Revista si suplimente
MarketWatch
Inapoi Inainte

Aplicații ale supraconductibilității în ingineria electrică la ICPE-CA

21 Mai 2026



Cablurile electrice și limitatoarele de curent supraconductoare - soluții pentru rețelele viitorului

Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Inginerie Electrică ICPE-CA desfășoară activități de cercetare avansată în domeniul supraconductibilității aplicate în ingineria electrică, contribuind la dezvoltarea unor soluții inovatoare pentru modernizarea rețelelor energetice. Prin proiectele dezvoltate în cadrul Laboratorului de Supraconductibilitate Aplicată, ICPE-CA realizează aplicații performante dedicate transportului eficient al energiei electrice și protecției rețelelor de distribuție, precum cablurile electrice supraconductoare și limitatoarele de curent de avarie, consolidând astfel expertiza națională în domeniul tehnologiilor energetice avansate.

În contextul tranziției energetice, a necesității eficientizării consumurilor și al creșterii accelerate a cererii de energie electrică, rețelele de transport și de distribuţie a acesteia sunt supuse unor solicitări tot mai mari, atât din punct de vedere al capacității de transport, cât și al stabilității în regim de avarie. Soluțiile actuale (convenționale) utilizate în transportul energiei electrice prezintă pierderi relativ mari, iar cele pentru protecția rețelelor de distribuție sunt greoaie și costisitoare.
Supraconductorii, prin proprietățile lor unice, datorită faptului că prezintă rezistență electrică nulă la temperaturi criogenice și un comportament neliniar la valori ale curenților de alimentare peste valorile curenților critici (curenți de la care starea supraconductoare dispare), oferă soluții inovatoare eficiente pentru aceste provocări. În special supraconductorii de temperatură „înaltă” (HTS) sunt promițători datorită posibilității utilizării lor la temperatura azotului lichid (-196 ºC) și datorită performanțelor lor ridicate (curenți suportați I ~ 103 A, și câmp critic ridicat Bc~ 102 T). Aplicațiile în curent continuu sunt destinate în special obținerii de câmpuri magnetice intense, ceea ce a condus la dezvoltarea acceleratoarelor de particule moderne și, implicit, la avansarea cunoașterii în fizica particulelor elementare.
În regim de curent alternativ, aplicațiile supraconductorilor capătă o relevanță deosebită, în special în domeniul transportului eficient al energiei electrice și a limitării curenților de scurtcircuit (avarie) din rețelele de distribuție electrică.
Astfel, înlocuirea soluțiilor convenționale, care utilizau cuprul cu soluții bazate pe supraconductorii HTS (cu structuri complexe de tip YBCO sau BSCCO), permit obținerea de cabluri pentru transportul energiei electrice cu pierderi zero sau, dispozitive de protecție a rețelelor de distribuție la curenți de avarie, eficiente și cu fiabilitate foarte mare.
Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Inginerie Electricǎ ICPE-CA București, prin Laboratorul de Supraconductibilitate Aplicată, a dezvoltat o serie de aplicaţii relevante ale supraconductorilor HTS în ingineria electrică, atât în curent continuu (generatoare de câmpuri magnetice intense- electromagneti supraconductori), cât și în curent alternativ.
În cadrul proiectelor de cercetare derulate în ultimii ani, au fost dezvoltate două aplicații importante în curent alternativ: cablul electric supraconductor și limitatoarele supraconductoare de curenţi de avarie.

Expertiza echipei
ICPE-CA dispune de o infrastructură adecvată atât pentru caracterizarea materialelor supraconductoare și stabilirea performanțelor acestora, cât și de experiența necesară pentru dezvoltarea și testarea sistemelor supraconductoare realizate pentru functionare în regim c.a. Astfel, atat modelarea numerică cât și proiectarea dispozitivelor și echipamentelor experimentale împreună cu tehnicile de măsurare specifice domeniului și de utilizare a tehnicilor moderne de obținere a temperaturilor criogenice (criorăcitoare), sunt utilizate și applicate în ultimii 35 ani. Această expertiză este unică la nivel național și permite abordarea completă a ciclului de cercetare- dezvoltare, de la concept la realizare și validare experimentală.

Parteneri și program de cercetare
Proiectele au fost realizate în cadrul programelor de cercetare Nucleu, în perioada 2021-2026, orientate spre transfer tehnologic și dezvoltare cu soluții aplicabile în rețelele electrice reale, constituind un pas înainte spre aplicațiile cele mai eficiente din ingineria electrică modernă.
Obiectivele principale ale proiectelor au fost dezvoltarea de tehnologii inovatoare bazate pe materiale supraconductoare de înaltă temperatură (HTS), validarea experimentală a soluțiilor propuse și orientarea acestora la cerințele specifice industriei.
Aplicațiile dezvoltate în ICPE-CA:
1. Cablu electric supraconductor
Cablurile supraconductoare permit transportul unor densități de curent mult superioare cablurilor convenționale, pierderile asociate prin efect joule fiind nule, pierderile globale cauzate ciclului de histerezis fiind mult reduse. Caracteristicile principale ale acestui cablu sunt:
– densități mari de curent (comparativ cu varianta convențională), fapt ce conduce la reducerea dimensiunii instalațiilor,
– pierderi aproape nule,
– compatibilitate cu infrastructura urbană existentă.



