Revista Brasileira de Ensino de Fısica, v. 34, n. 4, 4313 (2012)www.sbfisica.org.br

Limitadores de corrente de curto-circuito supercondutores:

principais conceitos e testes(Superconducting fault current limiters: main concepts and tests)

Wescley Tiago B. de Sousa1,2, Alexander Polasek1, Rodrigo Dias1 e Rubens de Andrade Jr.2

1Centro de Pesquisas de Energia Eletrica, Eletrobras, Ilha da Cidade Universitaria, Rio de Janeiro, RJ, Brasil2Laboratorio de Aplicacao de Supercondutores, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, Brasil

Recebido em 24/1/2012; Aceito em 8/5/2012; Publicado em 10/12/2012

Neste trabalho foi realizado um estudo sobre limitadores de corrente de curto-circuito com base em materiaissupercondutores para a protecao de redes eletricas frente ao crescente aumento no nıvel de corrente de curtos-circuitos. Modulos comerciais foram submetidos a ensaios de curto-circuito (correntes da ordem de kA) com oobjetivo de se analisar a eficacia destes dispositivos na limitacao de corrente. Os resultados dos ensaios podemser considerados satisfatorios, pois os modulos limitadores apresentaram eficiencia na limitacao de corrente.Palavras-chave: limitadores de corrente, MCP-BSCCO-2212, curto-circuito.

In this paper we present a study about fault current limiters based on superconducting materials for the pro-tection of electrical networks considering the increase in the level of short circuit current. Commercial moduleswere submitted to short-circuit tests (currents in order of kA) with the aim of analyzing the effectiveness of thesedevices in current limitation. The test results can be considered satisfactory because the limiters modules wereefficient in current limitation.Keywords: fault current limiters, MCP-BSCCO-2212, fault current.

1. Introducao

Em sistemas eletricos de potencia, curto-circuitos po-dem ser causados por falhas ou envelhecimento de isola-mentos, raios que atingem a rede ou ate mesmo objetosque conectam os cabos condutores ao solo (ou entre osmesmos) e causam o curto. A corrente gerada devidoao curto-circuito pode ser ate 100 vezes maior que acorrente nominal do sistema (corrente do sistema sobcondicoes normais). Por esta razao, todo o sistema dedistribuicao de energia eletrica possui dispositivos deseguranca (por exemplo, disjuntores) para extinguir aselevadas correntes na ocorrencia de um curto-circuito.Os equipamentos do sistema eletrico tambem devemser capazes de suportar as elevadas correntes de curto-circuito ate a completa abertura dos disjuntores.

No decorrer dos anos, com o aumento de consumoe, consequentemente, da geracao de energia eletrica,curtos-circuitos em sistemas eletricos vem ocorrendocom mais frequencia. A insercao de novas usinas ge-radoras nao previstas previamente na construcao dosistema atual, o aumento de interconexoes do sistemaeletrico e usinas proximas a centros urbanos, contri-buem para o aumento dos nıveis das corrente de curto-

circuito. Desse modo, temos a superacao da capaci-dade dos equipamentos (transformadores, barramentos,disjuntores, etc), ou seja, equipamentos que nao foramprojetados para suportar os novos e elevados nıveis decorrente de curto.

Um estudo realizado em [1], revela que determina-das subestacoes do estado do Rio de Janeiro podemvir a apresentar problemas, como a superacao da capa-cidade de interrupcao dos disjuntores, caso uma novausina geradora venha a ser instalada para suprir a de-manda de energia eletrica. Problemas como este se tor-nam mais comuns no mundo todo a cada dia.

Os principais meios para resolver ou contornar esteproblema consistem na troca de todos os equipamentossuperados, na reconfiguracao do sistema ou no empregode dispositivos que reduzam a amplitude da correntepara nıveis aceitaveis pelos equipamentos na ocorrenciade um curto-circuito (limitadores de corrente). A trocados equipamentos superados pode ser inviavel, tantoeconomicamente quanto operacionalmente, devido a ne-cessidade de longas paradas nas subestacoes. Modi-ficacoes na rede, tais como o seccionamento de barra-mentos, a radializacao de circuitos e a divisao em circui-tos de menor capacidade, representam apenas solucoes

1E-mail: wescley@ufrj.br.

