IT202100007892A1 - Apparato di alimentazione elettrica - Google Patents

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Antonello Mordeglia
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Description

Descrizione del trovato avente per titolo:
"APPARATO DI ALIMENTAZIONE ELETTRICA"
CAMPO DI APPLICAZIONE
Il presente trovato si riferisce ad un apparato di alimentazione elettrica per un dispositivo utilizzatore in corrente continua, in particolare un forno elettrico per applicazioni siderurgiche per la produzione di acciaio, o per altri settori di lavorazione di metalli o materiali vetrosi, ovvero materiali simili o assimilabili.
L?apparato di alimentazione ? in particolare idoneo a trasportare l?energia elettrica, fornita da mezzi di alimentazione di energia elettrica, al dispositivo utilizzatore tramite linee elettriche di alimentazione, riducendo al minimo le perdite di carico.
STATO DELLA TECNICA
Come ? noto, i forni elettrici per le applicazioni siderurgiche richiedono un efficiente sistema di alimentazione elettrica che fornisca elevata potenza e correnti elevate.
I sistemi di alimentazione elettrica, normalmente, prevedono una fonte di energia, ad esempio una rete elettrica, che viene collegata al dispositivo utilizzatore mediante una linea di alimentazione. Lungo la linea di alimentazione sono previsti una serie di dispositivi elettrici, ovvero la linea di alimentazione prevede una serie di tratti intermedi che collegano tra loro gli apparati elettrici tra la rete elettrica ed il dispositivo utilizzatore.
Le connessioni di tipo noto tra la fonte energetica, il dispositivo utilizzatore ed i tratti intermedi sono realizzate in materiali conduttivi; in particolare, la gran parte delle linee di alimentazione ? realizzata con cavi di rame, alluminio o altre leghe metalliche.
Per il trasporto di correnti di notevole entit? ? noto utilizzare cavi di elevata sezione, venendo dette sezioni dimensionate in base a leggi note nell? impiantistica elettrotecnica. Questi cavi possono quindi raggiungere sezioni con diametri anche di 200-400 mm ciascuno, collegati tra loro in parallelo per poter trasportare migliaia di Ampere, con conseguente aggravio di costi, pesi e perdite dal punto di vista dell?efficienza nella trasmissione energetica.
? altres? noto che la convenienza del trasporto dell'energia elettrica aumenta con l'aumentare della tensione. La perdita di energia in una linea di trasporto elettrico ? dovuta principalmente alle perdite per effetto Joule, con generazione di calore causata dal flusso di corrente elettrica.
Poich? la potenza trasferita dalla linea ? uguale al prodotto della tensione per la corrente, si intuisce che, a parit? di potenza, ? sufficiente aumentare la tensione per ridurre la corrente e quindi le perdite. Il trasporto di energia avviene in genere in corrente alternata (AC), tranne in specifiche situazioni, o applicazioni, dove vengono utilizzate altissime tensioni in corrente continua (DC) e conseguenti basse correnti continue, che permettono di ridurre notevolmente le perdite per effetto Joule.
Tuttavia, l'uso di tensioni elevate per evitare le perdite durante il trasporto dell?energia presenta dei limiti, dovuti principalmente al problema deH'isolamento dei cavi ed alla sicurezza intrinseca del sistema in caso di guasto.
Nelle linee di alimentazione dei forni elettrici in corrente continua, o comunque di utenze che richiedono elevate correnti di esercizio, ? consuetudine collegare la rete elettrica ad una propria sottostazione di trasformazione AT/MT, che pu? distare dall?utenza finale qualche centinaio di metri.
Normalmente, tale sottostazione ? poi connessa, tramite un ulteriore trasformatore abbassatore MT/MT (Media Tensione/Media Tensione) di adattamento, ai dispositivi di alimentazione del dispositivo utilizzatore, ovvero del forno elettrico.
Ad esempio, sono noti dispositivi utilizzatori che comprendono un dispositivo raddrizzatore per convertire la tensione elettrica in corrente alternata fornita dalla rete elettrica in una tensione elettrica in corrente continua, ed un convertitore di potenza statico per regolare il valore di tensione da fornire al carico. Tali dispositivi di alimentazione distano tipicamente poche decine di metri dall?utenza, in modo da poter fornire le elevate correnti cercando di mantenere al contempo contenute le perdite sopra descritte.
Tuttavia, la necessit? di prevedere questa breve distanza tra le fonti energetiche, quindi la rete elettrica e/o le sottostazioni o apparecchi elettrici intermedi, i dispositivi di alimentazione e il dispositivo utilizzatore, spesso risulta essere un vincolo molto stringente che rischia di essere un ostacolo nel caso si debbano apportare modifiche, o ristrutturazioni, alle linee e/o agli impianti esistenti.
Esiste pertanto la necessit? di perfezionare un apparato di alimentazione elettrica per un dispositivo utilizzatore in corrente continua che possa superare almeno uno degli inconvenienti della tecnica.
