Brevet FR2625624A1 — publié le 19890707

RESEAU ELECTRIQUE A INTERRUPTEUR SUPRACONDUCTEUR. L'invention est relative à un réseau de distribution électrique à plusieurs branches, ayant en tête du réseau un élément supraconducteur, notamment un bobinage supraconducteur et des interrupteurs, disposés dans les différentes branches du réseau pour isoler la branche associée. Lorsque le matériau constituant l'élément supraconducteur, en l'occurrence le bobinage ou le transformateur supraconducteur, est à l'état supraconducteur, sa résistance électrique est fuasi-nulle et le circuit électrique est fermé. Lorsque le matériau est à l'état normal, il possède une résistance électrique notable, dont la valeur est suffisamment élevée pour limiter le courant parcourant le circuit, cet élément supraconducteur jouant dans ce cas le rôle d'un interrupteur ouvert ou d'un limiteur de courant. La transition de l'état supraconducteur à l'état normal peut être réalisée par différents facteurs, notamment la température, le champ magnétique ou le courant parcourant ltélément supraconducteur, et il a déjà été proposé de réaliser un interrupteur à déclenchement automatique lorsque le courant qui le parcourt, dépasse un seuil prédéterminé correspondant au courant critique de ltélément supraconducteur. De tels interrupteurs supraconducteurs présentent l'avantage de ne comporter aucun contact mécanique ou des pièces enmouvement, et leur ouverture ou fermeture s'effectue sans étincelle, très rapidement. Les interrupteurs connus sont conçus pour des installations supraconductrices et ils sont inutilisables pour les réseaux normaux de transport ou de distribution d'énergie électrique. La présente invention a pour but de permettre la réalisation d'un réseau de distribution électrique perfectionné, utilisant un élément supraconducteur combiné à des interrupteurs ou disjoncteurs standards de protection du réseau. Le réseau de distribution électrique selon l'invention est caractérisé en ce que le courant critique dudit bobinage supraconducteur est supérieur au courant nominal du réseau, et généralement inférieur à la tenue électrodynamique desdits interrupteurs, et que l'ouverture automatique des interrupteurs est pilotée par la détection d'une baisse de tension du réseau. L'élément supraconducteur est normalement maintenu dans l'état de conduction, le courant critique de cet élément étant supérieur au courant parcourant le réseau. Les interrupteurs ou disjoncteurs disposés en aval de l'élément supraconducteur par rapport à la source d'alimentation du réseau, sont des interrupteurs standards électromécaniques, dont l'ouverture permet l'interruption du courant dans le circuit protégé par cet interrupteur. Ces interrupteurs sont démunis des déclencheurs standards thermiques ou électromagnétiques provoquant le déclenchement lors d'une surintensité ou d'un courant de défaut dépassant un seuil prédéterminé. Selon l'invention, ils sont par contre équipés d'un dispositif de détection d'une baisse de tension du réseau, ce dispositif pouvant d'ailleurs être commun à plusieurs interrupteurs dans le cas d'une télécommande.En fonctionnement normal les interrupteurs sont fermes, et l'élément supraconducteur est dans l'état de conduction, l'alimentation des charges se faisant normalement. Lors de l'apparition d'un défaut, notamment d'un court-circuit en un point du réseau, l'augmentation du courant due à ce courtcircuit provoque la transition de l'élément supraconducteur, de l'état supraconducteur à l'état normal correspondant à une résistance notable insérée dans le circuit. Cette transition s'effectue automatiquement lorsque le courant dépasse la valeur de courant critique de l'élément supraconducteur et l'insertion automatique d'une résistance due au basculement de l'élément supraconducteur, de l'état conducteur à l'état normal provoque une interruption ou une limitation rapide du courant de court circuit.La détection de la baisse de tension du réseau, qui en résulte, provoque l'ouverture automatique des interrupteurs et l'isolation des différentes branches du réseau. Des la chute du courant en dessous de la valeur critique de l'élément supraconducteur, ce dernier redevient supraconducteur rétablissant l'alimentation du réseau. Il est clair que les interrupteurs mécaniques ne sont pas soumis au courant de court-circuit qui est interrompu par l'interrupteur supraconducteur, ou tout au moins limité par ce dernier à une valeur suffisamment faible ou pouvant etre maltrisé par les interrupteurs électromécaniques. Le courant critique de l'élément supraconducteur est de préférence inférieur à la tenue électrodynamique des interrupteurs afin d'éviter toute situation de répulsion des contacts des interrupteurs, préjudiciable au bon fonctionnement de l'installation, mais cela n'est pas obligatoire. Il est bien entendu souhaitable de réaliser une sélectivité de s > clenchement afin de maintenir l'alimentation en courant des parties saines de 1|installation et d'isolement de la branche de réseau affectée du défaut. Cette sélectivité par étages du réseau peut e#tre réa##lisée par une temporisation d'autant plus