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Auteur(s)
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Yves BRUNET : Professeur à l’Institut national polytechnique de Grenoble
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Pascal TIXADOR : Centre national de la Recherche scientifique CRTBT/LEG
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Lire l’articleINTRODUCTION
Associée aux propriétés de courant critique, la transition des supraconducteurs est une propriété intrinsèque de ces matériaux sans équivalent. Elle permet, en quelques microsecondes, de passer d’un état de résistivité nulle à un état de résistivité finie suffisamment importante pour limiter le passage d’un courant. En moyenne ou haute tension les appareils actuels, les disjoncteurs, ne limitent pas mais interrompent le courant de défaut lors d’un de ces passages par zéro. Le limiteur supraconducteur apparaît par conséquent comme un dispositif particulièrement intéressant pour les réseaux électriques. Outre les nombreux avantages qu’il apporterait aux réseaux, il permettrait d’améliorer la qualité de distribution de l’énergie électrique. Pour limiter un courant, continu ou alternatif, cette propriété peut être utilisée directement (limitation purement résistive) soit indirectement, l’élément supraconducteur étant alors un organe de détection et de déclenchement d’un processus auxiliaire de limitation.
Dans le cas des supraconducteurs à haute température critique (HTc), la transition peut être moins brutale, la résistivité liée à l’écoulement des lignes de flux (flux flow), qui apparaît dès que l’on dépasse la densité de courant critique, pouvant alors contribuer à la limitation du courant.
Plusieurs prototypes qui explorent les diverses dispositions possibles ont été étudiés, tant avec les supraconducteurs classiques à basse température qu’avec les HTc. Ils visent à atteindre les besoins en tension (quelques dizaines de kV) et en courant (quelques dizaines de kA) des applications industrielles : par exemple, en France, avec des conducteurs supraconducteurs alternatifs en NbTi, GEC Alsthom et Alcatel-Alsthom Recherche ont particulièrement étudié les dispositifs à limitation résistive, le CNRS-CRTBT explorant des limitations inductives et Schneider Electric s’intéressant aux propriétés des matériaux HTc ; ABB a installé dans une centrale en Suisse un limiteur supraconducteur triphasé de 1,2 MVA utilisant des tubes massifs (Bi-2212) ; aux États-Unis, plusieurs industriels (Intermagnetics-IGC, Lookheed Martin, Power Superc.) sont engagés dans des projets de plusieurs MVA.
Associés aux régulateurs supraconducteurs basés sur le stockage de l’énergie magnétique (SMES), les limiteurs supraconducteurs devraient être les premiers dispositifs supraconducteurs intégrés aux réseaux électriques.
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7. Principes et réalisations des limiteurs supraconducteurs
7.1 Réactance saturable
Le dispositif à réactance saturable à été décrit paragraphe 2.5. Le prototype monophasé présenté dans la référence [6], de caractéristiques nominales 3 kV-556 A-, limite le courant à 5,5 In au lieu de 12 In sans limiteur (In courant nominal). L’utilisation de supraconducteurs a.c. permettrait de simplifier le dispositif en éliminant l’écran entre les primaires et les circuits de saturation. Il faut noter qu’en cas de transition anormale des bobinages supraconducteurs, le système se désature et devient équivalent à une inductance d’impédance élevée et n’entraîne donc pas de coupure du réseau.
HAUT DE PAGE7.2 Limiteur résistif
Dès les années 70, les conducteurs ne supportant pas à cette époque les courants alternatifs, l’utilisation des supraconducteurs dans un limiteur de courant a été envisagée [25] à partir de films minces de NbN en commutant le courant de défaut dans une résistance parallèle de limitation.
Le plus simple des concepts (figure 14) est de monter en série sur la ligne à protéger un bobinage non inductif supraconducteur pour limiter les chutes de tension à l’état passant. Après transition, la forte résistance insérée naturellement dans la ligne limite le courant. Un disjoncteur en série, rapide, mais de faible pouvoir de coupure, permet d’isoler le défaut et protège le limiteur contre une excursion en température excessive. Un limiteur résistif de résistance R présente une dissipation en régime de défaut égale (en p.u.) à R -1 puisque le limiteur est soumis en régime de défaut à la tension du réseau....
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - FLEISHMAN (L.S.) et al - Design considerations for an inductive HTc SC fault current limiter, - IEEE Trans on Appl SC 3-1, 570 (1993).
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(2) - VITHAYATHIL (J.J.) et al - HVDC circuit breaker development and field tests, - IEEE PAS 104-10 (1985).
-
(3) - BOENIG (H.J.), PAICE (D.A.) - Fault current limiter using a SC coil, - IEEE Trans Mag, 19-3, 1051 (1983).
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(4) - BRUNET (Y.), TIXADOR (P.) - Small scale experiments on static devices using ac superconductors, - El Pow Syst Res, 12, 149 (1987).
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(5) - KOGA (T.) et al - Fundamental test of a new fault current limiter utilizing LC resonance circuit composed of a SC coil and capacitor, - Proc of ASC 96-Pittsburgh, 1996.
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(6) - RAJU (B.P.) et al - A current limiting device using superconducting dc bias applications and prospects, - IEEE T PAS 101-9, 3173 (1982).
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