Brevet FR2600206A1 — publié le 19871218

- 1 Limiteur de courant alternatif La présente invention concerne un limiteur de courant alternatif pour ligne de transport d'énergie avec organe de coupure en cas de surintensité, comprenant un transformateur dont le primaire est en série entre les circuits d'alimentation et d'utilisation, et comportant un ou plusieurs secondaires en matériau supraconducteur contenus dans une enceinte cryogénique, en court-circuit sur eux-mêmes, la réactance de fuite du transformateur vue du primaire, étant faible, et la résistance à l'état normal du ou des secondaires, vue du primaire, étant très 10 supérieure à l'impédance nominale du transformateur. La Demanderesse a déjà proposé dans sa demande de brevet français n 8417911 du 23 novembre 1984 un filtre limiteur de ce genre. Il est cependant très difficile de satisfaire aux deux conditions concernant la résistance à l'état normal et la capacité calorifique (ou enthalpie) du 15 ou des secondaires de tels limiteurs dans le cas de lignes transportant de fortes puissances. On n'admet en effet généralement qu'un échauffement au plus égal à 100 K lors de l'intervention des organes de coupure, en général après 3 ou 4 périodes du réseau; les dilatations de la matière supraconductrice et de la matrice en métal conducteur normal 20 restent alors encore très faibles. La présente invention a pour but de procurer des limiteurs de courant alternatif pour-lignes transportant de fortes puissances, dont la résistance à l'état normal des secondaires vue du primaire soit très supérieure à l'impédance nominale du transformateur, et dont la capacité 25 calorifique (ou enthalpie) de ces secondaires soit suffisamment élevée pour limiter leurs dilatations en cas de court-circuit au moment de la coupure à des valeurs admissibles. Le limiteur selon l'invention est caractérisé en ce que le ou les secondaires de son transformateur comprennent chacun un enroulement 30 actif et un enroulement auxiliaire constitué d'un nombre pair de bobines en série enroulées alternativement dans un sens et dans le sens opposé, le nombre total des spires enroulées dans un sens étant égale à celui des spires enroulées dans l'autre, et de capacité calorifique suffisamment élevée pour limiter leur dilatation à des valeurs encore faibles au 35 moment de l'intervention de l'organe de coupure. - 2 Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, un dispositif limiteur de courant alternatif selon l'invention. La figure 1 représente schématiquement un tel dispositif limiteur sur un circuit monophasé. La figure 2 représente un schéma équivalent après transition du secondaire du-transformateur à l'état normal à la suite d'un courtcircuit en aval du dispositif limiteur. Dans la figure 1, 1 et 2 désignent les bornes d'un réseau 10 d'alimentation R, ou d'un alternateur, et 3 et 4 les bornes du réseau d'utilisation U. Sur le conducteur 5, soit en cuivre à la température ordinaire, soit supraconducteur, est intercalé en amont d'un organe de coupure 6 le primaire 6A d'un transformateur 7 à circuit magnétique 8 et secondaire 9. Ce secondaire est en court-circuit sur lui-même (conduc15 teur 10) dans une enceinte cryogénique 11 maintenue à 4 K, par exemple par un bain d'hélium liquide. L'enroulement secondaire du transformateur comp;end un premier enroulement 9, que l'on peut appeler "actif", destiné à compenser les ampères-tours de l'enroulement primaire, et un enroulement auxiliaire 20 constitué d'un nombre pair de bobines identiques montées en série les unes avec les autres et avec l'enroulement actif, et bobinées alternativement dans un sens et dans l'autre (ici quatre bobines 13, 14, 15, 16). La fonction des bobines de l'enroulement auxiliaire est d'augmenter la résistance et la capacité calorifique (ou enthalpie) du secondaire au 25 moment de la transition du supraconducteur vers l'état normal, mais sans jouer un r8le actif vis-à-vis du primaire. En cas de court-circuit ou d'un autre incident dans la ligne comprenant le conducteur 5, faisant apparaître une surintensité, lorsque le courant de ligne devient supérieur à un seuil Imax fixé à l'avance, le 30O secondaire supraconducteur repasse à l'état normal et l'impédance du transformateur vue du primaire devient voisine de son impédance à vide, qui est très grande vis-à-vis de l'impédance nominale. Après un transitoire plus ou moins long, le courant de