri utilizzati per progettare il test in campo e la configurazione di rete utilizzata, ponendo particolare enfasi sui risultati finali ottenuti. Al termine della sperimentazione sul dispositivo 9 kV/220 A sono proseguiti gli studi utili alla realizzazione del dispositivo potenziato 9 kV/1 kA. A tal fine sono state condotte diverse sessioni di caratterizzazione prima su campioni di nastro in YBCO e successivamente su prototipi di bobine in YBCO. Nel presente rapporto i capitoli che seguono quello della sperimentazione in campo si concentrano quindi sulla descrizione dei metodi e delle funzioni matematiche utilizzate per le caratterizzazioni. In primo luogo è descritta la caratterizzazione eseguita per il calcolo della resistenza del nastro SAT al variare dello spessore di argento e della temperatura (per temperature superiori alla temperatura critica). Questo studio si è dimostrato importante in fase di progetto per ottenere informazioni sull’effettiva composizione del nastro, ovvero sui quantitativi presenti dei principali elementi costitutivi. Tali informazioni sono state elaborate e poi utilizzate per il corretto dimensionamento dei prototipi e ha consentito di simulare il comportamento delle bobine durante transitori di corto-circuito, stimando la sollecitazione elettro-termica a cui sono state sottoposte. Sonostate successivamente approntate le caratterizzazioni volte a valutare il comportamento in DC a in AC dei campioni di nastro in YBCO: durante le caratterizzazioni DC è possibile valutare il valore della corrente critica del nastro, mentre le prove AC consentono di valutare il livello delle perdite. A valle di queste valutazioni, è stato possibile confrontare le caratteristiche dei nastri di prima generazione in BSCCO e di seconda generazione in YBCO con l’obiettivo di valutare la soluzione più adatta alla costruzione del dispositivo SFCL potenziato 9 kV/1 kA. Sono stati quindi realizzati dei prototipi di bobine anti-induttive in YBCO, che sono stati sottoposti alle stesse caratterizzazioni eseguite suinastrini, con l’obiettivo di determinarne il valore della corrente critica e successivamente il livello di perdite AC. Uno di questi prototipi è stato sottoposto nel mese di gennaio 2015 a prove di corto-circuito presso i laboratori di potenza di CESI, durante le quali ha potuto mostrare la sua capacità limitate: tale prototipo è stato denominato con la sigla fase R in quanto, per dimensioni costruttive e dettaglio realizzativo, può essere considerato a tutti gli effetti la prima fase del dispositivo potenziato.

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