1 - Enea

SPECIFICA TECNICA
ALIMENTAZIONI ELETTRICHE
PER L’ESPERIMENTO MULTI-PINCH
Titolo:
per la fornitura delle
ALIMENTATZIONI ELETTRICHE
NON CONVENZIONALI
PER L’APPARATO SPERIMENTALE
DENOMINATO MULTI-PINCH
PER IL C.R. ENEA DI FRASCATI
STORIA DELLE REVISIONI
Revisione
01
Data
18-03-2010
Natura della modifica
Prima emissione
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Titolo:
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INDICE
1.
SCOPO
3
2.
RIFERIMENTI NORMATIVI
3
3.
CONDIZIONI AMBIENTALI
4
4.
CARATTERISTICHE ELETTRICHE FUNZIONALI
4
4.1. ALIMENTATORE DELLE BOBINE MAGNETICHE
4
4.2. ALIMENTATORE DEL CATODO
5
4.3. ALIMENTATORE DEL PINCH
6
5.
LIMITI DI FORNITURA
7
6.
RESISTORI DI PROVA
9
7.
PROVE E COLLAUDI
10
7.1 GENERALITA’
10
7.2 CONTROLLO DI QUALITA’
10
7.2.1
7.2.2
7.2.3
7.2.4
Disegni costruttivi
Simulazioni
Controllo in corso d’opera
Piano di controllo qualità
11
11
12
12
7.3 PROVE DI ACCETTAZIONE
12
7.4 PROVE DI COLLAUDO DEFINITIVO
13
8.
PRESCRIZIONI COSTRUTTIVE
14
9.
TRASPORTO
15
ALLEGATO 1
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1. 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,
installazione, messa in servizio e collaudo presso il C.R. ENEA di Frascati delle
alimentazioni elettriche necessarie 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 60146-1-1
Convertitori a semiconduttori – Prescrizioni
generali e convertitori commutati dalla linea
Parte 1-1 Specifiche per le prescrizioni
fondamentali
Norma CEI EN 60146-1-1/A1 Convertitori a semiconduttori – Prescrizioni
generali e convertitori commutati dalla linea
Parte 1-1 Specifiche per le prescrizioni
fondamentali
Norma CEI EN 60146-1-3
Convertitori a semiconduttori – Prescrizioni
generali e convertitori commutati dalla linea
Parte 1-3: Trasformatori e reattori
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Norma CEI 14-12
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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 60146-1-1.
4. CARATTERISTICHE ELETTRICHE FUNZIONALI
Ciascuno alimentatore dovrà corrispondere a quanto qui di seguito indicato.
4.l. ALIMENTATORE DELLE BOBINE MAGNETICHE
 Vin: 20kVac; ±10%, 50 Hz trifase
 Vout: 350 Vdc (reazione dodecafase)
 Iout:
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.
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 Accuratezza in piatta banda (incluso ripple) della corrente erogata: ±2%
(riferito al valore di riferimento)
 Regolazione in corrente a feedback tramite riferimento di Vout e Iout disponibili
sia localmente che in morsettiera per trasmissione a distanza.
 Misure locali e remote con accuratezza della misura ± 1 %: Vout, Iout
 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.

Vin: 380 Vac : ±10%, trifase

Vout: 6 uscite indipendenti 25 Vrms sfasate reciprocamente di 60°

Iout per secondario (contemporaneamente su tutte le uscite ): 1.67 kArms

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
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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 Iout in un tempo regolabile tra 1 e 30 sec.

Accuratezza della tensione secondaria: ± 2%
 Misure locali e remote con accuratezza della misura ± 1 %: Vout, Iout (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 Vout in t ~10 msec.
4.3. ALIMENTATORE DEL PINCH

Vin: 20kVac : ± 10%, trifase

Vout: 350 V dc (reazione dodecafase)

Iout: 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
Iout)

Regolazione in corrente a feedback tramite riferimento sia locale che remoto
variabile nel tempo.

Misure locali e remote con accuratezza della misura ± 1 %: Vout, Iout

Protezioni :
- fusibili su ciascun componente di potenza a stato solido; massima I out e
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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
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-








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. Nella presentazione dell’offerta, la ditta
dovrà indicare il tipo ed il numero di tali strumenti e formulare un costo
globale.
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.
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6. 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 kArms 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:
RBobine =
RCatodo =
RPinch =
80 m
14 m ( 6 collegati a stella )
15 m
L’energia da dissipare è, rispettivamente:
EBobine =
ECatodo =
EPinch =
300 kJ con scarica di 1,5 secondi ogni 10 minuti
1,0 MJ ( per ciascuno dei 6 resistori collegati a stella )
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 %.
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7. 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 7.3
- i sottosistemi dell’impianto e l’impianto completo 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
in fase di progetto, quanto segue:
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7.2.1 Disegni costruttivi
La ditta deve predisporre i disegni esecutivi del progetto e fornirli. 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).
7.2.2 Simulazioni
Già in sede di offerta la ditta dovrà eseguire delle simulazioni di funzionamento dei
circuiti per definire le soluzioni più idonee a soddisfare i requisiti delle presenti
specifiche.
In particolare la ditta dovrà presentare in fase di offerta 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 mm2 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, in sede di progetto esecutivo, la ditta si impegna, senza extra-costo, a
realizzare tutte le simulazioni 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.
7.2.3 Controllo in corso d’opera
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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
specifiche tecniche. A tal fine, la ditta deve preparare e trasmettere all’ENEA un
piano di controllo di qualità.
7.2.4 Piano di controllo qualità
La ditta dovrà:
 preparare un piano di qualità che descriva il programma di progetto,
costruzione, installazione 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 60146-1-1, si prevedono le prove di seguito
riportate:
 Prova di isolamento
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
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Prova a carico ridotto e prova di funzionamento
Prova alla corrente nominale
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 messa in servizio 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.
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La ditta provvederà a fornire i certificati di calibrazione della strumentazione
utilizzata.
8. 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:
- Quadro elettrico:
2200 x 1350
1760 x 760
 Alimentatore del Catodo:
- Quadro elettrico
1560 x 760
- Il quadro elettrico contiene al suo interno il trasformatore.
 Alimentatore del Pinch:
- Trasformatore:
- Quadro elettrico:
 Quadro protetto in MT:
3500 x 2800
4800 x 760
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.
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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.
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