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Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL. 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. Título do trabalho. Autor/apresentador - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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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
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•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
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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
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Kammerlingh Onnes-
Holanda:
•1908 – Hélio Líquido
•1911 – Supercondutividade
•1913 – Prêmio Nobel
2011 - CENTENÁRIO DA 2011 - CENTENÁRIO DA SUPERCONDUTIVIDADE SUPERCONDUTIVIDADE
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•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
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Supercondutividade
Ímã permanente
Supercondutor
Resistência elétrica nula Repulsão de campos magnéticos
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J ~ 2A/mm2 J ~ 200A/mm2
Alta Densidade de Corrente
Fitas Supercondutoras
Cobre
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2010 2015 2020 2025 2030
Motores e GeradoresArmazenadores
de Energia
LimitadoresDe Corrente Transmissão
Cabos
Stephen A. Gourlay - 2007IEEE Council on Superconductivity
Aplicações
Transformadores
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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
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Limitador de Corrente Supercondutor Resistivo
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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
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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
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Limitador Supercondutor
Conectado à redeConectado à rede
NEXANS/ACCELNEXANS/ACCEL
AlemanhaAlemanhaComponentes Componentes LimitadoresLimitadores
TIPO RESISTIVO
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Módulos Limitadores Supercondutores
Módulos empregados no presente trabalho:
-Bobina supercondutora de BSCCO 2212
- Fabricante: NEXANS Superconductors, Alemanha
TIPO RESISTIVO
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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
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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)
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Ensaios no CEPEL
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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
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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
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-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)
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-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)
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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
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MUCHAS GRACIAS!MUCHAS GRACIAS!
Alexander PolasekAlexander [email protected]@cepel.br