SISTEMA DI ALIMENTAZIONE ELETTRICA NON CONVENZIONALE PER L APPARATO SPERIMENTALE MULTI-PINCH PER IL C.R. ENEA DI FRASCATI

Transcript

1 SPECIFICA TECNICA Pag. 1 di 22 per la fornitura del NON CONVENZIONALE PER L APPARATO SPERIMENTALE MULTI-PINCH PER IL C.R. ENEA DI FRASCATI STORIA DELLE REVISIONI Revisione Data Natura della modifica Prima emissione

2 SPECIFICA TECNICA Pag. 2 di 22 INDICE 1. SCOPO 3 2. RIFERIMENTI NORMATIVI 3 3. CONDIZIONI AMBIENTALI 4 4. CARATTERISTICHE ELETTRICHE FUNZIONALI ALIMENTATORE DELLE BOBINE MAGNETICHE ALIMENTATORE DEL CATODO ALIMENTATORE DEL PINCH 6 5. LIMITI DI FORNITURA 7 6. RESISTORI DI PROVA 9 7. PROVE E COLLAUDI GENERALITA CONTROLLO DI QUALITA Disegni costruttivi Simulazioni Controllo in corso d opera Piano di controllo qualità PROVE DI ACCETTAZIONE PROVE DI COLLAUDO DEFINITIVO PRESCRIZIONI COSTRUTTIVE TRASPORTO ALLEGATI 15

3 SPECIFICA TECNICA Pag. 3 di SCOPO Nell ambito delle attività di ricerca sulla Fusione Nucleare, nel Centro di Ricerca ENEA di Frascati è in fase di realizzazione l esperimento Multi-Pinch: un tokamak a basso rapporto di aspetto. Il presente documento ha lo scopo di dare prescrizioni per la fornitura e posa in opera del sistema di alimentazione elettrica non convenzionale dell apparato sperimentale Multi-Pinch per il C.R. ENEA di Frascati comprensivo della progettazione di dettaglio, costruzione, imballaggio, consegna, posa in opera e collaudo presso il Centro Ricerche ENEA di Frascati necessario per il funzionamento di Multi-Pinch; specificatamente dell alimentatore delle Bobine Magnetiche, dell alimentatore del Catodo e dell alimentatore del Pinch. 2. RIFERIMENTI NORMATIVI Gli alimentatori, se non diversamente specificato nel presente documento, dovranno essere realizzati in osservanza delle Norme CEI, IEC, CENELEC, ISO e UNI in vigore. Si riporta qui di seguito un elenco delle principali norme di riferimento. Si intendono comprese nello stesso tutte le varianti, le errata corrige, le modifiche ed integrazioni alle Norme elencate, successivamente pubblicate. Norma CEI EN Convertitori a semiconduttori Prescrizioni generali e convertitori commutati dalla linea Parte 1-1 Specifiche per le prescrizioni fondamentali Norma CEI EN /A1 Convertitori a semiconduttori Prescrizioni generali e convertitori commutati dalla linea Parte 1-1 Specifiche per le prescrizioni fondamentali Norma CEI EN Convertitori a semiconduttori Prescrizioni generali e convertitori commutati dalla linea Parte 1-3: Trasformatori e reattori

4 SPECIFICA TECNICA Pag. 4 di 22 Norma CEI Trasformatori trifase di tipo a secco 50 Hz, da 100 kva a 2500 kva, con tensione massima per il componente non superiore a 36 kv Parte 1: Prescrizioni generali e prescrizioni per trasformatori con una tensione massima per il componente non superiore a 24 kv La ditta, durante la realizzazione degli alimentatori, deve in ogni caso attenersi alle migliori regole dell arte in modo da fornire un prodotto che, per scelta del materiale utilizzato e per la qualità delle lavorazioni, risulti rigorosamente conforme a quanto prescritto dalla presente Specifica Tecnica e in linea con ogni altra normativa vigente. 3. CONDIZIONI AMBIENTALI Gli alimentatori saranno installati all interno di un edificio in cui non sono presenti condizioni ambientali particolari; per esse, pertanto, si fa riferimento a quanto previsto al paragrafo 2.2. della Norma CEI EN CARATTERISTICHE ELETTRICHE FUNZIONALI Ciascuno alimentatore dovrà corrispondere a quanto qui di seguito indicato. 4.l. ALIMENTATORE DELLE BOBINE MAGNETICHE V in : 20kV ac ; ±10%, 50 Hz trifase V out : 350 Vdc (reazione dodecafase) I out : 1.9 ka (dc) Carico previsto: R = 80 mohm; L = l0 mh Tempo di salita/discesa della corrente < 100 msec Durata impulso: 1 sec ripetuto ogni 10 min.