Uno scopo del presente trovato ? pertanto la realizzazione di un apparato di alimentazione elettrica per applicazioni siderurgiche, e non solo, che permetta di collegare uno o pi? dispositivi utilizzatori, anche ad alto assorbimento energetico, ad almeno una fonte di energia elettrica in modo efficiente, economico, e che limiti le normali perdite dovute al trasporto di energia elettrica su una linea di alimentazione, ad esempio le perdite per effetto Joule.
Un ulteriore scopo del presente trovato ? realizzare un apparato di alimentazione elettrica che sia sostanzialmente privo di vincoli relativi alla distanza tra i vari componenti, e consenta, all?occorrenza ed in modo efficace, di distanziare tra loro i vari apparati elettrici che lo compongono, ad esempio per esigenze di ampliamento di un impianto siderurgico, installazione di nuovi componenti, o altro.
Ancora uno scopo del presente trovato ? quello di fornire un apparato di alimentazione elettrica che possa essere estremamente variabile e flessibile, adattabile di volta in volta alle esigenze.
Un ulteriore scopo del trovato ? quello di realizzare un apparato di alimentazione elettrica per un impianto siderurgico che possa funzionare almeno in parte in modo indipendente dalla rete elettrica pubblica, cos? da ridurre i costi di fornitura energetica e quindi i costi di produzione complessivi, nonch? svincolarsi rispetto ad eventuali interruzioni di alimentazione della rete stessa.
Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questi ed ulteriori scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.
ESPOSIZIONE DEL TROVATO
Il presente trovato ? espresso e caratterizzato nella rivendicazione indipendente. Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato o varianti dell?idea di soluzione principale.
In accordo con i suddetti scopi, un apparato di alimentazione elettrica per un dispositivo utilizzatore secondo il trovato, in particolare un forno elettrico in corrente continua per applicazioni siderurgiche, o per applicazioni di lavorazioni di vetro, o metallo, comprende mezzi di alimentazione di energia elettrica di alimentazione di una tensione di alimentazione e di una corrente di alimentazione, ed almeno una linea elettrica di collegamento tra detti mezzi di alimentazione di energia elettrica e detto dispositivo utilizzatore, e un convertitore di potenza configurato per trasformare una tensione elettrica continua in una tensione elettrica continua di differente valore; il convertitore di potenza ? collegato ai mezzi di alimentazione di energia elettrica mediante un rispettivo circuito di collegamento di ingresso ed al dispositivo utilizzatore mediante un rispettivo circuito di collegamento di uscita.
Secondo un aspetto del presente trovato, almeno uno tra il circuito di collegamento di ingresso e/o il circuito di collegamento di uscita comprende almeno un tratto di linea realizzato mediante un cavo superconduttore.
Secondo forme di realizzazione, il convertitore di potenza ? un dispositivo frazionatore comprendente un interruttore elettronico selettivamente comandabile per aprire e chiudere un circuito di collegamento tra un circuito in corrente continua, o DC-link, e il dispositivo utilizzatore, e un diodo di ricircolo collegato in serie a detto interruttore elettronico e in anti-parallelo a detto dispositivo utilizzatore. Il convertitore di potenza pu? essere di tipo statico e pu? comprendere, inoltre, un condensatore di ingresso collegato in parallelo al dispositivo raddrizzatore e un induttore di uscita collegato da un lato al dispositivo utilizzatore e dall?altro in un nodo tra l'interruttore elettronico e il diodo.
Secondo forme di realizzazione, i mezzi di alimentazione di energia elettrica comprendono una rete elettrica che fornisce energia elettrica in corrente alternata, e l?apparato di alimentazione comprende un dispositivo raddrizzatore, configurato per trasformare l?energia elettrica in corrente alternata in energia elettrica in corrente continua, collegato a detto circuito di collegamento di ingresso a monte del convertitore di potenza.
Secondo forme di realizzazione, a monte del dispositivo raddrizzatore pu? essere previsto un trasformatore, ad esempio un trasformatore alta tensione/media tensione, o un trasformatore media tensione/media tensione. Il suddetto trasformatore ? atto a trasformare l?energia elettrica alternata fornita dalla rete elettrica in tensione e corrente elettriche alternate aventi valori opportuni differenti da quelli di alimentazione. Secondo forme di realizzazione, i tratti di linea del circuito di ingresso, che collegano il dispositivo raddrizzatore e il convertitore di potenza, sono interamente realizzati con cavi superconduttori , almeno fino a monte del condensatore di ingresso.
Secondo ulteriori forme di realizzazione, i mezzi di alimentazione di energia elettrica comprendono almeno una sorgente di energia alternativa, preferibilmente di tipo rinnovabile, collegata al circuito di ingresso e configurata per fornire energia di alimentazione al dispositivo utilizzatore in aggiunta, o in alternativa, all?energia elettrica fornita dalla rete elettrica di alimentazione.