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4313-2 Sousa et al.

provisorias, por reduzirem a flexibilidade e a confiabili-dade do sistema.

Limitadores de corrente sao dispositivos capazes deatenuar, ou ate mesmo, de bloquear picos de sobre-corrente com rapidez suficiente para que os disjunto-res possam entao atuar com seguranca. Deste modo, aaplicacao destes dispositivos apresenta-se como solucaode longo prazo mais viavel do que a recapacitacao deuma subestacao, mantendo e aumentando a estabili-dade, a confiabilidade e a qualidade do fornecimentode energia eletrica, alem de prolongar a vida util dosequipamentos superados.

Limitadores de corrente a base de materiais super-condutores de alta temperatura crıtica tem sido estu-dados por varios grupos de pesquisas e alguns ja fo-ram instalados em subestacoes para testes [2]. Tais li-mitadores sao considerados uma das tecnologias maispromissoras dentre os limitadores de corrente em de-senvolvimento [3]. Neste trabalho, apresentaremos osprincipais conceitos de limitadores de corrente super-condutores alem de testes de curto-circuitos realizadosno Laboratorio de Altas Correntes do Centro de Pes-quisas de Energia Eletrica (Eletrobras CEPEL).

Materiais supercondutores apresentam resistencianula (R = 0) quando se encontram abaixo de umatemperatura crıtica, a qual denominamos Tc. Taismateriais ainda devem transportar densidades de cor-rentes menores que um determinado valor (densidadede corrente crıtica Jc) e nao estarem expostos a cam-pos magneticos elevados (campo magnetico crıtico Hc).Caso algum destes tres parametros seja superado, o es-tado supercondutor do material deixa de existir e o ma-terial passa a se comportar como um resistor ohmiconormal.

2. Limitadores de corrente supercondu-tores (LCS)

O emprego de materiais supercondutores em aplicacoestecnologicas tem se desenvolvido amplamente apos adescoberta de materiais supercondutores de alta tem-peratura crıtica. O primeiro grande teste realizado comum limitador supercondutor foi em 1996 quando a em-presa Asea Brown Boveri (ABB) testou um limitadordo tipo indutivo em uma rede suıca de 10 kV, compotencia de 1,2 MVA.

A empresa alema Nexans Superconductors conse-guiu desenvolver em 2003 um bom limitador resistivo,denominado CURL10, fazendo uso do material Bi-2212[2]. Estes limitadores possuem formato de bobina comduplo enrolamento de material supercondutor e foramtestados em uma rede de distribuicao alema de 10 kV,com potencia de 10 MVA [4]. Limitadores de correntefeitos com fitas supercondutoras tambem sao estuda-dos e despertam grande interesse, ja que estes podemocasionar uma reducao de custo [5] e na producao emlarga escala. A maioria dos prototipos ainda estao em

nıvel de testes e fase de homologacao. Os primeiroslimitadores supercondutores comerciais foram instala-dos para testes pela Nexans Superconductors GmbH emuma rede de distribuicao de 12 kV.

As principais caracterısticas destes limitadores naosao encontradas em dispositos limitadores convencio-nais, e sao:

• Rapido tempo de atuacao =⇒ atuam comeficiencia em meio ciclo de corrente;

• Grande capacidade de limitacao =⇒ limitadoressupercondutores do tipo resistivo podem limitara corrente de falta em ate 10 vezes, dependendoda configuracao do circuito;

• Nao precisam ser substituıdos =⇒ quando subme-tido a uma corrente de falta o material supercon-dutor que compoe o limitador apenas transicionaao seu estado normal. Apos a falta e necessarioapenas um determinado tempo para que o mate-rial supercondutor retorne ao seu estado de resis-tividade nula, podendo assim, operar novamente;

• Atuam sem auxılio de sensores =⇒ alguns limi-tadores convencionais necessitam de sensores ouchaves para que a falta possa ser detectada e entaoser acionada a limitacao. Nos limitadores super-condutores a limitacao ocorre devido a proprie-dade intrınseca do material em alterar o valor desua resistividade quando submetido a altas cor-rentes;

• Sao leves e menores (especialmente no caso dotipo resistivo) quando comparados com os demaislimitadores;

• Sao “invisıveis” em condicoes normais =⇒ sobcondicoes normais de operacao de um sistemaeletrico, estes dispositivos apresentam resistenciadesprezıvel e podem ser projetados para apresen-tarem indutancia reduzida, evitando assim, que-das de tensao e dissipacao de energia;

• Falha segura =⇒ mesmo se o limitador falhar,ele ira limitar a corrente. Um defeito no sistemacriogenico ou qualquer outro problema duranteum curto circuito, fara com que o material tran-site para o estado normal e apresente resistividadediferente de zero, limitando a corrente de curto-circuito.

