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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Transition de l’état supraconducteur à l’état normal3. Intégration des dispositifs supraconducteurs dans les réseaux
3.1 Intégration dans des réseaux classiques
L’intégration de composants à basse température (typiquement 4 ou 77K) dans des systèmes électriques à température ambiante demande, outre l’utilisation de cryostats pour assurer le fonctionnement du dispositif à basse température, la mise en place d’amenées de courant entre la température froide et l’ambiante. Celles-ci doivent avoir de faibles pertes et être capables de tenir les tensions d’isolement.
Par ailleurs, les liaisons entre des conducteurs supraconducteurs ou les connexions (soudure, serrage, magnétoformage...) entre les supraconducteurs et du cuivre, par exemple, introduisent des résistances de contact dont les pertes peuvent être non négligeables.
HAUT DE PAGE3.2 Systèmes supraconducteurs intégrés
Le limiteur de courant n’est pas le seul composant des réseaux susceptible d’utiliser la technologie supraconductrice : machines (générateurs ou moteurs), transformateurs, appareils de régulation et de stockage (Superconducting Magnetic Energy Storage) et câbles de transport ont déjà fait l’objet de nombreux prototypes industriels. L’amélioration des propriétés des supraconducteurs à haute température critique (HTc) rend probable, grâce à l’abaissement du coût de la cryogénie notamment, l’apparition de certains de ces composants dans les réseaux ou les systèmes embarqués.
L’intégration d’un limiteur de courant supraconducteur à un autre composant supraconducteur devient attractive, en simplifiant la conception des cryostats, en réduisant le problème des amenées de courant et en diminuant les pertes cryogéniques grâce à une conception intégrée du système de réfrigération. Les générateurs et moteurs supraconducteurs dimensionnés pour présenter une faible réactance sont susceptibles de fournir plus de courant de court-circuit qu’un générateur classique et nécessitent l’insertion d’un limiteur.
Les longueurs nécessaires pour la fonction transformateur sont généralement suffisantes pour assurer la fonction de limitation si le conducteur est approprié. L’adjonction d’un enroulement auxiliaire de limitation faiblement couplé a été proposée...
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Intégration des dispositifs supraconducteurs dans les réseaux
BIBLIOGRAPHIE
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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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(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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