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
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Conclusions
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7. Exemples de réalisation
Le tableau 4 rassemble les principaux projets récents de limiteurs supraconducteurs de courant de défaut à travers le monde.
De plus en plus de projets de limiteurs utilisent les conducteurs YBaCuO déposés bien adaptés et développés aussi pour d'autres applications.
La société Nexans poursuit depuis de nombreuses années un programme important autour des limiteurs supraconducteurs de courant. Elle a notamment installé plusieurs limiteurs préindustriels sans financement gouvernemental direct. Ces limiteurs (Boxberg I, ASL I & II) sont basés sur l'utilisation de barreaux de Bi-2212 (figure 4) fabriqués par Nexans puis sur des conducteurs YBCO (Boxberg II, Ampacity).
En Grande Bretagne les limiteurs ont permis d'augmenter significativement la puissance de court-circuit de sous-stations sans changer les disjoncteurs en place. Deux limiteurs ont été installés dans la centrale électrique de Boxberg en Allemagne sur un bus 12 kV pour limiter le courant de défaut de 63 kAmax à 30 kAmax (limiteur BSCCO) puis 16 kAmax (limiteur YBCO) pour utiliser entre autres des appareils de coupure standards, nettement moins coûteux. Le projet Ampacity comprend un câble supraconducteur 10 kV – 40 MVA d'un kilomètre associé à un limiteur pour la ville d'Essen. L'objectif est de remplacer un câble 110 kV.
Un projet européen important est Eccoflow mené par Nexans. Eccoflow regroupe 15 partenaires dont 5 distributeurs électriques. L'objectif est d'installer un limiteur 24 kV/1 kA (figure 16) « multifonctions » en deux endroits du réseau européen, un à Majorque (Espagne) pour coupler deux sous-réseaux et un à Kosice (Slovaquie) sur un départ transformateur. Il utilise des conducteurs YBCO en configuration bifilaire assemblés dans des modules (figure 16) dans un cryostat unique équipé de machines froides. Après des premiers tests au RSE à Milan, ce limiteur sera mis en service à Majorque en 2013.
Un limiteur supraconducteur...
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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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