Neste trabalho iremos nos concentrar no estudo dosLCS´s resistivos. No entando, e importante uma breverevisao dos principais modelos de LSC´s.

2.1. Principais modelos

Existem tres principais modelos para limitadores decorrente supercondutores: o tipo Resistivo, que faz uso

Limitadores de corrente de curto-circuito supercondutores: principais conceitos e testes 4313-3

da propriedade de resistividade nula dos superconduto-res; o tipo Indutivo, que se baseia no efeito Meissnere o tipo hıbrido, que e uma combinacao de ambos osmodelos.

2.1.1. Tipo resistivo

Este tipo de limitador e composto de um elemento su-percondutor inserido em serie no sistema a ser protegido(Fig. 1). Em condicoes normais de operacao, o mate-rial supercondutor se encontra no estado de resistencianula e nao dissipa energia. Na ocasiao de um curto-circuito o valor da densidade de corrente crıtica (Jc) esuperado e o material supercondutor transiciona parao estado normal, se tornando um resistor ohmico quepassa a dissipar energia. Dessa maneira a corrente decurto circuito e reduzida.

corrente corrente

Limitador SupercondutorNitrogênioLíquido

Figura 1 - Ilustracao de um limitador de corrente supercondutorresistivo.

Atualmente os limitadores resistivos podem ser en-contrados como blocos massivos (bulks) ou fitas. Nor-malmente os limitadores massivos sao compostos daceramica supercondutora Bi-2212 enquanto que os li-mitadores com fitas supercondutoras podem ser com-postos de Bi-2223 ou YBCO.

Estes limitadores tem as vantagens de apresenta-rem uma capacidade de reducao do curto-circuito maiore mais rapida quando comparado ao tipo indutivo(proxima secao) e sao ideais para a aplicacao nas re-des de distribuicao de energia pois nao exigem ban-cos de capacitores para a correcao do fator de potenciacomo ocorre nos indutivos [6], alem de apresentar umtamanho reduzido quando comparado a outros tipos delimitadores.

2.1.2. Tipo indutivo (limitador de nucleo blin-dado)

O limitador de corrente supercondutor do tipo indutivo(tambem conhecido como nucleo blindado) e, basica-mente, um “transformador”. O enrolamento primarioe conectado em serie com o sistema a ser protegido.

O enrolamento secundario e supercondutor, e na mai-oria das vezes, possui somente uma espira, que e uminvolucro cilındrico supercondutor, chamado de blin-dagem (Fig. 2). Assim, diferentemente do limitadordo tipo resistivo, o limitador indutivo so esta acopladomagneticamente com o circuito a ser protegido.

Núcleo de Ferro

Sistema Criogênico

Supercondutor(Blindagem)

EnrolamentoPrimário

Figura 2 - Ilustracao de um limitador de corrente supercondutorindutivo.

O principal conceito deste limitador se baseia naspropriedades magneticas dos materiais superconduto-res. Sob condicoes normais de operacao, o campomagnetico, gerado pela bobina de cobre, e blindadopelo involucro supercondutor (efeito Meissner) e naoatinge o nucleo de ferro. Devido a essa blindagem, aimpedancia do sistema e baixa.

No caso de um curto-circuito, a corrente no en-rolamento primario aumenta de maneira consideravel,resultando, consequentemente, em um aumento defluxo magnetico no involucro supercondutor. Conformeo fluxo de campo magnetico aumenta, as linhas defluxo comecam a penetrar no material supercondutor(vortices) e irao, tambem, penetrar no nucleo de ferrodo transformador fazendo com que a impedancia do sis-tema tambem aumente, diminuindo, assim a amplitudeda onda de corrente de curto-circuito.