5 SPECIFICA TECNICA Pag. 5 di 22 Accuratezza in piatta banda (incluso ripple) della corrente erogata: ±2% (riferito al valore di riferimento) Regolazione in corrente a feedback tramite riferimento di V out e I out disponibili sia localmente che in morsettiera per trasmissione a distanza. Misure locali e remote con accuratezza della misura ± 1 %: V out, I out Protezioni : - fusibili su ciascun componente di potenza a stato solido, massima Iout e massimo tempo (impostabili localmente) - crow bar statico / resistenze non lineari contro le sovratensioni - sensori di temperatura con relativa centralina di controllo per ogni fase del trasformatore in resina 4.2. ALIMENTATORE DEL CATODO Essenzialmente costituito da un trasformatore a sei secondari con regolazione della tensione primaria. Ciascuno dei sei secondari alimenta un carico resistivo (un settore del filamento del catodo). I sei carichi sono collegati a stella con il centro messo a massa. V in : 380 V ac : ±10%, trifase V out : 6 uscite indipendenti 25 V rms sfasate reciprocamente di 60 I out per secondario (contemporaneamente su tutte le uscite ): 1.67 ka rms Carico previsto: resistivo collegato a stella esafase Tempo di salita/discesa della corrente : 30 sec Durata impulso: 1 sec ripetuto ogni 10 min Regolazione su tutte le fasi a loop aperto dell ampiezza delle tensioni secondarie tramite regolazione continua della tensione primaria ( variac a

6 SPECIFICA TECNICA Pag. 6 di 22 stato solido) secondo un riferimento variabile nel tempo. L'andamento tipico prevede la regolazione della tensione primaria in modo da aspettarsi una salita delle correnti secondarie da 0 a I out in un tempo regolabile tra 1 e 30 sec. Accuratezza della tensione secondaria: ± 2% Misure locali e remote con accuratezza della misura ± 1 %: V out, I out (per ciascun secondario). Protezioni: su ciascun secondario dovrà essere installato un relè massima I out (con soglia impostabile localmente) il cui scatto provocherà l'azzeramento della V out in t ~10 msec ALIMENTATORE DEL PINCH V in : 20kVac : ± 10%, trifase V out : 350 V dc (reazione dodecafase) I out : l0 ka (dc) Carico previsto: arco elettrico con tensione d'arco circa150v. Tempo di salita/discesa della corrente < 25 msec Durata impulso: 1 sec ripetuto ogni 10 min. Accuratezza (incluso ripple) della corrente erogata: : ± 2% (riferito al valore I out ) Regolazione in corrente a feedback tramite riferimento sia locale che remoto variabile nel tempo. Misure locali e remote con accuratezza della misura ± 1 %: V out, I out Protezioni : - fusibili su ciascun componente di potenza a stato solido; massima I out e

7 SPECIFICA TECNICA Pag. 7 di 22 massimo tempo (impostabili localmente) - crow bar statico / resistenze non lineari contro le sovratensioni La resistenza esterna di stabilizzazione dell arco, collegata in parallelo all arco, sarà a carico ENEA. L alimentazione a 20kV, sarà garantita da ENEA, mentre la necessità di un filtro comune lato 20kV verrà discussa tra ENEA e la ditta, che ne dovrà indicare le caratteristiche e farne una quotazione a parte. Per gli alimentatori delle Bobine e del Pinch, in caso di intervento del crowbar, occorre simultaneamente dare il comando di interdizione dei tiristori e di apertura dell interruttore MT al fine di garantire con sicurezza l interdizione dell energia trasferita dall alimentatore al crowbar. In caso di mancata apertura dei tiristori, l apertura del circuito è assicurata dall interruttore MT attraverso l apertura del circuito del relé di minima tensione ed il comando della bobina di sgancio. E richiesto quindi di dimensionare i tiristori (per i quali è comunque necessario predisporre adeguate protezioni in grado di evitarne il danneggiamento) e tutti gli altri componenti del sistema tenendo presente tale situazione anomala pur se occasionale. 5. LIMITI DI FORNITURA La ditta fornirà, montati e funzionanti secondo le presenti Specifiche Tecniche: l alimentatore delle bobine magnetiche l alimentatore del catodo l alimentatore del pinch un quadro protetto a MT costituito dai seguenti scomparti: - n. 1 scomparto di arrivo linea con sezionatore rotativo, interruttore in esafloruro ad esecuzione fissa, sezionatore di terra, blocco chiave tra sezionatore di linea e interruttore in esafloruro, interblocco meccanico tra apparecchi di manovra e porta accesso

