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.
L'expertise technique et scientifique de référence
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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Appareil limiteur supraconducteur de courant
En anglais
2. Contraintes des réseaux
Le réseau électrique est un élément clé et fondamental entre la production et la consommation. Il est considéré comme une infrastructure critique tant l'électricité est essentielle, voire vitale dans nos sociétés. Le coût de la perte d'un réseau ou seulement une partie est considérable et le poids des investissements dans les réseaux est très lourd. Compte tenu de l'interconnexion généralisée entre pays, les réseaux électriques représentent les plus grands systèmes jamais construits par l'homme. L'introduction d'un dispositif nouveau est étudiée très soigneusement et sa fiabilité doit être très grande en particulier. Enfin, il doit être compatible avec le fonctionnement du réseau actuel, en particulier son plan de protection.
2.1 Courants
Un paramètre important d'une ligne est son courant assigné Ia , qui est la valeur efficace maximale en régime permanent. Cependant, même en fonctionnement normal sans défaut, des courants transitoires supérieures à Ia peuvent exister, mais seulement pour une durée limitée. Un exemple est le démarrage d'un moteur asynchrone qui absorbe un courant plus important avant d'atteindre son régime permanent. Le dépassement est limité, mais dure longtemps (de quelques secondes à quelques minutes). Quand un transformateur est enclenché à vide, le courant d'appel peut être très élevé aux premiers instants.
Les exigences sur ces sur-courants sont parfois très sévères. Pour le limiteur de Nexans installé à Vattenfall , la spécification était de résister à 4 100 Amax pendant 50 ms puis 1 800 Arms pendant 15 s alors que le courant assigné n'est que de 800 A !
Ces surintensités transitoires ne doivent pas entraîner de déclenchement de la limitation, en particulier pour le démarrage d'un moteur asynchrone puisqu'elle le ralentirait. Une certaine limitation est par contre...
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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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