Em relacao ao tipo resistivo, este apresenta maio-res pesos e tamanhos devido ao grande volume de ferronecessario para a construcao do nucleo magnetico dolimitador [6].

2.1.3. Tipo hıbrido

O limitador supercondutor do tipo hıbrido consistede um transformador com um limitador supercondu-tor resistivo conectado em serie com o enrolamentosecundario do transformador, enquanto que o enrola-mento primario do transformador e conectado em seriecom a rede a ser protegida (Fig. 3).

4313-4 Sousa et al.

Carg

a

Material Supercondutor

Transformador

Limitador Tipo Híbrido

Fonte

Figura 3 - Ilustracao de um limitador de corrente supercondutorhıbrido.

Em condicoes normais de operacao, o material per-manece no estado supercondutor, fazendo com que setenha uma baixa impedancia refletida no primario [7].Na ocorrencia de um curto-circuito, a corrente do se-cundario ultrapassa a corrente crıtica do material su-percondutor, levando o material a transicionar para oestado normal e, por consequencia, gerando uma im-pedancia que antes nao existia no circuito. Essa im-pedancia e refletida para o enrolamento primario dotransformador e a corrente de curto-circuito e, entao,limitada.

2.2. O limitador MCP-BSCCO-2212

Nesta seccao daremos detalhes sobre o limitador re-sistivo MCP-BSCCO-2212 (Nexans SuperconductorsGmbH ), uma vez que este foi o modelo estudado e tes-tado.

A sigla MCP vem do ingles Melt Casting Process(Processo de Moldagem por Fundicao) e se refere ex-clusivamente ao processo de fabricao destes limitadores.Este processo foi inicialmente desenvolvido no final dadecada de 80 e tem os seguintes itens como principaiscaracterısticas [8–10];

• Sıntese relativamente rapida;

• Maior facilidade de obter diversas geometrias comdiferentes tamanhos;

• Boas qualidades de material supercondutor (den-sidade de corrente crıtica, dependencia comcampo magnetico e temperatura crıtica relativa-mente alta);

• Possibilidade de aplicacao de contatos eletricos naforma de fitas;

• Boa homogeneidade do material (comparado aoutros metodos).

Embora seja um processo muito eficaz na fabricacaodestes dispositivos, no que se refere as caraterısticasde materiais supercondutores, o resultado e um mate-rial massivo e nao homogeneo, ou seja, e possivel que

existam regioes do material supercondutor com propri-edades distintas. Isto significa dizer que podem existirno mesmo material diferentes areas com valores dife-rentes de Jc e Tc. A Fig. 4 mostra medidas de Re-sistencia x Temperatura para duas amostras retiradasde um mesmo limitador onde podemos notar diferencasna resistencia do matarial supercondutor, indicando di-ferencas nas propriedades do material.

80 100 120 140 160 180 200 220 240 2600

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20 Amostra 1

Temperatura (K)

Res

istê

ncia

(m )

Amostra 2

Figura 4 - Medidas resistencia x temperatura de duas amostrasextraıdas de um mesmo limitador.

Como consequencia destas heterogeneidades temosdiferentes taxas de aquecimento no mesmo material naocorrencia de um curto-circuito. Estas diferentes ta-xas fazem com que uma determinada regiao transicionepara o estado normal antes das demais regioes, gerandoo que chamamos de hot spot [2], ou seja, o sobreaque-cimento de uma certa regiao em relacao as outras.

O surgimento de hot-spots e totalmente indesejavel,ja que a regiao que transitar precocemente sera res-ponsavel por dissipar sozinha toda a energia do curto-circuito. Obviamente que este excesso de potencia emuma pequena regiao ira causar serios danos ao limita-dor, como por exemplo, a degradacao de suas proprie-dades ou ate a completa destruicao do dispositivo.

Para evitar o surgimento de hot-spots, e comumo uso de um material metalico, comumente chamadode resistor shunt, soldado ao material supercondutor.Dessa forma, a corrente e desviada da regiao sobre-aquecida evitando assim a danificacao do dispositivo(Fig. 5). A passagem de corrente pelo shunt resultaem um aquecimento do mesmo. Por estar em contatocom o material supercondutor, havera transferencia decalor do shunt para o supercondutor, fazendo com quea transicao ocorra de maneira homogenea. Este shuntdeve estar em contato com o supercondutor por todo ocomprimento do mesmo ja que a previsao das regioesonde ocorrem os hot-spots nao e possıvel.