8 SPECIFICA TECNICA Pag. 8 di 22 - n. 2 scomparti ( uno per il trasformatore delle bobine e uno per il trasformatore del pinch ) di protezione trasformatore, con sezionatore di manovra, sezionatore di terra, terna di fusibili e blocco a chiave per box trasformatore fornitura e posa in opera di una terna di cavi unipolari a 20 kv fra l interruttore a MT dell ENEA e il quadro protetto a MT ( bobine e pinch ) per un percorso non superiore a 100 m. fornitura e posa in opera dei collegamenti a 20 kv fra il quadro protetto a MT da una parte e i primari dei trasformatori degli alimentatori del Pinch e delle Bobine dall altra fornitura e posa in opera dei collegamenti fra i secondari dei trasformatori da una parte e i quadri/gruppi di controllo a tiristori dall altra fornitura e posa in opera di un interruttore a bt a protezione della linea di alimentazione del catodo, da alloggiare in un quadro bt già esistente in ENEA fornitura e posa in opera del cavo in bt, fra il quadro già esistente in ENEA e l alimentatore del catodo, per un percorso non superiore a 150 m. fornitura e montaggio di tutti gli accessori (canali e/o passerelle per la stesura dei cavi, terminali per i cavi di potenza, reti metalliche di protezione, staffature, serracavi etc.) necessari per una corretta, sicura e funzionale realizzazione a regola d arte dell impianto in conformità alle norme CEI. Collegamento di messa a terra dell impianto al dispersore predisposto dall ENEA secondo le norme di sicurezza. Tutta la strumentazione (anche se non indicata nelle presenti specifiche) necessaria per il funzionamento dell impianto e/o necessaria per il controllo dello stato dell impianto, il cui numero e caratteristiche saranno scelte dal costruttore. Tutte le voci suindicate dovranno essere quotate separatamente: la loro somma determinerà il costo complessivo della fornitura. E data facoltà alla ditta di studiare e proporre proprie soluzioni introducendo tutte le modifiche migliorative sviluppate nell ambito della propria esperienza di progettazione di impianti similari.

9 SPECIFICA TECNICA Pag. 9 di RESISTORI DI PROVA I resistori di prova, necessari per le prove di collaudo tecnico definitivo da effettuare presso il C.R. ENEA di Frascati, non fanno parte della fornitura. Il costo ciascun resistore verrà quotato a parte. L ENEA si riserverà di includerli o scorporarli, anche singolarmente, dalla fornitura. Gli alimentatori verranno provati nelle seguenti condizioni di riferimento: Alimentatore delle bobine magnetiche: V =150 V I = 1,9 ka Alimentatore del catodo V = 25 V I = 1,7 ka rms su ciascuna delle 6 fasi Alimentatore del pinch V =150 V I = 10 ka Per tali prove occorre predisporre dei resistori a funzionamento impulsato ( Bobine e Pinch ) che possono assumere, rispettivamente, i seguenti valori: R Bobine = 80 mω R Catodo = 14 mω ( 6 collegati a stella ) R Pinch = 15 mω L energia da dissipare è, rispettivamente: E Bobine = 300 kj con scarica di 1,5 secondi ogni 10 minuti E Catodo = 1,0 MJ ( per ciascuno dei 6 resistori collegati a stella ) E Pinch = 1,5 MJ con scarica di 1,5 secondi ogni 10 minuti Nell intervallo tra due impulsi la temperatura dei resistori deve poter essere riportata al suo valore iniziale; durante l impulso il valore ohmico nominale dei resistori non deve variare di più del 5 %.

