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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Principes et réalisations des limiteurs supraconducteurs6. Matériaux supraconducteurs possibles
Les matériaux envisageables aujourd’hui, en particulier pour les applications aux fréquences industrielles, sont classés en fonction de leur température de fonctionnement : les supraconducteurs à basse température critique (BTc) utilisant l’hélium comme agent de refroidissement (T
5 K) et les supraconducteurs à haute température critique qui peuvent être utilisés jusqu’aux températures correspondant à l’azote liquide (T
77 K).
6.1 Matériaux à basse température critique (BTc)
Déjà opérationnels et fabriqués industriellement, ces matériaux sont, pour des raisons intrinsèques de stabilité, uniquement disponibles sous forme de composites multifilamentaires ou de films minces. Leurs excellentes propriétés (Jc, pertes en courant alternatif, facilité de mise en forme des conducteurs) sont pénalisées par l’utilisation d’hélium liquide.
Compte tenu de leur faible inertie thermique (à basse température, la capacité thermique volumique c varie comme T 3), la température critique est dépassée en quelques ms et c’est leur résistivité à l’état normal qui sert de résistivité de limitation.
HAUT DE PAGE6.1.1 Conducteurs à basse température critique
Les conducteurs pour régime alternatif résultent d’un compromis entre les considérations électromagnétiques, thermiques et techniques [20]. Ils sont réalisés, au prix de coûts de fabrication élevés, à partir de filaments ultrafins pour une meilleure stabilité assemblés en brins fins pour avoir de faibles pertes en champ propre noyés dans une matrice résistive de cupronickel et torsadés avec un faible pas de torsade. À 50 Hz, les pertes ramenées au courant transporté sont de l’ordre de 10-5 W . A-1 . m-1, très...
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Matériaux supraconducteurs possibles
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).
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(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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