Limitadores de corrente de curto-circuito supercondutores: principais conceitos e testes 4313-5

Shunt

Supercondutor (Bi - 2212)Hot Spot

Corrente

Solda

Figura 5 - Atuacao do shunt para a protecao do dispositivo devidoao surgimento de hot-spots.

Geralmente o shunt e composto por ligas metalicasa base de CuNi ou CuNiMn. Uma importante questaoe como este shunt e soldado ao material supercondu-tor. A fim de evitar uma degradacao do material su-percondutor, uma solda de baixo ponto de fusao e usada(Figs. 5 e 6). Esta solda apresenta resistividade na or-dem de 1 µOhm.cm e deve constar de uma camada fina(aproximadamente 0,2 mm ) entre shunt e o supercon-dutor uma vez que temperaturas acima do ponto defusao podem ser alcancadas durante um curto-circuitopodendo resultar em danos permanentes na solda [10].

A bobina supercondutora necessita ainda de umaestabilizacao mecanica uma vez que a mesma estarasujeita a forcas de compressao termica, que e justifi-cada pelo alto coeficiente de expansao termica do shuntmetalico, quando comparado ao material ceramico, etambem devido as forcas eletromecanicas durante ocurto-circuito. Para compensar estas forcas mecanicasum tubo polimerico reforcado com fibras (Fiber Rein-forced Plastics - FRP) e colado coaxialmente e na parteinterna do material supercondutor [10].

A Fig. 6 mostra com detalhes a composicao de umdispositivo limitador de corrente supercondutor do tipoMCP-BSCCO-2212 e a Fig. 7 mostra fotografias tira-das de um limitador fabricado pela empresa alema Ne-xans Superconductors GmbH.

Contatos

Shunt

SoldaBi - 2212

FRP

Figura 6 - Componentes de um limitador de corrente do tipoMCP-BSCCO-2212. Figura fora de escala.

Figura 7 - Fotografia de um componente limitador supercondutorfabricado pela Nexans Superconductors GmbH ; a) vista superiorde uma das extremidades e b) vista lateral.

Neste ponto e importante saber que a densidadede corrente crıtica Jc pode ser definida, somente paraos supercondutores do tipo II, como a maxima densi-dade de corrente que um supercondutor pode transpor-tar sem que exista o movimento da rede de vortices,diferentemente da definicao de densidade de correntecrıtica utilizada para supercondutores do tipo I ondeJc e a densidade de corrente crıtica responsavel pelaquebra dos pares de Cooper. A densidade de correnteresponsavel pela quebra dos pares de Cooper em su-percondutores do tipo II e conhecida como corrente dedepareamento (depairing current density) e seu valorpode ser bem superior ao valor da densidade de cor-rente Jc responsavel pelo movimento de vortices. Ovalor da densidade de corrente de depareamento e umapropriedade intrınseca dos materiais supercondutoresenquanto o valor de Jc e uma propriedade extrınsecae depende do modo de fabricacao do material [11, 12].Dessa maneira os limitadores de corrente superconduto-res sao produzidos de maneira a suportar as correntesnominais das redes de distribucao sem que transitempara o estado normal, passando a apresentar resistenciaeletrica apenas quando a corrente do sistema aumentarde maneira significativa, que e o caso de corrente decurto-circuito. Em outras palavras, a corrente nominalde uma rede eletrica deve ter um valor de modo a naosuperar a Jc do limitador supercondutor ligado a ela,para que nao ocorra a dissipacao de energia quando arede opera normalmente. Na ocorrencia de um curto-circuito, a densidade de corrente que atravessa o su-percondutor sera maior que Jc ocasionando, entao, nomovimento de vortices e, consequentemente, resultandonuma dissipacao de energia na forma de calor que faracom que o material se aqueca e atinja uma tempera-tura maior que Tc. Como consequencia deste aumentode temperatura acima de Tc, o material transita para oestado normal passando a apresentar resistencia eletricae, desse modo, limitando a corrente de curto-circuito. Eimportante ressaltar que em um material supercondu-tor granular de alta temperatura crıtica como Bi-2212,a rede de vortices dificilmente sera como a rede de Abri-kosov [13].

