Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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Yves BRUNET : Professeur à l’Institut national polytechnique de Grenoble
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Pascal TIXADOR : Centre national de la Recherche scientifique CRTBT/LEG
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Lire l’articleINTRODUCTION
Associée aux propriétés de courant critique, la transition des supraconducteurs est une propriété intrinsèque de ces matériaux sans équivalent. Elle permet, en quelques microsecondes, de passer d’un état de résistivité nulle à un état de résistivité finie suffisamment importante pour limiter le passage d’un courant. En moyenne ou haute tension les appareils actuels, les disjoncteurs, ne limitent pas mais interrompent le courant de défaut lors d’un de ces passages par zéro. Le limiteur supraconducteur apparaît par conséquent comme un dispositif particulièrement intéressant pour les réseaux électriques. Outre les nombreux avantages qu’il apporterait aux réseaux, il permettrait d’améliorer la qualité de distribution de l’énergie électrique. Pour limiter un courant, continu ou alternatif, cette propriété peut être utilisée directement (limitation purement résistive) soit indirectement, l’élément supraconducteur étant alors un organe de détection et de déclenchement d’un processus auxiliaire de limitation.
Dans le cas des supraconducteurs à haute température critique (HTc), la transition peut être moins brutale, la résistivité liée à l’écoulement des lignes de flux (flux flow), qui apparaît dès que l’on dépasse la densité de courant critique, pouvant alors contribuer à la limitation du courant.
Plusieurs prototypes qui explorent les diverses dispositions possibles ont été étudiés, tant avec les supraconducteurs classiques à basse température qu’avec les HTc. Ils visent à atteindre les besoins en tension (quelques dizaines de kV) et en courant (quelques dizaines de kA) des applications industrielles : par exemple, en France, avec des conducteurs supraconducteurs alternatifs en NbTi, GEC Alsthom et Alcatel-Alsthom Recherche ont particulièrement étudié les dispositifs à limitation résistive, le CNRS-CRTBT explorant des limitations inductives et Schneider Electric s’intéressant aux propriétés des matériaux HTc ; ABB a installé dans une centrale en Suisse un limiteur supraconducteur triphasé de 1,2 MVA utilisant des tubes massifs (Bi-2212) ; aux États-Unis, plusieurs industriels (Intermagnetics-IGC, Lookheed Martin, Power Superc.) sont engagés dans des projets de plusieurs MVA.
Associés aux régulateurs supraconducteurs basés sur le stockage de l’énergie magnétique (SMES), les limiteurs supraconducteurs devraient être les premiers dispositifs supraconducteurs intégrés aux réseaux électriques.
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- Version courante de août 2013 par Pascal TIXADOR
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Intégration des dispositifs supraconducteurs dans les réseaux2. Fonction limiteur de courant
2.1 Principes de base : impédance variable
Limiter un courant revient à insérer dans un circuit une impédance série : en continu, cette impédance doit être une résistance ; en alternatif, la chute de tension dans le limiteur peut être résistive ou inductive.
Cette augmentation d’impédance doit être suffisamment rapide (< 1 ms) pour limiter le premier pic de courant à une valeur seuil ne dépassant pas 3 à 5 fois le courant nominal, très inférieure au courant de court-circuit en l’absence de système de limitation. Par contre, la limitation ne doit pas intervenir lors des variations normales de charge.
Le courant seuil de limitation, imposé par le réseau est égal au courant de blocage, imposé par le courant critique du matériau, en continu ou en alternatif suivant les cas.
Lors d’un défaut, le limiteur est pratiquement soumis à la pleine tension du réseau et la puissance dissipée est très importante. Comme celui-ci est pratiquement dans des conditions adiabatiques, de grandes précautions sont à prendre pour limiter l’excursion en température.
Parmi les principes possibles, on peut distinguer (figure 3) :
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le limiteur résistif, qui insère une résistance variable, est utilisable en régime continu ou alternatif. Pour obtenir des résistances de limitation élevées avec des conducteurs ou des films minces, de grandes longueurs de supraconducteurs sont nécessaires. Ces longueurs importantes doivent être disposées de telle sorte que l’inductance propre de l’ensemble, qui en alternatif définit la chute de tension en régime normal, soit faible : l’enroulement doit être non inductif (figure 4) ;
-
le limiteur inductif, qui insère une inductance variable, est essentiellement utilisable en alternatif.
Ces deux concepts de base peuvent être réalisés à partir d’approches différentes. Par exemple, un transformateur série à secondaire variable peut être le type résistif ou inductif suivant l’impédance du secondaire en régime de défaut. Si le secondaire est un anneau supraconducteur massif, la pénétration plus ou moins complète de l’induction modifie l’inductance du transformateur [1]...
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Fonction limiteur de courant
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - FLEISHMAN (L.S.) et al - Design considerations for an inductive HTc SC fault current limiter, - IEEE Trans on Appl SC 3-1, 570 (1993).
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(2) - VITHAYATHIL (J.J.) et al - HVDC circuit breaker development and field tests, - IEEE PAS 104-10 (1985).
-
(3) - BOENIG (H.J.), PAICE (D.A.) - Fault current limiter using a SC coil, - IEEE Trans Mag, 19-3, 1051 (1983).
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(4) - BRUNET (Y.), TIXADOR (P.) - Small scale experiments on static devices using ac superconductors, - El Pow Syst Res, 12, 149 (1987).
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(5) - KOGA (T.) et al - Fundamental test of a new fault current limiter utilizing LC resonance circuit composed of a SC coil and capacitor, - Proc of ASC 96-Pittsburgh, 1996.
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(6) - RAJU (B.P.) et al - A current limiting device using superconducting dc bias applications and prospects, - IEEE T PAS 101-9, 3173 (1982).
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