Il rapporto riferisce i risultati di sperimentazioni e studi teorici volti a determinare deformazioni e sforzi in nastri superconduttori ad alta temperatura, in inglese HTS (High Temperature Superconductors) in avvolgimenti cilindrici prototipi di limitatori di corrente di corto circuito a superconduttore (Superconducting Fault Current Limiters, SFCL) in condizioni operative, ovvero vincolati al supporto cilindrico e operanti a temperature criogeniche. Se tali deformazioni e sforzi sono al di sotto di determinati valori limite tipici del nastro e nessuna modifica strutturale viene introdotta, il nastro lavora in condizioni di sicurezza e senza degrado della sua corrente critica.

Misure di deformazione mediante estensimetri su nastro SuNAM in configurazione cilindrica hanno mostrato la presenza di due possibili cause di deformazione non elastica o modifica strutturale del nastro: 1) la sua collocazione sulla superficie curva del supporto, che può sottoporlo a deformazioni prossime ai limiti meccanici dell’acciaio, suo costituente principale e 2) il vincolo al supporto che, in condizioni non ottimali, ne modifica le proprietà strutturali o meccaniche in prossimità dei morsetti alla temperatura criogenica di esercizio, 77 K nel caso in esame. Le deformazioni misurate risultano inferiori alle soglie meccaniche che causano degrado della corrente critica dei più noti nastri commerciali di architettura simile.

Inoltre, sono state eseguite prove preliminari di iniezione di rampe di corrente fino al raggiungimento della corrente critica dei nastri HTS in configurazioni di test semplificate, ovvero lineari. Tali prove avevano lo scopo di trovare correlazioni tra la coppia di serraggio dei bulloni dei morsetti, la deformazione del nastro e la sua corrente critica; esse hanno permesso di rivelare l’esistenza di configurazioni ottimali del sistema sperimentale che minimizzano la deformazione del nastro nelle vicinanze del morsetto e consentono l’applicazione di coppie di serraggio relativamente elevate senza danneggiamento del nastro e senza che la sua corrente critica scenda sotto il suo limite di reversibilità (95% del suo valore nominale). La buona levigazione delle superfici dei morsetti a contatto col nastro assicura poi un contatto elettrico ottimale. Tali prove possono essere estese anche a nastri in configurazione cilindrica.

Le simulazioni numeriche del comportamento termoelastico di avvolgimenti del nastro superconduttore sono state eseguite con il software COMSOL Multiphysics per geometrie cilindriche del supporto a cui il nastro viene vincolato. Si è stimato lo sforzo medio sui nastri superconduttori con opportune condizioni al contorno. Gli sforzi medi calcolati presentano una maggiore variabilità rispetto a quelli in configurazione lineare precedentemente stimati. Condizioni al contorno, geometria e ipotesi fisiche dei modelli numerici possono essere ulteriormente ampliate ed approfondite.

Gli studi qui condotti incrementano le conoscenze sull’argomento, non ancora reperibili, a conoscenza degli autori, nella letteratura scientifica a riguardo. In particolare, si sono individuate la coppia di serraggio ottimale per la  configurazione cilindrica qui esaminata, individuata la corretta geometria del vincolo in configurazione lineare per la riduzione delle deformazioni e dei conseguenti sforzi, consentendo il mantenimento della corrente critica al di sopra del suo limite di reversibilità anche con coppie di serraggio precedentemente considerate proibitive e si sono eseguite le prime stime numeriche degli sforzi in geometria cilindrica, più complessa da elaborare rispetto a quanto fatto in precedenza per configurazioni lineari.