4313-6 Sousa et al.

3. Testes

Para a demostracao da capacidade de limitacao des-tes dispositivos, os mesmos foram submetidos a testesde curto-circuito no Laboratorio de Alta Corrente doCentro de Pesquisas de Energia Eletrica. O circuito deensaios e composto de dois transformadores (Fig. 8).O primeiro abaixa a tensao obtida de uma linha detransmissao de Furnas de 138 kV para 4,16 kV e o se-gundo abaixa uma tensao Va, controlada pelos valoresda resistencia R e da indutancia L, para um valor Vo

desejado. O curto-circuito e controlado pela aberturaou fechamento da chave S.

12 x

LC

S

138 kV 4.16 kV Va

Vo

R L

S

Figura 8 - Esquema do Circuito de Ensaio empregado no presentetrabalho.

Doze modulos LCS’s, semelhantes ao mostrado naFig. 7, ligados em serie no secundario do segundo trans-formador (Fig. 9) foram imersos em nitrogenio liquido(77 K) e submetidos aos testes apresentados na Ta-bela 1. Nesta tabela, o valor de corrente prospectivacorresponde a corrente de curto-circuito, ou seja, a cor-rente do circuito sem os limitadores de corrente. Taisdispositivos apresentam corrente crıtica (Ic) na ordemde 500 A (pelo criterio de 1 µV/cm). O valor de (Ic) eobtido pelo levantamento da curva V x I e foi fornecidapelo fabricante dos limitadores, Nexans Superconduc-tors GmbH. Em todos os testes, a tensao Vo aplicadafoi de 1,0 kVrms

Figura 9 - Conexao em serie com os limitadores supercondutores.

Tabela 1 - Dados de teste.

Corrente prospectiva (kArms)TesteA 0, 3TesteB 5, 0TesteC 25, 0TesteD 45, 0

Para analisarmos quao eficiente e a limitacao de cor-rente pelo conjunto de LCS´s, definimos um ındice delimitacao de corrente de crista β como sendo a razao dovalor do primeiro pico de corrente limitada Pcl (correntedo circuito com os limitadores) pelo valor do primeiropico da corrente prospectiva Pcp, ou seja,

β =Pcl

Pcp. (1)

Assim, quanto mais proximo de zero for o valor deβ, melhor sera a limitacao, e quanto mais proximo de1, pior sera a limitacao.

4. Resultados

Nas Figs. 10 e 11 podemos observar os resultados doTesteA. A Fig. 10 mostra a comparacao entre correntedo circuito sem os limitadores (prospectiva) e a correntecom os limitadores entre 0,0 s e 0,3 s de curto-circuitoenquanto a Fig. 11 mostra a comparacao entre 0,7 s e1,0 s.

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30

-450

-300

-150

0

150

300

450

Tempo (s)

Cor

rent

e (A

) Sem limitador Com limitador

Figura 10 - Resultado do TesteA no intervalo entre 0,0 s e 0,3 s.

0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00

-450

-300

-150

0

150

300

450

Tempo (s)

Cor

rent

e (A

)

Sem limitador Com limitador

Figura 11 - Resultado do TesteA no intervalo entre 0,7 s e 1,0 s.

Limitadores de corrente de curto-circuito supercondutores: principais conceitos e testes 4313-7

E possivel observar em ambas as figuras que, parao TesteA, a limitacao de corrente nao ocorre. Isto por-que a corrente crıtica destes limitadores e da ordem de500 A e os picos da corrente prospectiva nao ultrapas-sam este valor. De acordo com a Tabela 2, que mostraos valores de β para todos os testes realizados, o valor deβ para este teste e 0,97. Assim, vemos que a limitacaode corrente praticamente nao existe neste caso. Estee um resultado importante, pois nos indica que o con-junto de LCS´s praticamente nao interfere na correntede um circuito eletrico que apresente corrente nominalmenor que o valor Ic do material supercondutor.

Nos testes seguintes (TesteB, TesteC e TesteD), au-mentamos os valores da corrente prospectiva, como des-crito na Tabela 1. Nas Figs. 12, 13 e 14 observamos osresultados para estas aplicacoes.