10 SPECIFICA TECNICA Pag. 10 di PROVE E COLLAUDI 7.1 GENERALITA Tutto il materiale della presente fornitura dovrà essere pienamente rispondente a quanto richiesto nelle presenti specifiche, essendo realizzato a regola d arte come meglio definito secondo le raccomandazioni e/o prescrizioni IEC o CEI per i diversi componenti, o altre norme comunemente accettate; in caso di contrasti tra norme diverse si farà riferimento alle norme CEI nelle loro ultime edizioni. Tale rispondenza deve essere verificata durante le diverse fasi dell esecuzione della fornitura, articolando la verifica secondo la procedura seguente: - per tutta la durata dei lavori la ditta, sotto la sua responsabilità, dovrà eseguire un controllo di qualità; - gli alimentatori completi verranno provati in ditta prima della loro installazione sull impianto. Le di accettazione in fabbrica sono descritte nel successivo paragrafo i sottosistemi dell impianto e l impianto completo, messi in opera, verranno collaudati in sito; 7.2. CONTROLLO DI QUALITA Una procedura di controllo di qualità, le cui modalità operative verranno proposte dalla ditta ed eseguite sotto la sua responsabilità, dovrà assicurare che durante le diverse fasi di approvvigionamento del materiale, costruzione e assemblaggio, tutti i componenti siano perfettamente conformi alla funzione che essi dovranno svolgere nell impianto. Per rendere operativo tale sistema di controllo di qualità, la ditta si impegna a fornire quanto segue:

11 SPECIFICA TECNICA Pag. 11 di Disegni costruttivi La ditta, al termine di contratto, dovrà consegnare tutti i disegni, schemi, tabelle ecc. degli alimentatori nell edizione resa definitiva, nonché le istruzioni di esercizio e manutenzione ed il catalogo di tutte le apparecchiature componenti la fornitura. La documentazione di cui al punto precedente deve essere, preferibilmente, costituita da file grafici AUTOCAD (file.dwg e/o.dxf) e file WORD o ACROBAT (file.doc o.pdf) Simulazioni La ditta dovrà fornire le simulazioni di funzionamento dei circuiti eseguite per definire le soluzioni più idonee a soddisfare i requisiti delle presenti specifiche. In particolare la ditta dovrà presentare il calcolo delle correnti di corto circuito nelle varie sezioni dei circuiti considerando l ipotesi di corto circuito simmetrico, bifase o di fase a terra tenendo presente che: - la corrente di corto circuito della rete a 150 kv è di 11 ka - la tensione di c.c. del trasformatore 150/20 kv è dell 11 % - non esiste collegamento a terra del centro stella del trasformatore 150/21,5 kv - il cavo di collegamento sottostazione-quadromt è tripolare da 150 mm 2 per una lunghezza di 400 m circa In base a quanto detto, tenendo conto del tempo di intervento dell interruttore di impianto, occorre che tutte le apparecchiature dell impianto siano in grado di sopportare la corrente di picco delle situazioni di cortocircuito su implicate. Pertanto, la ditta si impegna, senza extra-costo, a fornire tutte le simulazioni eseguite sia di condizioni di funzionamento normale che di guasto atte a definire le condizioni estreme di lavoro dei componenti e a verificare l adeguatezza alla loro funzione specifica Controllo in corso d opera Il controllo in corso d opera ha lo scopo di garantire che durante le fasi di approvvigionamento, di costruzione e di assemblaggio siano state prese tutte le misure necessarie per assicurare la conformità dei manufatti ai requisiti delle

12 SPECIFICA TECNICA Pag. 12 di 22 specifiche tecniche. A tal fine, la ditta deve preparare e trasmettere all ENEA un piano di controllo di qualità Piano di controllo qualità La ditta dovrà: preparare un piano di qualità che descriva il programma di progetto, costruzione, messa in opera e prove, completo delle azioni che intende intraprendere per rendere operativo tale controllo di qualità; descrivere l organizzazione incaricata di definire ed effettuare tali azioni; definire l autorità e la responsabilità delle persone incaricate; fornire una copia del manuale del controllo di qualità in uso presso la ditta o, se non esistente, fornire un ampia documentazione dei metodi in uso presso la ditta per il controllo. 7.3 PROVE DI ACCETTAZIONE Le prove di accettazione degli elementi completi ( trasformatori, gruppi di tiristori ecc. ) verranno eseguite presso la sede della ditta. Tali prove hanno lo scopo di garantire che: tutti gli elementi completi siano perfettamente rispondenti alle specifiche tecniche; tutti gli elementi completi resi presso il C.R. ENEA di Frascati possano essere assemblati nella configurazione finale e in grado di funzionare senza altri interventi oltre il montaggio e le operazioni di messa a punto. Per la rispondenza alle specifiche tecniche, in conformità a quanto previsto dal Paragrafo 4 della Norma CEI EN , si prevedono le prove di seguito riportate: Prova di isolamento Prova a carico ridotto e prova di funzionamento Prova alla corrente nominale

