PR_425

progettare 425 OTTOBRE 2019 67 4. Zona di saldatura. A sinistra: sezione della punta fusa (in alto) sulla linguetta (in basso). A destra: dettaglio della zona di saldatura che mostra la formazione e la solidificazione di metalli fusi che formano una lega. 6. Immagine della distribuzione della densità di corrente in una configurazione a tulipano. il che garantisce un’operatività sicura e affidabile da parte dell’intero GCB sotto condizioni estreme. “Lo scopo di questo progetto con contatto d’arco a tulipano non è soltanto ottenere un contatto a disconnessione, ma molle piatte per applicare una pressione sta- tica radiale ai contatti lamellari - spiega Mauroux -, l’incremento della forza di Lorentz aiuta le forze di contatto e contribuisce a raggiungere correnti di saldatura molto più elevate”. Studiare la multifisica Valutare la forza totale dei contatti richiede l’utilizzo di molti fenomeni fisici: la corrente elettrica che scorre attraverso ogni lamella crea un campo magnetico e ogni campo magnetico a sua volta genera forze che si esercita- no su ogni altra lamella a causa delle rispettive correnti. Il team ha utilizzato la simulazionemultifisicaper calcolare la forza in diversi modi, offrendo robu- stezza e credibilità ai calcoli che sono stati validati attraverso esperimenti. I tecnici hanno sfruttato la simmetria del sistema per semplificare ilmodello e ridurre lo sforzo computazionale. Hanno modellato una singola lamella (figure 5, 6) per catturare il compor- tamento dell’intero contatto a tulipa- no, con soltanto un ottavo del costo computazionale. Utilizzando il tensore degli sforzi di Maxwell, i calcoli sulla forza di Lorentz hanno confermato che la forza attrattiva supera la forza repulsiva di Holms e che il design a tulipano evita la separazione. Il valore della forza totale simulata può quindi essere usato per calcolare il valore della corrente di saldatura teorica, il cheha confermato lapossibilitàdi con- durre correnti di saldatura superiori. Una volta completata la simulazione, il progettoèstatosottopostoanumerose proceduredi test. Questi test includono prove di tipodielettricoper evitare gua- sti elettrici, test di resistenzameccanica e prove di temperatura d’esercizio. Infine, forse il più importante di tutti è il test di potenza eseguito al Kema, in cui i valori teorici della corrente devono essere verificati sperimentalmente per confermare l’aderenza agli standard IEC.Vienepredispostaun’indagine em- pirica per determinare un valore per la corrente di saldatura e l’interruttore viene esposto a condizioni analoghe a quelle di una centrale elettrica. Per ottenere la certificazione, l’interruttore deve essere in grado di supportare picchi di corrente in eccesso di 500 kA. “Abbiamo superato i test con agio, dimostrando che la simulazione e gli esperimenti fisici possono coesistere in armonia. È semplice combinare uno strumento come Comsol con i test em- pirici - aggiungeAgostini -. L’interfaccia intuitiva ci ha permesso di coinvolgere nell’analisi molti fenomeni fisici diversi in modo strutturato e controllato”. Un modello completo elettrico-termico-meccanico L’obiettivo finale del team è creare un modello elettro-termo-meccanico completoper simulare progetti ancora più complessi e ottenere un’ampia comprensione di tutti i fenomeni fi- sici che si verificano nei sezionatori di messa a terra. Inoltre, tra i progetti futuri c’è la possibilità di lavorare su un’accurata analisi dei processi fisici e chimici per comprendere il mecca- nismo di saldatura del contatto. “Un continuo avanzamento nella selezione e nella modifica dei materiali è fonda- mentale per migliorare l’affidabilità e le prestazioni dei nostri prodotti - conclude Mauroux -. Sviluppere- mo e adotteremo molti strumenti di simulazione e crediamo che Comsol sia all’altezza delle sfide del futuro, quando sarà necessario modellare condizioni ancora più complesse”. Z. Conrad - Comsol