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

-2

-1

0

1

2

Tempo (s)

Ten

são

(kV

)

Cor

rent

e (k

A)

Sem limitador Com limitador Tensão

Figura 12 - Resultado do ensaio TesteB em 1 kVrms; correnteprospectiva de 5,0 kArms, corrente limitada e tensao total noslimitadores.

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

-3

-2

-1

0

1

2

3

Ten

são

(kV

)

Cor

rent

e (k

A)

Tempo (s)

Sem limitador Com limitador

Tensão

Figura 13 - Resultado do ensaio TesteC em 1 kVrms; correnteprospectiva de 25,0 kArms, corrente limitada e tensao total noslimitadores.

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08

-60

-40

-20

0

20

40

60

-3

-2

-1

0

1

2

3

Tempo (s)

Cor

rent

e (k

A)

Ten

são

(kV

)

Sem limitador Com limitador

Tensão

Figura 14 - Resultado do ensaio TesteD em 1 kVrms; correnteprospectiva de 45,0 kArms, corrente limitada e tensao total noslimitadores.

Tabela 2 - Valores de β para os testes realizados.

Teste Pcl Pcp βTesteA 0.43 kA 0,44 kA 0,97TesteB 6,12 kA 7,62 kA 0,80TesteC 9,75 kA 38,4 kA 0,25TesteD 10,5 kA 67,0 kA 0,16

Podemos observar uma limitacao mais efetiva nocaso de uma corrente prospectiva maior. No TesteBnotamos que a amplitude da onda de corrente limitadavai diminuindo mais lentamente em comparacao comtodos os demais resultados mostrados. Este resultadoe caracterıstico de uma transicao mais lenta devido acorrente prospectiva relativamente baixa utilizada. Istoporque a taxa de aumento de temperatura do mate-rial supercondutor depende da corrente que o atravessa.Desse modo, quando a corrente de curto-circuito do sis-tema for relativamente baixa, o aumento de tempera-tura sera lento, ocasionando num tempo maior paraatingir a temperatura crıtica Tc, ou seja, fazendo comque a transicao do material supercondutor para o es-tado normal seja mais longa [11].

Nos ultimos tres testes observamos que o primeiropico de corrente limitada e maior que os demais. Istoesta relacionado a transicao do material do estado su-percondutor para o estado normal, i.e., durante os pri-meiros instantes a transicao para o estado normal aindaesta ocorrendo, de forma que o movimento dissipativodos vortices esta em seu inıcio. Apos a transicao, a re-sistencia do material supercondutor se torna maior quea resistencia do shunt e, como o valor da resistividadedeste tem pouca dependencia com sua temperatura po-demos observar um regime quase estacionario na cor-rente limitada, pois agora, a maior parte da correnteflui pelo resistor shunt.

4313-8 Sousa et al.

5. Conclusoes

No presente trabalho, foram realizados testes de li-mitacao de corrente com um conjunto de modulos limi-tadores de corrente supercondutores (LCSC’s) conecta-dos em serie. Estes modulos baseiam-se em elementoshelicoidais a base do supercondutor Bi-2212 na formamassiva (bulk). Embora a eficiencia da limitacao de-penda do valor da corrente de curto-circuito, os resulta-dos se mostram satisfatorios uma vez que, quanto maiora corrente prospectiva, melhor a limitacao de corrente.Desse modo os LCSC´s se apresentam como uma dasprincipais solucoes para o problema do aumento dascorrentes de curto-circuito do sistema eletrico.

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[10] S. Elschner, et al., IEEE Trans. Appl. Supercond. 13,1980 (2003).

[11] W.T.B. de Sousa, Simulacoes e Ensaios com Limitado-res de Corrente de Curto-Circuito Supercondutores doTipo Resistivo. Dissertacao de Mestrado, UniversidadeFederal do Rio de Janeiro, 2011.

[12] K. Fosshein and A. Sudbo, Superconductivity - Physicsand Applications (John Wiley and Sons Ltd, Cherno-golovka, 2004), 1a ed., p. 204.

[13] A.A.M. Oliveira, et al., Phys. Rev. B 82, 104506(2010).