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
Supraconducteurs possibles pour la limitation
En anglais
5. Quelques exemples d'emplacements possibles dans les réseaux et apport
Les limiteurs de courant peuvent être placés en de nombreux endroits sur un réseau électrique classique. Seuls quelques exemples vont être donnés.
Dans de nombreux cas, le limiteur permet d'augmenter significativement la puissance de court-circuit Scc avec les avantages suivants :
-
une meilleure qualité de tension. Les chutes de tension (Zcc I = 3 E2 I/Scc (I : courant), voir équation (1)) et donc les variations de tension sont réduites. Les perturbations ou pollutions harmoniques liées aux fours à arc, aux convertisseurs de puissance avec semiconducteurs... sont également diminuées. Ces charges polluantes génèrent en effet des courants harmoniques qui se transforment en tensions harmoniques lorsqu'ils circulent dans les impédances de court-circuit du réseau ;
-
de plus grandes stabilités statiques et dynamiques en général, une plus faible impédance de court-circuit autorise des plus grandes marges. Le temps critique de défaut des alternateurs peut être augmenté si le limiteur ou le shunt absorbe une partie de l'énergie de la turbine d'entraînement. Dans tous les cas le limiteur supraconducteur a une influence plus favorable que les inductances de limitation qui dégradent systématiquement la stabilité ;
-
de plus grandes capacités de connexion de génération distribuée, des énergies renouvelables entre autres. Ces connexions sont limitées par les chutes de tension admissibles et par un pourcentage de la puissance de court-circuit au point de connexion. L'augmentation de la pénétration de génération distribuée est une demande actuelle forte ;
-
un meilleur équilibrage entre les différents éléments du réseau et une diminution des pertes totales. Une étude menée sur deux transformateurs mis en parallèle via un limiteur indique une diminution des pertes totales des deux transformateurs de 40 %.
5.1 Limiteur sur départs et pour coupler des réseaux
La figure 11 donne les deux emplacements classiques : le couplage entre sous-réseaux (L1)...
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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).
-
(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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