13 SPECIFICA TECNICA Pag. 13 di 22 Determinazione delle perdite di complessi e di apparecchiature Prova di riscaldamento Verifica dei componenti ausiliari Verifica del funzionamento del sistema di controllo Verifica del funzionamento delle protezioni L onere per l esecuzione delle prove sarà a totale carico della ditta ad eccezione di quello relativo al personale ENEA partecipante alle prove. L ENEA dovrà essere preavvisato dalla ditta con almeno due settimane di anticipo dell effettuazione delle prove e potrà a suo giudizio non presenziare alle prove stesse ricevendo, in ogni caso, per approvazione i certificati di collaudo. 7.4 PROVE DI COLLAUDO DEFINITIVO Le prove di collaudo tecnico definitivo verranno effettuate presso il C.R. ENEA di Frascati e riguarderanno: a) verifica dell impianto e prove di isolamento: b) prove di funzionamento del sistema Per quanto riguarda il punto a) si procederà ad un controllo generale a vista dei lavori e si effettueranno prove di isolamento sulle parti funzionanti in corrente alternata nel sistema di distribuzione a 20 kv e sui cavi di bassa tensione. Le prove di funzionamento relative al punto b) saranno effettuate a completamento delle operazioni di posa in opera dei singoli alimentatori e avranno l obiettivo di verificarne il funzionamento previsto al par. 4. Tali prove saranno effettuate utilizzando i carichi resistivi del tipo descritto al par. 6 Tutte le prove di collaudo tecnico definitivo saranno a completo carico della ditta ivi includendo tutte le attrezzature, strumentazione, personale tecnico specialista e quanto altro non specificato necessario ad effettuare le prove. Fa eccezione a quanto detto la fornitura dei carichi di prova che verranno eventualmente inclusi nella fornitura ad insindacabile giudizio dell ENEA. La ditta provvederà a fornire i certificati di calibrazione della strumentazione utilizzata.

14 SPECIFICA TECNICA Pag. 14 di PRESCRIZIONI COSTRUTTIVE I trasformatori degli alimentatori, per consentirne l installazione all interno dell edificio in cui è in fase di realizzazione Multi-Pinch, devono essere in resina. Per lo stesso motivo le dimensioni in pianta dei trasformatori e dei quadri devono risultare non superiori a quelle, espresse in millimetri, qui di seguito elencate e comunque compatibili con le aree di installazione riportate nel disegno in Allegato 1. Alimentatore delle Bobine: - Trasformatore: 2200 x Quadro elettrico: 1760 x 760 Alimentatore del Catodo: - Quadro elettrico 1560 x Il quadro elettrico contiene al suo interno il trasformatore. Alimentatore del Pinch: - Trasformatore: 3500 x Quadro elettrico: 4800 x 760 Quadro protetto in MT: 2300 x 1100 I trasformatori ed i quadri devono essere muniti di golfari o, in alternativa, realizzati con modalità costruttive che ne consentano una movimentazione, per la posa in opera, con carro ponte. 9. TRASPORTO Il trasporto degli alimentatori dallo stabilimento di costruzione al Centro Ricerca ENEA di Frascati così come il loro posizionamento nella sede definitiva si intende a totale cura, spese e responsabilità della ditta.

15 SPECIFICA TECNICA Pag. 15 di ALLEGATI 10.1 Pianta del layout dell esperimento Multi-Pinch 10.2 Pianta isometrica dell area (comprensiva della linea di alimentazione in MT) 10.3 Pianta del layout delle alimentazioni dell esperimento Multi-Pinch 10.4 Vista tridimensionale del layout dell esperimento Multi-Pinch 10.5 Vista tridimensionale #1 delle alimentazioni dell esperiemento Multi-Pinch 10.6 Vista tridimensionale #2 delle alimentazioni dell esperiemento Multi-Pinch 10.7 Vista tridimensionale #3 delle alimentazioni dell esperiemento Multi-Pinch

16 SPECIFICA TECNICA Pag. 16 di 22 ALLEGATO 10.1