Grazie alla sorgente di energia alternativa ? possibile alimentare, almeno parzialmente, il dispositivo utilizzatore in modo indipendente della rete elettrica, ed eventualmente permettere un distacco almeno temporaneo del dispositivo utilizzatore dalla rete elettrica, o comunque ridurre la fornitura di energia dalla rete elettrica in funzione dell?arco temporale giornaliero, eventualmente limitandola agli orari in cui ? meno costosa. Secondo forme di realizzazione, la sorgente di energia alternativa pu? essere scelta tra fonti di energia rinnovabile solare, eolica, o idroelettrica, o fonti di energia di tipo non rinnovabile, ad esempio derivante da combustione di combustibili fossili, come petrolio, carbone, o gas.
La sorgente di energia alternativa pu? essere vantaggiosamente collegata al convertitore di potenza statico in corrispondenza di un circuito in corrente continua, o DC-link, a monte di un interruttore elettronico. Preferibilmente, almeno un tratto di linea che collega la sorgente di energia alternativa al convertitore di potenza ? realizzato con cavi superconduttori. Questo consente di posizionare la sorgente di energia alternativa anche molto distante dal dispositivo utilizzatore, ovvero centinaia di metri fino a qualche decina di chilometri, e trasferire l?energia elettrica con perdite sostanzialmente trascurabili, in particolare in corrente continua. Secondo altre forme di realizzazione, combinabili con le altre forme di realizzazione qui descritte, almeno un tratto di linea del circuito di uscita ? realizzato mediante un cavo superconduttore.
Ad esempio, pu? essere previsto che il circuito di uscita sia interamente realizzato mediante un cavo superconduttore fino al dispositivo utilizzatore, o almeno fino al punto di collegamento con l?induttore di uscita.
Tra l?induttore di uscita e il dispositivo utilizzatore pu? essere previsto un cavo conduttore di tipo tradizionale.
Secondo forme di realizzazione, tutti i tratti di linea del circuito di alimentazione nei quali transita una corrente continua possono essere realizzati mediante cavi superconduttori.
Qui e nel seguito della descrizione per ?cavo superconduttore? si intende un cavo elettrico realizzato con materiali semiceramici, o ceramici, definiti come HTS (High Temperature Superconductivity), o metallici, definiti come LTS (Low Temperature Superconductivity). Questi materiali, se portati ad una temperatura critica, specifica per ciascuno di essi, presentano la caratteristica di avere una resistenza sostanzialmente nulla al passaggio della corrente. In particolare, i cavi superconduttori, di cui si discute, sono cavi definiti come tali secondo la teoria della superconduttivit? BCS (Bardeen-Cooper-Schrieffer), a base ceramica, o metallica, o a base di sali.
Vantaggiosamente, mediante l?utilizzo di uno o pi? cavi superconduttori per la realizzazione di uno o pi? dei tratti di linea, ? possibile realizzare un apparato di alimentazione elettrica che permette di collegare in modo efficiente, a mezzi di alimentazione di energia elettrica, almeno un dispositivo utilizzatore, anche ad alto assorbimento energetico, posizionato anche ad una certa distanza dai suddetti mezzi di alimentazione di energia elettrica, limitando normali perdite dovute al trasporto di energia elettrica su una linea di alimentazione, ad esempio dovute all?effetto Joule.
Grazie all?uso di un cavo superconduttore, per realizzare almeno parte dei circuiti di collegamento dell?apparato di alimentazione, ? possibile separare e distanziare tra loro una prima parte e una seconda parte dell?apparato di alimentazione, ad esempio da qualche decina a qualche centinaio di metri, o anche qualche chilometro, con perdite trascurabili.
In questo modo ? possibile installare una prima parte dell?apparato di alimentazione, ad esempio comprendente il trasformatore e il dispositivo raddrizzatore, in un primo edificio, ad esempio in prossimit? della rete elettrica, e una seconda parte, comprendente almeno il circuito di uscita, in un secondo edificio nel quale si trova il dispositivo utilizzatore.
Il presente apparato di alimentazione elettrica risulta pertanto essere sostanzialmente privo di vincoli relativi alla distanza tra i mezzi di alimentazione di energia elettrica e il dispositivo utilizzatore.
Inoltre, ? anche privo di vincoli connessi alla distanza tra i vari componenti e apparecchi elettrici, ovvero consente, all? occorrenza ed in modo efficace, di prevedere un distanziamento tra i componenti dell?apparato di alimentazione elettrica estremamente variabile e flessibile. Tale distanziamento potendo essere necessario, ad esempio, per esigenze di ampliamento di un impianto siderurgico, installazione di nuovi componenti, o altro. Questo anche per il fatto che i cavi superconduttori risultano essere particolarmente efficienti nel trasportare corrente elettrica continua.
ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI
Questi ed altri aspetti, caratteristiche e vantaggi del presente trovato appariranno chiari dalla seguente descrizione di forme di realizzazione, fomite a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:
- la fig. 1 ? una vista schematica di un apparato di alimentazione elettrica secondo forme di realizzazione qui descritte;
- la fig. 2 ? una vista schematica di un apparato di alimentazione elettrica secondo varianti di realizzazione;
- la fig. 3 ? una vista schematica di un apparato di alimentazione elettrica secondo ulteriori forme di realizzazione qui descritte;
- la fig. 4 riporta un grafico schematico dell?andamento della tensione in ingresso e in uscita ad un convertitore di potenza dell?apparato di alimentazione elettrica del presente trovato;
- la fig. 5 ? una vista schematica dell?apparato di alimentazione elettrica di fig. 1 secondo una variante di realizzazione;
- la fig. 6 ? una vista schematica dell?apparato di alimentazione elettrica di fig, 2 secondo una variante di realizzazione.
Per facilitare la comprensione, numeri di riferimento identici sono stati utilizzati, ove possibile, per identificare elementi comuni identici nelle figure. Va inteso che elementi e caratteristiche di una forma di realizzazione possono essere convenientemente combinati, o incorporati, in altre forme di realizzazione senza ulteriori precisazioni.
DESCRIZIONE DI FORME DI REALIZZAZIONE
Si far? ora riferimento nel dettaglio alle possibili forme di realizzazione del trovato, delle quali uno o pi? esempi sono illustrati nelle figure allegate a titolo esemplificativo non limitativo. Anche la fraseologia e terminologia qui utilizzata ? a fini esemplificativi non limitativi.
Forme di realizzazione qui descritte con riferimento alle figure allegate si riferiscono ad un apparato di alimentazione 10 di energia elettrica per un dispositivo utilizzatore 1 1 , in particolare un forno elettrico 11 di un impianto 20 per applicazioni siderurgiche, o per la fusione di vetro o altri materiali.
Il forno elettrico 11 pu? essere, ad esempio, un forno elettrico ad arco in corrente continua.
L?apparato di alimentazione 10 comprende mezzi di alimentazione di energia elettrica 12, idonei a fornire energia elettrica avente valori di tensione, corrente e frequenza predefinite.
Secondo forme di realizzazione descritte con riferimento alle figg. 1-3 e 5-6, i mezzi di alimentazione di energia elettrica 12 comprendono una rete elettrica 12 A, ad esempio una rete elettrica trifase, configurata per fornire energia elettrica in corrente alternata, e l?apparato di alimentazione 10 comprende mezzi di connessione 13 alla rete elettrica 12A e mezzi di connessione al forno elettrico 11.
L?apparato di alimentazione 10 comprende un dispositivo raddrizzatore 14, collegato alla rete elettrica 12A, configurato per trasformare la tensione elettrica in corrente alternata, in tensione elettrica in corrente continua e un convertitore di potenza 15 statico collegato tra il raddrizzatore 14 e il forno elettrico 11.
Il convertitore di potenza 15 ? configurato per trasformare una tensione elettrica di ingresso Vin in corrente continua in una tensione elettrica di uscita Vo in corrente continua di differente valore.
L?apparato 10 pu? comprendere anche un trasformatore 16 collegato alla rete elettrica 12 A, a monte del dispositivo raddrizzatore 14, configurato per trasformare l?energia elettrica fornita da quest?ultima in energia elettrica avente valori di tensione e corrente voluti.
Il trasformatore 16 pu? essere ad esempio un trasformatore alta tensione/media tensione (AT/MT), o un trasformatore media tensione/media tensione (MT/MT) e comprendere un primario di trasformatore 17 accoppiato magneticamente ad almeno un secondario di trasformatore 18.
Il trasformatore 16, il raddrizzatore 14, il convertitore di potenza 15 e il forno elettrico 11 sono collegati uno all?altro da rispettivi circuiti di collegamento 21, 22, 23, 24 che, nel loro complesso, definiscono una linea di alimentazione 25.
Il dispositivo raddrizzatore 14 pu? essere, ad esempio, un ponte a diodi o un ponte a tiristori, e comprendere dispositivi scelti tra Diodi, SCR (Silicon Controlled Rectif?er), GTO (Gate Tum-Off thyristor), IGCT (Integrated Gate-Commutated Tyristor), MCT (Metal-Oxide Semiconductor Controlled Tyristor), BJT (Bipolar Junction Transistor), MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) e SiC (Silicon Carbide Device).
Il convertitore di potenza 15 pu? essere realizzato come un frazionatore elettronico, anche noto nel settore come "chopper".
Il convertitore di potenza 15 comprende un interruttore 26 elettronico, selettivamente comandabile per aprire e chiudere un circuito di collegamento in corrente continua, o DC-link 38, tra il dispositivo raddrizzatore 14 e il forno elettrico 11, nonch? un diodo 27 di ricircolo collegato in serie all? interruttore elettronico 16 e in anti-parallelo al forno elettrico 11.
L?interruttore 26 pu? essere ad esempio scelto tra un tiristore o un transistor, ad esempio GTO (Gate Tum-Off thyristor), IGCT (Integrated Gate-Commutated Tyristor), MCT (Metal-Oxide Semiconductor Controlled Tyristor), BJT (Bipolar Junction Transistor), MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor), IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor).
