Brevet FR2572227A1 — publié le 19860425

Dispositif limiteur de la vitesse de variation d'un courant alternatif fourni par un générateur supraeonducteur La présente invention concerne un dispositif limiteur de la vitesse de variation de l'intensité d'un courant alternatif fourni par un générateur supraconducteur à une installation d'utilisation telle qu'un réseau. Dans les installations et réseaux électriques alimentés par des générateurs supraconducteurs, les courants de défaut qui peuvent appa- raître sont déterminés par les impédances naturelles des équipements en service au moment de l'apparition du défaut. Ces impédances sont généra- lement assez faibles et les courants de défaut peuvent atteindre des valeurs très supérieures aux valeurs nominales. Ceci oblige, pour éviter de graves détériorations des circuits, à donner au matérial un dimen- sionnement très supérieur à celui qui serait nécessaire aux régimes nominaux. On a déjà proposé dans la publication IEEE Transactions on Magne- tics, vol. MAG.- 17 n 5, septembre 1981, p.1950, un dispositif de régulation des fluctuations de tension d'un réseau alternatif électrique à haute tension, comprenant une bobine supraconductrice connectée au réseau par l'intermédiaire d'un circuit alternatif continu piloté par un calculateur. Un tel circuit est cependant en parallèle avec le circuit d'utilisation, et ne permet donc pas la limitation des courants de court- circuit dans celui-ci. La présente invention a pour but de procurer un dispositif suscep- tible, en cas de variation soudaine du régime électrique, même en cas d'apparition d'un court-circuit, de limiter la vitesse de variation du courant de manière qu'au moment o interviennent les organes de contrôle ou de protection ce courant reste encore assez proche de sa valeur initiale. Il a encore pour but de limiter le dimensionnement à donner aux organes électriques, tant ceux des circuits que des appareils de contrôle ou de protection, à celui nécessaire pour admettre des courants relativement peu supérieurs aux valeurs nominales. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un transformateur dont le primaire est en série avec le circuit supraconducteur, et dont le secondaire est relié au côté alternatif d'un 2- convertisseur statique alternatif-continu dont le côté continu est lui- même relié à une bobine supraconductrice. De préférence, le convertisseur statique alternatif-continu est constitué par un pont de diodes, dont la diagonale c8té alternatif est reliée au secondaire du transformateur, et dont la diagonale c8té continu est reliée à la bobine supraconductrice. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, un dispositif limiteur de la vitesse de varia- tion d'un courant alternatif fourni par un générateur supraconducteur. La figure 1 représente un dispositif limiteur à pont de diodes. La figure 2 représente le diagramme des variables électriques au cours du fonctionnement du dispositif de la figure 1. Dans la figure 1, la référence A représente les bornes d'un réseau alternatif supraconducteur d'alimentation et la référence U, les bornes de l'installation d'utilisation. Le transformateur 1 à circuit magnétique 2, a son primaire 3 en série entre le réseau d'alimentation A et l'installation d'utilisa- tion U. Son secondaire 4 est relié aux bornes 6 et 7 d'un pont redres- seur 5 de diodes D1, D2, D3, D4. Les bornes 8, 9 de la seconde diagonale de ce pont sont reliées à la bobine supraconductrice 10. Les diagrammes de la figure 2 représentent le fonctionnement de ce dispositif dans le cas o l'inductance de la bobine supraconductrice, ramenée au primaire du transformateur, est très grande devant les impé- dances internes du transformateur et des circuits d'alimentation et d'utilisation. Dans ces conditions le courant alternatif présente un très fort taux d'harmoniques. Dans ces diagrammes, IS représente l'intensité circulant dans le secondaire du transformateur, Vs la tension aux bornes de son secon- daire, IL l'intensité circulant dans la bobine supraconductrice, IDl' ID2, ID3 et ID4, les intensités circulant dans les diodes du pont redres- seur, VL la tension aux bornes de la bobine supraconductrice, Vp et Ip la tension et l'intensité dans le primaire du transformateur, et T1 à T8 les instants successifs en régime nominal, puis en régime de défaut. Régime nominal (de T1 à T2): courant et tension du secondaire S sont en quadrature et le courant est en forme de créneaux se répartissant -3comme indiqué dans les diodes D1, DD2, 3 D4. Le courant dans la bobine supraconductrice et la tension à ses bornes présentent des ondula- tions (dépendantes du dimensionnement) autour d'un courant -continu Io et de la tension nulle. Régime de défaut (de T3 à T4): courant et tension du secondaire S sont en phase et la bobine supraconductrice emmagasine de l'énergie. Le courant augmente à une vitesse qui est limitée par l'inductance de la bobine. On a entre courant efficace et courant dans la bobine une rela- tion du genre: I K 'ef L = K Ieff d IdlV deff L V eff et par conséquent: dtK' -- K' dt dt L Le choix de l'inductance de la bobine L permet donc de fixer une valeur maximale à la vitesse d'augmentation du courant efficace. Régime sans courant alternatif (T5 à T6): le courant alternatif ayant été coupé, le courant de la bobine supraconductrice continue de se refermer par le pont de diodes. Il diminue avec une vitesse fixée par les pertes du circuit continu et qui peut éventuellement être réglée par la mise en service temporaire d'une résistance. Régime à circuit continu ouvert (T7 à T8): si le circuit continu est ouvert par suite d'une transition de la bobine supraconductrice ou d'une avarie quelconque, le courant de court-circuit du circuit alter- natif est limité au courant à vide du transformateur ou à une valeur proche. Ceci permet en jouant sur la transition de la bobine supraconduc- trice de limiter même sans appareil de coupure le courant maximal possi- ble. On peut ainsi limiter la vitesse d'augmentation de courants alter- natifs jusqu'à l'intervention des systèmes de contr8le ou de protection. Il en résulte des avantages nombreux qui:se traduisent par une réduction des coûts et une amélioration de la disponibilité des installations électriques: a) les appareils de coupure peuvent être prévus pour des courants et tensions réduits par rapport aux solutions actuelles,- -4- - b) le courant alternatif est limité à une valeur donnée à l'avance en cas de coupure du circuit continu ou de transition de la bobine supracon- ductrice, - c) le travail sous courant se fait sans risque de courtcircuit catastrophique. - d) on peut limiter le courant de défaut dans les installations ainsi équipées à une valeur très inférieure aux valeurs classiques. Il en résulte un gain dimensionnel et économique sur la plupart des équipe- ments. -5 - REVENDICATIONS 1/ Dispositif limiteur de la vitesse de variation de l'intensité d'un courant alternatif fourni par un générateur supraconducteur à une ins- tallation d'utilisation, caractérisé en ce qu'il comprend un transforma- teur (1) dont le primaire (2) est en série avec le circuit supraconduc- teur, et dont le secondaire (4) est relié au côté alternatif d'un conver- tisseur statique alternatif-continu (5), dont le côté continu est lui- même relié à une bobine supraconductrice (10). 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conver- tisseur statique alternatif-continu est constitué par un pont de diodes, dont la diagonale alternative est reliée au secondaire du transforma- teur, et l'autre diagonale à la bobine supraconductrice. 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conver- tisseur statique est commandé par des thyristors. 4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la bobine supraconductrice présente un courant critique suffisamment faible pour limiter le courant de court-circuit du circuit alternatif à une valeur relativement basse.