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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.
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- Version archivée 1 de nov. 1997 par Yves BRUNET, Pascal TIXADOR
- Version courante de mai 2025 par Pascal TIXADOR
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4. Limiteur résistif
4.1 Schéma électrique
Les contraintes du réseau, en particulier la nécessité d'avoir un courant de défaut pas trop limité, complexifient un peu le schéma de base en introduisant en particulier une impédance aux bornes de l'élément supraconducteur (figure 10). Cette impédance n'intervient qu'en régime de limitation puisqu'elle est sinon court-circuitée par le supraconducteur.
Nous verrons que le volume supraconducteur est proportionnel au courant et à la tension en régime de court-circuit ainsi qu'à la durée de limitation. Il est par conséquent intéressant d'avoir un courant réduit dans le supraconducteur en régime de limitation, ce qui peut poser des problèmes pour les protections ampéremétriques. L'impédance shunt réduit l'impédance équivalente du limiteur et permet d'ajuster le courant de limitation aux exigences du réseau.
Par ailleurs, cette impédance réduit la tension aux bornes du supraconducteur en régime de limitation ce qui réduit le volume supraconducteur nécessaire. L'expression de la tension aux bornes de l'élément supraconducteur est :
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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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