Regolando in modo opportuno le durate degli intervalli di apertura, ovvero di interdizione Ton e dell? intervallo di chiusura, ovvero di conduzione Toff dell?interruttore 26, ? possibile definire la tensione elettrica Vo trasmessa al forno elettrico 11.
In particolare, la regolazione della tensione elettrica fornita al carico Vo, nel caso di specie il forno elettrico 11 , pu? essere ottenuta mantenendo fisso un periodo di commutazione T dato dalla somma dell?intervallo di conduzione Ton e dell?intervallo di interdizione Toff, e variando il tempo di conduzione Ton. In alternativa, ? possibile mantenere costante Tintervallo di conduzione Ton e variare il periodo di commutazione T.
In entrambi i casi si ottiene un valore medio Vm di tensione che ? una frazione del valore della tensione elettrica in ingresso Vin al convertitore di potenza 15.
In particolare il valore medio Vm pu? essere calcolato con la seguente formula: Vm = Vin * (Ton/T).
Quando l interruttore 26 ? in conduzione, la corrente pu? passare attraverso di esso e il forno elettrico 11 viene alimentato con la tensione Vin; quando invece l?interruttore 26 ? interdetto, la corrente che circola nel circuito si richiude attraverso il diodo 27 in antiparallelo, fino alla successiva commutazione dell? interruttore elettronico 26.
Il convertitore di potenza 15 pu? inoltre comprendere un condensatore 28, collegato in parallelo al dispositivo raddrizzatore 14 a valle della serie dell?interruttore 26 e del diodo 27, e un induttore 29 collegato da un lato al forno elettrico 11 e dall?altro in un nodo tra l?interruttore elettronico 26 e il diodo 27.
Secondo un aspetto del presente trovato, almeno un circuito di collegamento di ingresso 23, o di uscita 24, del convertitore di potenza 15 comprende almeno un tratto di linea 30, 31, 32, 33 elettrica realizzato mediante cavi superconduttori.
Secondo forme di realizzazione, almeno i tratti di linea 30, 31 del circuito di collegamento di ingresso 23 sono realizzati mediante cavi superconduttori.
Secondo forme di realizzazione, combinabili con le precedenti, almeno i tratti di linea 32, 33 del circuito di collegamento di uscita 24 sono realizzati mediante cavi superconduttori.
Secondo forme di realizzazione preferite, tutti i tratti di linea 30, 31, 32, 33, dei circuiti di collegamento di ingresso 23 e di uscita 24 sono realizzati con cavi superconduttori.
Detti cavi superconduttori si caratterizzano per avere dimensioni sezioni estremamente pi? contenute, oltre che generare perdite praticamente nulle in corrente continua DC.
Ad esempio, tali cavi superconduttori possono essere realizzati almeno in parte in Diboruro di Magnesio, oppure altre leghe sviluppate per realizzare la superconduzione. Le sezioni trasversali dei cavi superconduttori sono molto contenute rispetto alle sezioni dei cavi conduttori in rame utilizzati nel settore; quindi a parit? di sezione un cavo superconduttore trasferisce molta pi? corrente rispetto ad un cavo tradizionale.
Ad esempio, nel dimensionamento dei cavi di potenza, si passa da una portata di circa 1,5 A/mm<2 >per il rame a circa 1000 A/mm<2 >per i cavi superconduttori in corrente continua DC.
Per poter funzionare in modo opportuno, i cavi super conduttori dei vari tratti di linea 30, 31, 32, 33 sono preferibilmente raffreddati in maniera molto spinta, ad esempio utilizzando un?unit? di raffreddamento criogenico 37, posizionate opportunamente nell?apparato di alimentazione 10.
Il mezzo raffreddante, nel caso ad esempio di superconduttori in Diboruro di Magnesio, ? normalmente l?elio. Tuttavia, in funzione del tipo di materiale con cui sono composti i cavi superconduttori, sono ipotizzabili altri gas, come ossigeno, azoto, idrogeno e/o loro combinazioni.
Preferibilmente, i tratti di linea 30, 31, 32, 33, realizzati mediante uno o pi? cavi superconduttori, vengono raffreddati in modo forzato fino a temperature di 20-30k (-240?C). Ci? infatti porta la resistenza del tratto di linea 30, 31, 32, 33 in corrente continua DC a valori trascurabili, consentendo un passaggio privilegiato di enormi quantit? di elettroni e quindi il trasferimento di elevate quantit? di corrente.
Detto raffreddamento pu? essere effettuato, ad esempio, mediante un rivestimento coassiale dei tratti di linea 30, 31, 32, 33, che viene percorso da fluidi refrigeranti, quali ad esempio gas liquidi, come l?azoto o l?elio, che pu? essere realizzato mediante un ulteriore tubo semplice, o corrugato, in acciaio.
I cavi superconduttori che realizzano tali tratti di linea 30, 31, 32, 33 possono essere pi? o meno rigidi, cos? da consentire anche installazioni interrate rettilinee o curve.
Grazie all?uso di un cavo superconduttore per realizzare almeno parte del, o dei circuiti di collegamento 23, 24, ? possibile distanziare tra loro il punto di connessione alla rete elettrica 12A e il forno elettrico 11 con perdite sostanzialmente nulle, o comunque trascurabili.
