Bibliographie & annexes
Présentation
English
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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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 I c . Sans pratiquement de résistance en-dessous de I c , 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 I c 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.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 1 de nov. 1997 par Yves BRUNET, Pascal TIXADOR
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Intérêt de la limitation du courant
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8. Conclusions
En libérant de manière satisfaisante les électriciens des contraintes fortes et néfastes des courants de défaut, le limiteur supraconducteur de courant de défaut intéresse particulièrement les producteurs et distributeurs d'électricité. Il apporte non seulement des avantages techniques (amélioration des qualités de la fourniture d'électricité, de l'onde de tension et de la stabilité), mais également économiques en réduisant par exemple le surdimensionnement des matériels si son propre coût n'est bien évidemment pas trop élevé. Les efforts consacrés par les distributeurs d'électricité à travers les nombreux projets en témoignent.
Ces limiteurs supraconducteurs ont atteint un certain degré de maturité et peuvent être considérés comme préindustriels. Les expériences réussies des prototypes installés dans des réseaux industriels confortent l'intérêt et les potentialités fortes de cette technologie très innovante.
Cet attrait fonctionnel s'inscrit parfaitement dans les demandes actuelles fortes des réseaux pour une meilleure qualité de la fourniture d'électricité et pour une plus grande intégration de production décentralisée (énergies renouvelables entre autres). Cela nécessite de renforcer les réseaux actuels pour augmenter leur puissance de court-circuit. Les limiteurs supraconducteurs représentent par conséquent une application innovante des plus prometteuses des supraconducteurs.
Les réserves actuelles concernent le coût qui doit être acceptable. Le calcul économique n'est pas forcément facile compte tenu des nombreux gains financiers induits. Le limiteur peut faire économiser des appareils très onéreux ou est parfois la seule réponse satisfaisante à une demande forte. Il faut considérer aussi le manque de recul et d'expérience sur cet appareil totalement de rupture avec de nouvelles servitudes (cryogénie même si elle reste totalement transparente pour l'électricien) pour les électriciens qui ont la lourde responsabilité des réseaux électriques, infrastructures critiques dans nos sociétés.
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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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(3) - HOBL (A.), GOLDACKER (W.), DUTOIT (B.), MARTINI (L.), PETERMANN (A.), TIXADOR (P.) - Design and production of the ECCOFLOW resistive fault current limiter. - IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol. 23, p. 5601804 (2013).
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(4) - DOMMERQUE (R.), KRÄMER (S.), HOBL (A.), BÖHM (R.), BLUDAU (M.), BOCK (J.), KLAUS (D.), PIEREDER (H.), WILSON (A.), KRÜGER (T.), PFEIFFER (G.), PFEIFFER (K.), ELSCHNER (S.) - First commercial medium voltage superconducting fault-current limiters: production, test and installation. - Superconductor Science and Technology, vol. 23, 034020, 6 p. (2010).
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