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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Matériaux supraconducteurs possibles5. Objectifs à atteindre et problèmes à résoudre
La caractéristique générale d’un limiteur est d’avoir un rapport d’impédance
>> 1. Les objectifs à atteindre pour réaliser un limiteur de courant sont :
-
un fonctionnement « automatique » sans système extérieur de détection ou de contrôle ;
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une limitation du premier pic de courant, donc un fonctionnement en moins de 2 à 3 ms (inférieur à un quart de cycle) ;
-
en régime normal :
-
une impédance, une chute de tension et des pertes très faibles ;
-
le maintien de la qualité du signal (non introduction d’harmoniques par exemple) ;
-
-
en régime de défaut :
-
une impédance élevée ;
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un échauffement limité ;
-
-
un passage de l’état normal à l’état de défaut sans discontinuités susceptibles de faire apparaître des surtensions ou des surintensités transitoires ;
-
une récupération rapide de l’état normal pour conserver une bonne continuité de service (cycle OFO) ;
-
un coût compatible avec les composants classiques des réseaux de transport ;
-
une masse et un encombrement réduits ;
-
un fonctionnement sûr et un entretien limité ; un limiteur doit être disponible et avoir un impact limité en cas de dysfonctionnement.
La mise en série d’un élément de coupure, calibré en fonction du courant nominal (par exemple 3 à 5 fois le courant nominal pour éviter les coupures intempestives liées à des régimes transitoires ou des régimes de défaut acceptables), reste indispensable pour éliminer les défauts et isoler les zones en défaut.
5.1 Dimensionnement : critères
La section totale S d’un conducteur est déterminée par le courant de seuil Ib déclenchant la limitation et la densité critique globale Jc du conducteur utilisé :
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Objectifs à atteindre et problèmes à résoudre
BIBLIOGRAPHIE
-
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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).
-
(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.
-
(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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