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Centro de Pesquisas de Energia Elétrica CEPEL Centro de Pesquisas de Energia Elétrica – CEPEL Rio de Janeiro – RJ – Brasil A 3 -07 ENSAIOS COM MÓDULOS SUPERCONDUTORES PARA LIMITAÇÃO DE CORRENTE DE CURTO-CIRCUITO Título do trabalho Apresentador: Autor/apresentador Área Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Alexander Polasek XIV ERIAC | 2011

AUTORES • 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 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

2011 - CENTENÁRIO DA SUPERCONDUTIVIDADE Kammerlingh Onnes. Holanda: • 1908 – Hélio Líquido • 1911 – Supercondutividade • 1913 – Prêmio Nobel Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011

Supercondutores de Alta Temperatura PRÊMIO NOBEL – 1987 • 1986 – Berdnorz e Müller – IBM (Suíça) • 1987 – Chu et al. Universidade de Houston SUPERCONDUTIVIDADE A T > 77 K (Nitrogênio Líquido) !!! Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011

Supercondutividade Ímã permanente Supercondutor Resistência elétrica nula Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Repulsão de campos magnéticos XIV ERIAC | 2011

Alta Densidade de Corrente J~ J ~ 200 A/mm 2 2 A/mm 2 Fitas Supercondutoras Cobre Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011

Aplicações Armazenadores de Energia Limitadores De Corrente 2010 2015 Cabos Motores e Geradores 2020 Transmissão 2025 2030 Transformadores Stephen A. Gourlay - 2007 IEEE Council on Superconductivity 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 curtocircuito • 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 Critério 1 m. V/cm Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011

Limitadores Supercondutores Exemplos Fabricante Instalação Tensão Corrente Nominal Ano ABB Suíça 8 k. V 800 A 2000 ACCEL / NEXANS Alemanha 10 k. V 600 A 2004 NEXANS Alemanha Grã-Bretanha 12 k. V 800 A 100 A 2009 ZENERGY EUA 13 k. V 800 A 2009 INNOPOWER China 35 k. V 1500 A 2009 NAGOYA UNIVERSITY Japão (transformador) 22 k. V / 6. 6 k. V 52 A / 175 A - KEPCO Coréia do Sul 154 k. V 1200 A - SIEMENS EUA 138 k. V 1200 A - Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Fonte: EPRI XIV ERIAC | 2011

Limitador Supercondutor TIPO RESISTIVO Conectado à rede Componentes Limitadores Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL NEXANS/ACCEL Alemanha XIV ERIAC | 2011

Módulos Limitadores Supercondutores TIPO RESISTIVO Módulos empregados no presente trabalho: -Bobina supercondutora de BSCCO 2212 - Fabricante: NEXANS Superconductors, Alemanha Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011

Módulos Conectados - CEPEL TIPO RESISTIVO 12 MÓDULOS CONECTADOS: - Em Série: 1, 6 k. Veficaz / 300 Aeficaz - Paralelo / Série: 0, 8 k. Veficaz / 600 Aeficaz LABORATÓRIO DE ALTA CORRENTE – CEPEL, ADRIANÓPOLIS 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

Resultados – Conexão Série Corrente Presumida – 25 k. A eficaz SEM LIMITADOR COM LIMITADOR Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011

Resultados – Conexão Série Corrente Presumida – 67 k. A eficaz Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011

Resultados – Conexão Paralelo/ Série Corrente Presumida – 25 k. A eficaz (Assimétrica) Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011

Resultados – Conexão Paralelo/ Série Corrente Presumida – 65 k. A 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! Alexander Polasek polasek@cepel. br Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL XIV ERIAC | 2011