Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL
Autor/apresentador
Área
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
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011
•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
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011
Apresentador
Alexander Polasek
Doutor 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
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011
Kammerlingh Onnes-
Holanda:
•1908 – Hélio Líquido
•1911 – Supercondutividade
•1913 – Prêmio Nobel
2011 - CENTENÁRIO DA 2011 - CENTENÁRIO DA SUPERCONDUTIVIDADE SUPERCONDUTIVIDADE
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011
•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
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011
Supercondutividade
Ímã permanente
Supercondutor
Resistência elétrica nula Repulsão de campos magnéticos
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011
J ~ 2A/mm2 J ~ 200A/mm2
Alta Densidade de Corrente
Fitas Supercondutoras
Cobre
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011
2010 2015 2020 2025 2030
Motores e GeradoresArmazenadores
de Energia
LimitadoresDe Corrente Transmissão
Cabos
Stephen A. Gourlay - 2007
IEEE Council on Superconductivity
Aplicações
Transformadores
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011
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
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011
Limitador de Corrente Supercondutor Resistivo
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011
Curva E - J
E – campo elétrico J – densidade de corrente
Ec – campo elétrico crítico Jc – densidade de corrente crítica
Tsc – temperatura do supercondutor
n
cc
JE E
J T
Critério 1V/cm
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011
Limitadores Supercondutores
Exemplos
Fabricante Instalação Tensão Corrente Nominal
Ano
ABB Suíça 8 kV 800 A 2000
ACCEL / 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
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011
Limitador Supercondutor
Conectado à redeConectado à rede
NEXANS/ACCELNEXANS/ACCEL
AlemanhaAlemanhaComponentes Componentes LimitadoresLimitadores
TIPO RESISTIVO
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011
Módulos Limitadores Supercondutores
Módulos empregados no presente trabalho:
-Bobina supercondutora de BSCCO 2212
- Fabricante: NEXANS Superconductors, Alemanha
TIPO RESISTIVO
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011
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
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011
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)
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011
Ensaios no CEPEL
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011
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
Co
rren
te (
kA)
Tempo (s)
Ten
são (V
)
SEM LIMITADOR
COM LIMITADOR
Resultados – Conexão Série
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011
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
Ten
são (V
)
Co
rren
te (
kA)
Presumida Limitada Tensão
Tempo (s)
Corrente Presumida – 67 kA eficaz
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011
-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
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
Tempo (s)
Limitada
Tensão
Co
rren
te (
kA)
Ten
são
(V
)
Presumida
Resultados – Conexão Paralelo/ Série
Corrente Presumida – 25 kA eficaz (Assimétrica)
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011
-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
0
20
40
60
80
100
120
-3500
-3000
-2500
-2000
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Tempo (s)
Presumida
Co
rre
nte
(k
A)
Limitada
Te
ns
ão
(V
)
Tensão
Resultados – Conexão Paralelo/ Série
Corrente Presumida – 65 kA eficaz (Assimétrica)
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011
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
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011
MUCHAS GRACIAS!MUCHAS GRACIAS!
Alexander PolasekAlexander [email protected]@cepel.br