Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
La transition naturelle, et quasi instantanée d'un supraconducteur d'un état sans résistance à un état dissipatif par dépassement d'un certain courant, donne au supraconducteur la fonction unique et intrinsèque de limiter les courants de défaut. Les différents limiteurs supraconducteurs sont passés en revue, y compris ceux qui utilisent seulement l'absence des pertes Joule d'un supraconducteur. Est présenté le dimensionnement de base d'un limiteur supraconducteur résistif. Après avoir exposé plusieurs emplacements des limiteurs supraconducteurs dans les réseaux électriques, quelques projets récents ou en cours sont décrits.
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The natural and almost instantaneous transition of a superconductor from a non-resistive state to a dissipative state when exceeding a given current provides the superconductor with its unique and intrinsic function of limiting fault currents. The various superconducting limiters are reviewed, including those that only use the absence Joule losses in a superconductor. The basic design of a superconducting resistive fault current limiter is presented. After having described several locations for superconducting limiters in electrical grids, this article presents certain recent and ongoing projects.
Auteur(s)
-
Pascal TIXADOR : Professeur à Grenoble INP - Laboratoire de Génie électrique de Grenoble (G2Elab) et Institut Néel, Grenoble
INTRODUCTION
Le limiteur de courant de défaut est le « Graal » pour les concepteurs de réseaux électriques. Cet appareil permet de concevoir un réseau idéal, c'est-à-dire avec une puissance de court-circuit infinie théoriquement, mais avec des courants de défauts maitrisés grâce justement au limiteur. Or, l'augmentation de la puissance de court-circuit des réseaux est une demande actuelle forte pour notamment améliorer la qualité de tension et augmenter la part maximale des énergies distribuées, renouvelables entre autres. Il n'existe pas aujourd'hui de solution industrielle satisfaisante comme limiteur de courant de défaut en haute tension en particulier.
Un supraconducteur possède une fonction limitation de courant intrinsèque via sa caractéristique fortement non linéaire de son champ électrique en fonction du courant. Nul ou extrêmement faible en dessous d'un certain courant ajustable, son courant critique, le champ électrique augmente très fortement au-delà de Ic . Sans pratiquement de résistance en-dessous de Ic , donc transparent pour le réseau, un élément supraconducteur devient automatiquement et naturellement, sans aucune action extérieure et pratiquement immédiatement, une résistance élevée au-dessus de Ic qui limite le courant en moins d'une milliseconde. Le limiteur supraconducteur garantit l'absence de courant au-delà d'une certaine valeur
, réduisant le surdimensionnement coûteux de nombreux appareils, calculés sinon pour supporter les courants de court-circuit, nettement supérieurs à
. Il est intrinsèquement sûr. Sa résistance disparaît à nouveau après un certain temps dès qu'il est isolé du défaut. Un limiteur supraconducteur de courant de défaut apporte donc une solution technique particulièrement séduisante. Les conducteurs supraconducteurs à haute température critique de 2e génération, en cours de développement industriel, renforcent l'attractivité des limiteurs supraconducteurs.
Plusieurs limiteurs supraconducteurs de courant de défaut ont été mis en service avec succès dans le réseau européen notamment. Il reste à démontrer la viabilité économique du limiteur supraconducteur et à augmenter le retour d'expérience sur cet appareil, véritable rupture technologique.
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KEYWORDS
cryogenic | superconductivity | current limitation
VERSIONS
- Version archivée 1 de nov. 1997 par Yves BRUNET, Pascal TIXADOR
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Limiteur résistif
En anglais
3. Appareil limiteur supraconducteur de courant
3.1 Limiteurs supraconducteurs sans transition
Quelques limiteurs supraconducteurs n'utilisent pas la transition, seulement les pertes nulles (DC) ou très faibles (AC) des supraconducteurs. Ces limiteurs n'ont donc pas à récupérer l'état supraconducteur après la limitation et peuvent être remis en service immédiatement.
HAUT DE PAGE
C'est un concept ancien basé sur le fait qu'une inductance varie selon l'état de saturation de son circuit magnétique. La valeur de l'inductance diminue lorsque le circuit magnétique sature et augmente par conséquent quand il désature. Un circuit magnétique est facilement saturé par un enroulement auxiliaire supraconducteur qui crée des ampères-tours continus très élevés, sans perte Joule. Les courants de défaut très élevés compensent les ampères-tours supraconducteurs, désaturent le circuit magnétique : l'impédance augmente et limite le courant. Pour limiter les courants alternatifs, deux bobines AC sont nécessaires pour s'opposer aux ampères-tours supraconducteurs constants dans les deux sens du courant AC (figure 6). Cela permet également un très faible couplage magnétique entre les enroulements AC et l'enroulement supraconducteur et donc des courants induits très réduits dans la bobine supraconductrice.
Les principaux inconvénients de ce système sont son encombrement et son poids importants. Plusieurs dispositifs ont été construits, y compris en très haute tension avec le limiteur 220 kV (figure 7) qui a été mis en service en Chine fin 2012.
HAUT DE PAGE
Ce limiteur utilise une bobine supraconductrice insérée dans un pont redresseur à travers une source de tension continue (figure 8). Cette source fournit un courant ajustable I0 qui se referme symétriquement par les deux bras du redresseur. Tant que le courant dans la ligne est inférieur à I0 en amplitude, les diodes restent passantes et la chute...
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Appareil limiteur supraconducteur de courant
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - NOE (M.), STEURER (M.) - High-temperature superconductor fault current limiters : concepts, applications, and development status. - Superconductor Science and Technology, vol. 20, p. R15-R29 (2007).
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(2) - SCHMITT (H.), AMON FILHO (J.), ADAPA (R.), BRAUN (D.), BRISSETTE (Y.), BUCHS (G.), CVORIC (D.), DARMANN (F.), EDWARDS (K.), FERNANDEZ (P.), FOLTS (D.), HARTUNG (K.H.), HYUN (O.), JÄGER (J.), IIOKA (D.), KAMEDA (H.), KIM (Y.), KLEIMAIER (M.), LAMBERT (F.), MARTINI (L.), NOE (M.), PARK (K.), RASOLONJANAHARY (J.-L.), STEURER (M.), VAN DER BURGT (J.) - Application and feasibility of fault current limiters in power systems. - CIGRE, Technical Brochure, p. 497 (2012).
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