Inovațiile aduse pentru acest conductor electric sunt optimizarea geometriei conductorului pentru regimul de curent alternativ, reducerea pierderilor asociate operării acestora în regim alternativ (histerezis și curenți turbionari), dar și integrare în rețele existente.
Cablurile supraconductoare (fig. 1) pot transporta curenţi de ordinul 103-104 A, atât în c.c. cât și în c.a.
Acestea pot fi dimensionate pentru valori chiar mai mari ale curentilor transportaţi fără pierderi.
De obicei aceste tipuri de cabluri sunt montate subteran și utilizate în rețele de joasă și medie tensiune.
2. Limitatoare supraconductoare de curent
Limitatorul supraconductor de curent reprezintă o soluție pasivă și automată pentru protecția rețelelor electrice împotriva curenților de scurtcircuit (supracurenți). În regim normal de funcționare materialul supraconductor se află în stare supraconductoare având impedanță foarte mică. În regim de avarie, când curentul din rețea depășește curentul critic (maximul suportat de supraconductor), acesta tranzitează în starea rezistivă, ceea ce conduce la o creștere rapidă a impedanței dispozitivului, curentul din circuit fiind astfel limitat la valoarea la care nu avariază rețeaua, aceasta fiind astfel protejat.
Utilizând acestă proprietate a supraconductorilor, au fost dezvoltate două tipuri de limitatoare: unul rezistiv și altul de tip inductiv.
Limitatorul HTS rezistiv (fig. 2) utilizează tranziția supraconductorului din starea supraconductoare în cea rezistivă la aparația supracurenților de avarie într-un circuit, și protejarea acestuia prin devierea curentului pe un alt circuit paralel. Revenirea curentului la valoarea nominală face ca acesta să-și reia circulația prin supraconductor și rețeaua protejată.



Limitatorul HTS inductiv
Functionarea acestui tip de limitator se bazează pe același fenomen de tranziție din starea supraconductoare în cea rezistivă, dar prin efectul câmpului magnetic generat de supracurent care depășeste câmpul magnetic critic al supraconductorului.
Soluția dezvoltată în cadrul proiectului introduce arhitecturi inductive optimizate, utilizarea materialelor supraconductoare sub formă de bandă, de tip YBCO în configurații de ecranare magnetică, integrarea funcției de limitare a curenților cu posibilitatea de cuplare energetică (ex. sisteme de stocare a energiei în camp magnetic - SMES).
Avantajele acestui tip de limitator (fig. 3) sunt reprezentate prin timpul de răspuns extrem de rapid (~ms), funcționarea fără componente mecanice, reducerea solicitărilor asupra echipamentelor din rețea și un număr nelimitat de cicluri.



Avantajele utilizării materialelor supraconductoare de temperatură înaltă în astfel de echipamente sunt: creșterea capacității de transport a rețelelor fără extindere fizică majoră, limitarea curenților de scurtcircuit în rețele din ce în ce mai interconectate, creșterea siguranței și a fiabilității sistemelor și a rețeleleor de distribuție electrică, precum și integrarea surselor regenerabile și a consumatorilor dinamici.

Beneficiari potențiali
Tehnologiile dezvoltate se adresează:
– operatorilor de rețele electrice,
– producătorilor de echipamente pentru transportul și distribuția energiei electrice,
– infrastructurilor urbane dense,
– aplicațiilor industriale cu cerințe ridicate de putere.
Pentru soluțiile dezvoltate au fost depuse două cereri de brevet de invenție care vizează arhitectura sistemului inductiv supraconductor, integrarea componentelor în criostat și optimizarea funcționării în regim c.a.

Oportunități de colaborare viitoare
Se propun colaborări cu IMM-uri și parteneri din domenii precum: transportul de energie și utilități, electronică de putere, materiale avansate, sisteme criogenice.
Direcțiile de colaborare includ dezvoltarea de prototipuri, testare și validare, transfer tehnologic, și dezvoltare de produse de înaltă tehnicitate.

Concluzii
Supraconductibilitatea utilizată în aplicatii de curent alternativ oferă soluții concrete eficiente și fiabile pentru problemele actuale ale sistemelor energetice. Limitatoarele de curent și cablurile supraconductoare reprezintă tehnologii moderne si mature din punct de vedere tehnologic, cu un potențial ridicat de implementare industrială. Colaborarea dintre mediul de cercetare (ICPE-CA) și industria de specialitate este esențială pentru accelerarea transferului acestor tehnologii performante către aplicații reale, modernizarea transportului energiei electrice și a rețelelor de distribuție a acesteia.



Parerea ta conteaza:

(0/5, 0 voturi)

Lasa un comentariu



trimite