L?utilizzo di cavi superconduttori, in particolare, consente di aumentare le distanze, generalmente comprese tra qualche metro fino a circa 20-40m negli impianti tradizionali, tra i mezzi di collegamento 13 alla rete elettrica 12A e il forno elettrico 11, fino a qualche centinaio di metri, o anche qualche chilometro, in funzione di diverse esigenze dell?impianto, ad esempio ampliamento, aggiunta o separazione di componenti o parti, o altro.
Secondo forme di realizzazione descritte con riferimento alle figg. 2 e 3, pu? essere previsto che una prima parte P1 dell?apparato di alimentazione 10 sia posizionata all?intemo di un primo edificio 34, o in un primo sito di impianto, ed almeno una seconda parte P2 dell?apparato di alimentazione 10 sia posizionata all?intemo di un secondo edificio 35, o in un secondo sito di impianto. Le due parti P1, P2 essendo collegate una all?altra tramite tratti di linea 30, 31, 32, 33 realizzati mediante cavi superconduttori.
Secondo forme di realizzazione, descritte con riferimento alla f?g. 2, la prima parte P1 comprende, ad esempio, il trasformatore 16 e il dispositivo raddrizzatore 14, mentre la seconda parte P2 comprende almeno parte del convertitore di potenza 15 ed eventualmente il forno elettrico 11.
La prima parte PI e la seconda parte P2 possono anche essere installate in edifici 34, 35 o in siti di impianto distanti uno dall?altro anche decine o centinaia di metri, o anche di qualche chilometro.
Secondo ulteriori forme di realizzazione, pu? essere previsto che il convertitore di potenza 15 e il forno elettrico 11 siano installati entrambi in uno stesso edificio 35, o comunque in prossimit? uno dell?altro in uno stesso sito di impianto (fig. 3).
Secondo possibili varianti, il convertitore di potenza 15 e il forno elettrico 11 possono essere installati in edifici diversi 35, 36 separati uno dall?altro; in tal caso pu? essere previsto che l?induttore 29 del convertitore di potenza 15, definente una terza parte P3 dell?apparato di alimentazione 10, sia disposto nello stesso edificio 36, o sito, del forno elettrico 11.
Secondo ulteriori forme di realizzazione, ad esempio descritte con riferimento alla fig. 3, l?apparato di alimentazione 10 pu? comprendere una pluralit? di convertitori di potenza 15, in particolare realizzati come dispositivi frazionatori, collegati in parallelo uno all?altro tra il dispositivo raddrizzatore 14 e il forno elettrico 11.
Inoltre, pu? anche essere previsto che ciascun convertitore di potenza 15 comprenda due o pi? coppie di dispositivi interruttori 26, 26? e rispettivi diodi 27, 27? collegati in parallelo. Ciascuna coppia pu? essere collegata a rispettivi condensatori 28, 28? di ingresso e induttori 29, 29? di uscita. Grazie alla conformazione modulare, fornita dalla pluralit? di convertitori di potenza 15, si ottiene da un lato una ridondanza che aumenta l?affidabilit? dell?apparato di alimentazione 10, in particolare per quanto riguarda gli interruttori elettronici 16 sottoposti a commutazioni ad elevata frequenza, e dall?altro una riduzione delle armoniche generate dalle commutazioni. A titolo esemplificativo, il numero di convertitori di potenza 15 pu? essere tale da ottenere una configurazione a 24, 48, 54 impulsi o pi?, riducendo progressivamente il contenuto armonico.
Secondo ulteriori forme di realizzazione, esemplificativamente illustrate nelle figg. 5 e 6, combinabili con le forme di realizzazione precedentemente descritte, i mezzi di alimentazione di energia elettrica 12 comprendono almeno un sorgente di energia alternativa 12B, preferibilmente di tipo rinnovabile, diversa e indipendente dalla rete elettrica 12 A.
Tale sorgente di energia alternativa 12B ? configurata per fornire energia di alimentazione al dispositivo utilizzatore 11 in aggiunta, o in alternativa, all?energia elettrica fornita dalla rete elettrica di alimentazione 12 A.
Possono essere anche previste pi? sorgenti di energia alternativa 12B, di tipo diverso o uguale una all?altra, installate presso un sito comune, o in siti differenti.
Secondo forme di realizzazione, la almeno una sorgente di energia alternativa 12B ? separata dalla rete elettrica 12A ed ? collegata direttamente al dispositivo utilizzatore 1 1 , ovvero fornisce energia a quest?ultimo senza interagire con la rete elettrica 12A e quindi senza transitare attraverso i mezzi di connessione 13 con essa.
Secondo forme di realizzazione preferite, la sorgente di energia alternativa 12B ? una fonte di energia rinnovabile, ad esempio solare, eolica, o idroelettrica.
Secondo varianti di realizzazione, la sorgente di energia alternativa 12B ? una fonte di energia di tipo non rinnovabile, ad esempio derivante da combustione di combustibili fossili, come petrolio, carbone, o gas.
