Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL

Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011

Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL

Autor/apresentadorÁrea

Título do trabalho

Centro de Pesquisas de Energia Elétrica – CEPEL

Rio de Janeiro – RJ – Brasil

A3-07

ENSAIOS COM MÓDULOS SUPERCONDUTORES PARA LIMITAÇÃO DE CORRENTE

DE CURTO-CIRCUITO

Apresentador:

Alexander Polasek


•Alexander Polasek – Laboratório de Supercondutividade - DTE •Rodrigo Dias – Laboratório de Supercondutividade - DTE •Fábio A. da Silva - Laboratório de Alta Corrente - DVLA•Francisco C. Lopes - DTE•Eduardo T. Serra - Assistente Técnico da Diretoria Geral•Orsino de O. Filho - Assistente Técnico da Diretoria de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovações

AUTORES

Centro de Pesquisas de Energia Elétrica – CEPEL


Apresentador

Alexander PolasekDoutor em Ciência e Engenharia de Materiais pela Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (2002). Parte do seu doutorado foi realizada no Max-Planck-Institut für Metallforschung, em Stuttgart, na Alemanha.

Pesquisador do Centro de Pesquisas de Energia Elétrica (CEPEL) desde 2002.

Atua principalmente nos seguintes temas:

• Materiais e Equipamentos Supercondutores para o setor elétrico

• Limitadores de corrente de curto-circuito

• Síntese e caracterização de materiais supercondutores

• P&D de materiais isolantes poliméricos


Kammerlingh Onnes-

Holanda:

•1908 – Hélio Líquido

•1911 – Supercondutividade

•1913 – Prêmio Nobel

2011 - CENTENÁRIO DA 2011 - CENTENÁRIO DA SUPERCONDUTIVIDADE SUPERCONDUTIVIDADE


•1986 – Berdnorz e Müller – IBM (Suíça)

•1987 – Chu et al. Universidade de Houston

SUPERCONDUTIVIDADE A T > 77 K (Nitrogênio Líquido) !!!

Supercondutores de Alta Temperatura

PRÊMIO NOBEL – 1987


Supercondutividade

Ímã permanente

Supercondutor

Resistência elétrica nula Repulsão de campos magnéticos


J ~ 2A/mm2 J ~ 200A/mm2

Alta Densidade de Corrente

Fitas Supercondutoras

Cobre


2010 2015 2020 2025 2030

Motores e GeradoresArmazenadores

de Energia

LimitadoresDe Corrente Transmissão

Cabos

Stephen A. Gourlay - 2007IEEE Council on Superconductivity

Aplicações

Transformadores


Limitadores de Corrente de Curto-Circuito

PROBLEMA: Aumento dos Níveis de Corrente de Curto-Circuito Superação de Disjuntores

Limitadores de Corrente Supercondutores:

• Atuação Rápida (< ¼ de ciclo)

• “Self-Triggering” – não requerem sensores e dispositivos de acionamento

• Retornam naturalmente ao estado supercondutor após o curto-circuito

• Praticamente não interferem na rede durante a operação normal do sistema

• FALHA SEGURA

• Primeiros Comerciais: Alemanha e Grã-Bretanha (Distribuição)

• Três principais tipos: Resistivo, Indutivo e Híbrido


Limitador de Corrente Supercondutor Resistivo


Curva E - J

E – campo elétrico J – densidade de correnteEc – campo elétrico crítico Jc – densidade de corrente críticaTsc – temperatura do supercondutor

n

cc

JE EJ T

Critério 1V/cm


Limitadores Supercondutores Exemplos

Fabricante Instalação Tensão Corrente Nominal

Ano

ABB Suíça 8 kV 800 A 2000ACCEL / NEXANS Alemanha 10 kV 600 A 2004

NEXANS AlemanhaGrã-Bretanha

12 kV12 kV

800 A100 A

2009

ZENERGY EUA 13 kV 800 A 2009

INNOPOWER China 35 kV 1500 A 2009

NAGOYA UNIVERSITY

Japão (transformador)

22kV / 6.6kV 52 A / 175 A -

KEPCO Coréia do Sul 154 kV 1200 A -

SIEMENS EUA 138 kV 1200 A -

Fonte: EPRI


Limitador Supercondutor

Conectado à redeConectado à rede

NEXANS/ACCELNEXANS/ACCEL

AlemanhaAlemanhaComponentes Componentes LimitadoresLimitadores

TIPO RESISTIVO


Módulos Limitadores Supercondutores

Módulos empregados no presente trabalho:

-Bobina supercondutora de BSCCO 2212

- Fabricante: NEXANS Superconductors, Alemanha

TIPO RESISTIVO


Módulos Conectados - CEPEL

LABORATÓRIO DE ALTA CORRENTE – CEPEL, ADRIANÓPOLIS

12 MÓDULOS CONECTADOS:

- Em Série: 1,6 kVeficaz / 300 Aeficaz

- Paralelo / Série: 0,8 kVeficaz / 600 Aeficaz

TIPO RESISTIVO


Ensaios no CEPEL

Circuito de Ensaio

Laboratório de Alta Corrente – Cepel, Adrianópolis

Duração do curto-circuito = 60 – 120 ms

Corrente Presumida: medida sem o limitador (LCSC)


Ensaios no CEPEL


Corrente Presumida – 25 kA eficaz

-0,075 -0,050 -0,025 0,000 0,025 0,050

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

-0,075 -0,050 -0,025 0,000 0,025 0,050

-40

-20

0

20

40

-0,075 -0,050 -0,025 0,000 0,025 0,050

-2000

-1000

0

1000

2000

Presumida Limitada Tensão

Cor

rent

e (k

A)

Tempo (s)

Tensão (V)

SEM LIMITADOR

COM LIMITADOR

Resultados – Conexão Série


Resultados – Conexão Série

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

-0,06 -0,04 -0,02 0,00 0,02-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

Tensão (V)

Cor

rent

e (k

A)

Presumida Limitada Tensão

Tempo (s)

Corrente Presumida – 67 kA eficaz


-0,05 0,00 0,05-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

-3500-3000-2500-2000-1500-1000-50005001000150020002500

Tempo (s)

Limitada

Tensão

Cor

rent

e (k

A)

Tens

ão (V

)

Presumida

Resultados – Conexão Paralelo/ Série

Corrente Presumida – 25 kA eficaz (Assimétrica)


-0,04 -0,03 -0,02 -0,01 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05-160-140-120-100-80-60-40-20

020406080

100120

-3500-3000-2500-2000-1500-1000-500050010001500200025003000

Tempo (s)

Presumida

Cor

rent

e (k

A)

Limitada

Tens

ão (V

)

Tensão

Resultados – Conexão Paralelo/ Série

Corrente Presumida – 65 kA eficaz (Assimétrica)


Conclusões

• O limitador supercondutor estudado mostrou eficácia na limitação dos níveis de corrente de curto-circuito

• Reprodutibilidade de resultados

• A corrente limitada depende pouco da corrente presumida

• Corrente limitada - Menos assimétrica que a presumida


MUCHAS GRACIAS!MUCHAS GRACIAS!

Alexander PolasekAlexander [email protected]@cepel.br

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