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Un limitatore di corrente superconduttivo protegge le reti elettriche nazionali

A casa, in caso di cortocircuito, i fusibili interrompono l’alimentazione, evitando così eventuali danni. Le reti elettriche, essendo molto più complicate e potenti, sono state prive di fusibili, fino ad oggi.

Energia

L’Europa continentale ha quattro grandi reti elettriche, che attraversano il paesaggio tramite cavi pesanti che trasportano fino a 380 000 volt. Se due di questi cavi si toccano, ad esempio se un albero cade sulla linea, si verifica una corrente di guasto, comunemente nota come cortocircuito. Questa condizione creerà scintille, la cui tensione può essere sufficiente a danneggiare o distruggere anche apparecchiature progettate per alte tensioni. In un circuito domestico, un fusibile può prevenire danni interrompendo istantaneamente l’alimentazione, ma alle tensioni estreme delle reti energetiche nazionali, tali dispositivi non sono utilizzabili. Ad oggi, non è mai esistito alcun equivalente pratico; se invece esistesse, sarebbe denominato limitatore di corrente di guasto. Oggi gli ingegneri ottengono lo stesso risultato limitando (spegnendo) la corrente di guasto con vari mezzi passivi e non ideali. Nel 2014 l’azienda Nexans ha installato un limitatore di corrente superconduttivo sperimentale nella rete vicino alla città tedesca di Essen. Sebbene tale limitatore abbia efficacemente protetto le linee elettriche cittadine, il dispositivo era troppo costoso per la commercializzazione.

Migliorare il limitatore di corrente superconduttivo

Il progetto FASTGRID, finanziato dall’UE, ha sviluppato un miglioramento a basso costo sul limitatore di corrente superconduttivo iniziale. In particolare, FASTGRID utilizza il materiale superconduttivo in modo ottimale per ridurre i costi. La superconduttività è il principio in base al quale alcuni materiali mostrano una resistenza elettrica pari a zero, ma ciò è possibile solo finché il materiale rimane a temperature criogeniche. Per un impianto di rete elettrica dotato di limitatore di corrente superconduttivo FASTGRID, in caso di cortocircuito, la corrente sale bruscamente, di un valore dato e noto, quindi interviene il limitatore di corrente superconduttivo. In seguito, la temperatura dell’elemento superconduttore (fili a nastro realizzati con il nuovo materiale superconduttore) sale rapidamente. Il materiale perde così la sua superconduttività e resiste alla corrente elettrica, il che limita la corrente a un livello di sicurezza, evitando eventuali danni e agevolando l’interruzione rapida dell’alimentazione da parte di un quadro elettrico (interruttore di circuito). Il materiale conduttivo successivamente si raffredda e torna a essere nuovamente superconduttore, perciò l’alimentazione può riattivarsi senza problemi. La proprietà superconduttiva consente pertanto al dispositivo limitatore di corrente superconduttivo di funzionare come un commutatore.

Più economico e pratico

«Il nostro conduttore superconduttivo avanzato rende il limitatore di corrente superconduttivo molto più appetibile da un punto di vista economico», spiega Pascal Tixador, coordinatore del progetto. «Il nuovo conduttore costa circa un decimo rispetto al conduttore Nexans». Questi risparmi sono stati ottenuti principalmente ottimizzando il conduttore con alternative. «Siamo riusciti a sviluppare e convalidare sperimentalmente un conduttore superconduttivo avanzato per limitatori di corrente superconduttivi», aggiunge Tixador. «Questi sviluppi hanno però richiesto molto più tempo di quanto previsto all’inizio del progetto e non è stato possibile produrre tutti gli elementi che speravamo di ottenere». Il gruppo di ricerca ha prodotto e testato con successo due dei sei elementi superconduttivi pianificati. Il prossimo obiettivo sarà finalizzare l’industrializzazione del conduttore superconduttivo. Infatti, quando potrà essere prodotto più facilmente, sarà possibile avviare i test in un ambiente industriale su vasta scala. Il risultato finale sarà un limitatore di corrente (meccanismo simile a un fusibile ma riutilizzabile e utilizzabile ad alte tensioni) abbastanza economico da essere installato su tutte le reti energetiche nazionali. Il dispositivo finale non solo proteggerà la rete da eventuali danni, ma consentirà anche una riconfigurabilità del sistema a lungo ricercata, la cosiddetta magliatura della rete.

Parole chiave

FASTGRID, superconduttività, sistema di protezione, rete elettrica, limitatore di corrente di guasto, interruttore automatico

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