In tal caso il convertitore di potenza 15 pu? comprendere un circuito di collegamento di ingresso 40 alternativo collegato alla sorgente di energia alternativa 12B.
Tale circuito di collegamento di ingresso 40 alternativo comprendente almeno un tratto di linea 41, 42 elettrica realizzato mediante cavi superconduttori.
Questo consente di posizionare la sorgente di energia alternativa 12B anche molto distante dall?impianto siderurgico 20, ovvero centinaia di metri, e fino a qualche decina di chilometri, e trasferire l?energia elettrica con perdite sostanzialmente trascurabili, in particolare in corrente continua.
La sorgente di energia alternativa 12B ? preferibilmente collegata al convertitore statico a valle dell? interruttore elettronico 26, in corrispondenza del DC-link 38.
Secondo forme di realizzazione, l almeno una sorgente di energia alternativa 12B comprende almeno una fonte di energia elettrica in corrente continua 43 configurata per fornire tensione e corrente elettriche continue DC.
Secondo possibili soluzioni realizzative, la fonte di energia elettrica in corrente continua 43 comprende una pluralit? di pannelli fotovoltaici 44 idonei a convertire energia solare in energia elettrica.
Secondo forme di realizzazione descritte con riferimento alla fig. 6, la fonte di energia elettrica in corrente continua 43 pu? essere direttamente collegata al convertitore di potenza 15, in particolare in un circuito in corrente continua, o DC-link 38, a monte dell? interruttore 26.
Almeno un tratto di linea 41, 42 tra la fonte di energia elettrica in corrente continua 43 e il convertitore di potenza 25 pu? essere realizzato con cavi superconduttori in funzione della distanza tra la sorgente di energia alternativa 12B e il convertitore di potenza 15.
Secondo forme di realizzazione, l?intero tratto di linea 41, 42 tra la sorgente di energia alternativa 12B in corrente continua e il dispositivo convertitore 15 pu? essere realizzato con cavi superconduttori.
Secondo una possibile variante di realizzazione, nel caso in cui almeno un tratto della linea 50 di collegamento sia realizzata con un cavo di tipo tradizionale, al fine di limitare le perdite, esso pu? essere configurato per trasportare corrente elettrica alternata e possono essere previsti rispettivi dispositivi convertitori 48, 49 posti a monte e a valle del tratto di linea 50 per convertirla da continua ad alternata, e da alternata a continua.
In particolare, un convertitore DC/AC 48 pu? essere posto a monte del tratto di linea 50 in corrente alternata, preferibilmente in prossimit? della fonte di energia elettrica in corrente continua 43, e un convertitore AC/DC 49 pu? essere posto a valle di tale tratto di linea 50.
Almeno nel caso in cui il tratto di linea 41 tra il convertitore AC/DC 49 e il convertitore di potenza 15 sia realizzato con un cavo di tipo tradizionale, il convertitore AC/DC 49 pu? essere disposto in prossimit? del convertitore di potenza 15.
Secondo forme di realizzazione, il tratto di linea 41 tra il convertitore AC/DC 49 e il convertitore di potenza 15 pu? essere realizzato con un cavo superconduttore.
Secondo forme di realizzazione, l almeno una sorgente di energia alternativa 12B comprende almeno una fonte di energia elettrica in corrente alternata 45 configurata per fornire tensione e corrente elettriche alternate AC.
La fonte di energia elettrica in corrente alternata 45 pu? comprendere un impianto eolico avente almeno una pala eolica 46 idonea a convertire energia eolica in energia elettrica. Secondo forme di realizzazione esemplificative, possono essere previste venti o pi? pale eoliche 46, ciascuna idonea a fornire una potenza elettrica di circa 5MW, cos? da poter sostanzialmente alimentare il forno 11 solo mediante l?energia fornita dalla sorgente di energia alternativa 40, quantomeno quando essa ? in funzione.
Secondo altre varianti, la fonte di energia elettrica in corrente alternata 45 pu? comprendere una centrale idroelettrica, o una diga 47, idonea a convertire energia idroelettrica in energia elettrica.
Nel caso di fonti di energia elettrica in corrente alternata 45, pu? essere previsto un convertitore AC/DC 49 per convertirla in energia in corrente continua. Quest?ultimo pu? essere collegato alla fonte di energia elettrica in corrente alternata con un tratto di linea 51 , ad esempio realizzato con un cavo tradizionale, e al convertitore di potenza 15 mediante un tratto di linea 41 realizzato con un cavo di tipo tradizionale, o con un cavo superconduttore, in funzione della distanza tra di essi.
Secondo forme di realizzazione, non illustrate, pu? essere previsto che siano presenti anche solo una o pi? sorgenti di energia alternativa 12B, senza alcun collegamento con una rete elettrica 12A di tipo tradizionale. Anche secondo tali varianti potrebbe essere prevista una pluralit? di convertitori di potenza 15, collegati in parallelo uno all?altro tra il circuito di collegamento di ingresso 40 e il dispositivo utilizzatore 11.