ligne tend vers le courant à vide du transformateur. Le circuit magnétique doit être calculé pour que l'appel de -3 courant magnétisant à l'enclenchement avec secondaire ouvert soit inférieur à la valeur maximale choisie pour l'intensité dans la ligne. La réactance de fuite doit être la plus faible possible. Dans le schéma équivalent de la figure 2, correspondant à un secon5 daire ayant transité vers l'état normal après un court-circuit sur la ligne en aval du primaire du transformateur, I désigne l'intensité dans le primaire, R1 sa résistance (négligeable), X1 la réactance totale de fuite ramenée au primaire (négligeable), Zo0 l'impédance à vide du transformateur, I l'intensité correspondante, R'2 la résistance du o secondaire ramenée au primaire (après la transition vers l'état normal) et I'2 l'intensité correspondante. Le limiteur doit répondre à deux conditions essentielles. En premier lieu, le courant I dans le primaire ne doit pas dépasser le seuil Imax fixé. Cette condition se traduit par une résistance secon15 daire ramenée au primaire R'2 élevée. R'2 doit être très supérieure à l'impédance nominale Zn du transformateur. En outre, l'enroulement secondaire doit présenter une bonne tenue à l'échauffement pendant l'intervalle de temps. t1 qui s'écoule avant que n'intervienne l'organe de protection de la ligne 6. Ceci implique 20 que l'enroulement supraconducteur présente une capacité calorifique (ou enthalpie) suffisante pour limiter les dilatations pendant l'intervalle t1. On admet généralement que l'échauffement de l'enroulement ne doit pas avoir dépassé 100 K au moment de l'intervention de l'organe de coupure de la ligne ( t1 correspondant à 3 à 4 périodes du 25 réseau), car pour une température d'environ 100 K les différents coefficients de dilatation de la matière supraconductrice et de la matrice en conducteur normal sont encore très faibles. Or pour un enroulement secondaire comprenant une seule couche bobinée et qui servirait uniquement à annuler les ampères-tours du 30 primaire, ce secondaire possèderait à l'état supraconducteur une résistance R'2 nulle et une réactance de fuite ramenée au primaire très faible X1. Après transition vers l'état normal, sa résistance prendrait la valeur R'2 = R'21, son enthalpie étant H1. Il subirait l'échauffement tT1 pendant l'intervalle t1 précédant l'intervention des 35 organes de coupure. -4 Dans le cas d'un secondaire tel que décrit en référence à la figure 1, comprenant en plus un nombre pair de couches bobinées alternativement dans des sens opposés et en série, soit 2n couches, la résistance à l'état supraconducteur R'2 est toujours nulle et la 5 réactance de fuite X ramenée au primaire un peu supérieure à celle d'un secondaire à une seule couche, mais encore très faible. Après transition vers l'état normal, en admettant *que les bobinages 13, 14, 15, 16 possèdent le même nombre de spires que le bobinage 12, la résistance devient R'2 = (2n+1) R'21 et l'enthalpie H = (2n+1) H1. 10 De ce fait, l'échauffement prend la valeur T2: T1 (2n+1) 2 Il est donc notablement plus faible que dans le premier cas. 15 L'enroulement supraconducteur s'échauffe moins et ne subit pas de dilatation importante avant l'intervention des organes de coupure de la ligne. - 5 REVENDICATION Limiteur de courant alternatif pour ligne de transport d'énergie à organe de coupure (6) en cas de surintensité, comprenant un transformateur (7) dont le primaire (6A) est en série entre des circuits 5 d'alimentation (R) et d'utilisation (U), et comportant un ou plusieurs secondaires (9) en matériau supraconducteur contenus dans une enceinte cryogénique (11) et en court-circuit sur eux-mêmes, la réactance de fuite du transformateur, vue du primaire, étant faible, et la résistance à l'état normal du ou des secondaires, vue du primaire, étant très 10 supérieure à l'impédance nominale du transformateur, caractérisé en ce que le ou les secondaires du transformateur comprennent chacun un enroulement actif (12) et un enroulement auxiliaire constitué d'un nombre pair de bobines en série (13, 14, 15, 16) enroulées alternativement dans un sens et dans le sens opposé, le nombre total des spires 15 enroulées dans un sens étant égal à celui des spires enroulées dans l'autre, et de capacité calorifique suffisamment élevée pour limiter leur dilatation à des valeurs encore faibles au moment de l'intervention. de l'organe de coupure.