E chiaro che all?apparato di alimentazione 10 fin qui descritto possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti, senza per questo uscire dall?ambito del presente trovato come definito dalle rivendicazioni.
Nelle rivendicazioni che seguono, i riferimenti tra parentesi hanno il solo scopo di facilitare la lettura e non devono essere considerati come fattori limitativi per quanto attiene all?ambito di protezione sotteso nelle specifiche rivendicazioni.

Claims (12)

RIVENDICAZIONI
1. Apparato di alimentazione (10), per un dispositivo utilizzatore (11) in corrente continua, comprendente mezzi di alimentazione elettrica (12) di una tensione di alimentazione e di una corrente di alimentazione e un convertitore di potenza (15) statico configurato per trasformare una tensione elettrica continua in una tensione elettrica continua di differente valore, il quale ? collegato a detti mezzi di alimentazione elettrica (12) mediante un rispettivo circuito di collegamento di ingresso (23, 40) ed a detto dispositivo utilizzatore (11) mediante un rispettivo circuito di collegamento di uscita (24), caratterizzato dal fatto che almeno uno di detti circuiti di collegamento di ingresso (23, 40) e/o di uscita (24) comprende almeno un tratto di linea (30, 31, 32, 33, 41, 42) realizzato mediante cavi superconduttori.
2. Apparato di alimentazione (10) come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di alimentazione elettrica (12) comprendono una rete elettrica (12A) idonea a fornire energia in corrente alternata e detto apparato di alimentazione (10) comprende un dispositivo raddrizzatore (14) configurato per trasformare l?energia elettrica in corrente alternata in energia elettrica in corrente continua, collegato a detto convertitore di potenza (15), detto dispositivo raddrizzatore (14) e detto convertitore di potenza (15) essendo fisicamente distanziati uno dall?altro e collegati tra loro mediante tratti di linea (30, 31) realizzati mediante cavi superconduttori.
3. Apparato di alimentazione (10) come nella rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto convertitore di potenza (15) e detto dispositivo utilizzatore (11) sono fisicamente distanziati uno dall?altra e collegati tra loro mediante tratti di linea (32, 33) realizzati mediante cavi superconduttori.
4. Apparato di alimentazione (10) come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende una pluralit? di convertitori di potenza (15) statici collegati in parallelo uno all?altro tra detti mezzi di alimentazione elettrica (12) e detto dispositivo utilizzatore (11).
5. Apparato di alimentazione (10) come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che almeno una prima parte (PI) di detto apparato di alimentazione (10) ? posizionata all?interno di un primo edificio (34), o in un primo sito di impianto, ed almeno una seconda parte (P2) di detto apparato di alimentazione (10) ? posizionata all? interno di un secondo edificio (35), o in un secondo sito di impianto, dette parti (PI, P2) essendo collegate mediante detti uno pi? tratti di linea (30, 31, 32, 33) realizzati mediante cavi superconduttori.
6. Apparato di alimentazione (10) secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detta prima parte (PI) posizionata nel primo edificio (34) comprende un dispositivo raddrizzatore (14) ed eventualmente un trasformatore ( 16) collegato a monte di detto dispositivo raddrizzatore (14), e detta seconda parte (P2) posizionata nel secondo edificio (35) comprende detto/i convertitore/i di potenza (15) e almeno parte di detto circuito di collegamento di uscita (24) che si collega a detto dispositivo utilizzatore (11).
7. Apparato di alimentazione (10) come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di alimentazione elettrica (12) comprendono almeno una sorgente di energia alternativa (12B), preferibilmente di tipo rinnovabile.
8. Apparato di alimentazione (10) come nella rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detta almeno una sorgente di energia alternativa (12B) ? collegata in un circuito in corrente continua, o DC-link (38) di detto convertitore di potenza (15) a monte di un dispositivo interruttore (26) di quest?ultimo.
9. Apparato di alimentazione (10) come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti cavi superconduttori che realizzano detti tratti di linea (30, 31, 32, 33, 41, 42) comprendono un rivestimento coassiale realizzato mediante un tubo semplice, o corrugato, nel quale viene immesso un fluido refrigerante scelto tra gas liquidi come l?azoto o l?elio.
10. Apparato di alimentazione (10) come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti uno o pi? cavi superconduttori sono realizzati almeno in parte in Diboruro di Magnesio.
11. Impianto siderurgico (20) comprendente un forno elettrico (11) in corrente continua e un apparato di alimentazione (10), come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, collegato tra mezzi di alimentazione elettrica (12) e detto forno elettrico (11) e configurato per alimentare detto forno elettrico (11) con tensione e corrente continua avente valori predefiniti.
12. Impianto siderurgico come nella rivendicazione 11 , caratterizzato dal fatto che comprende unit? di raffreddamento criogenico (37) posizionate in detto apparato di alimentazione (10) e configurate per raffreddare detti uno o pi? tratti di linea (30, 31, 32, 33, 41, 42) realizzati con cavi superconduttori.
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