longue. que les interrupteurs sont rapprochés de la source d'alimentation, en particulier de l'élément supraconducteur. Cet échelonnement ou temporisation permet aux interrupteurs en aval de s'ouvrir les premiers et de maintenir l'alimentation des autres branches du réseau non affectées par le défaut. La sélectivité par temporisation ne permet pas une discrimination des interrupteurs disposés à un même niveau dans le réseau, ceuxci étant conçus pour s'ouvrir ensemble après une temporisation prédéterminée, lors de la détection d'une baisse de tension provoquée par le passage à l'état normal de l'élément supraconducteur. Selon un perfectionnement de l'invention, une sélectivité additionnelle est obtenue par une détection de l'emplacement du défaut, par exemple par une mesure d'impédance de la branche alimentée par l'interrupteur ou par tout autre moyen approprié, par exemple par la détection d'une variation du courant dans cette branche lors de l'apparition d'un courtcircuit.Le déclenchement de l'interrupteur est dans ce cas soumis a la détection simultanée d'une baisse de tension du réseau et de la diminution de l'impédance de la branche correspondante, ou de tout autre phénomène traduisant l'apparition d'un défaut dans la branche concernee. L'élément supraconducteur est avantageusement un transforma teur supraconducteur d'alimentation du réseau qui assure dans ce cas la double fonction de transformateur de puissance et de limiteur ou d'interrupteur supraconducteur de protection du réseau alimenté. Chaque interrupteur peut être équipé d'un déclencheur individuel comportant un détecteur de baisse de tension, et éventuellement un temporisateur et/ou un détecteur de présence du défaut, l'ordre de déclenchement étant déduit des informations fournies par ces détecteurs, pour obtenir une sélectivité appropriée. L'invention est également applicable à des réseaux télécommandés dans lesquels certaines fonctions sont centralisées, par exemple la détection de la baisse de tension du réseau, ce détecteur, qui peut être du type voltmètre, engendrant des ordres de déclenchements transmis aux différents interrupteurs, éventuellement par l'intermédiaire de temporisateurs ou d'autres dispositifs d'inhibition ou de commande. Dans le mode de mise en oeuvre préférentiel décrit par la suite, la transition de l'état supraconducteur à l'état normal est provoquée par le passage du courant au-dessus du courant critique de l'élément supraconducteur, mais il est clair que l'invention est applicable à un dispositif ayant un élément supraconducteur, piloté indirectement, par exemple par élévation de la température lors de l'apparition d'un courant de défaut ou d'un champ magnétique dépassant la valeur critique, dérivé du courant de défaut. La mesure ou la détection de la baisse de tension du réseau, et/ou de la variation de l'impédance ou du courant peut être réalisée par tout moyen opérant, notamment du type électronique. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif et représenté au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 représente le schéma électrique d'un réseau de distribution électrique à transformateur supraconducteur selon l'invention; - la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1 illustrant une variante de réalisation. Sur les figures, un transformateur supraconducteur 10 comporte un bobinage primaire 1 2 alimenté par une source de courant14, et un enroulement secondaire 16 d'alimentation d'un réseau 18 à trois branches 20,22,24. Le transformateur supraconducteur 10 est disposé en tête du réseau, qui comporte à la sortie du transformateur 10, un disjoncteur ou interrupteur de tête 26 alimentant un jeu de barres 28, comportant les trois branches 20,22,24. La première branche 20 alimente directement une charge, par exemple un moteur électrique, tandis que les deux autres branches 22,24 comportent un interrupteur ou disjoncteur de tête 30,32, alimentant un circuit qui dans l'exemple représenté est limité à une charge, mais qui pourrait comporter à nouveau plusieurs branches de répartition.Les interrupteurs 26,30,32 sont du type électromécanique ayant des contacts 34, assurant lors de leur ouverture une isolation galvanique des branches associées. Chaque interrupteur 26,30,32 comporte un mécanisme 36 de commande d'ouverture et de fermeture des contacts 34. Ces mécanismes 36 peuvent comporter une commande manuelle d'ouverture et de fermeture ainsi qu'une commande automatique du genre télécommande, et ils sont équipés d'un dispositif de déclenchement à distance piloté par un déclencheur 38, disposé en un point quelconque du réseau et relié aux différents mécanismes 36 par des fils de commande 40. Le déclencheur 38 est connecté au réseau par des conducteurs 42, fournissant à ce déclencheur 38 une information représentative de la tension du réseau.Le déclencheur 38 détecte toute baisse de tension du réseau et le franchissement d'un seuil prédéterminé, qui provoque l'émission d'un ordre de déclenchement transmis aux mécanismes 36 par les conducteurs 40. Cet ordre de déclenchement est transmis instantanément aux mécanismes 36 des interrupteurs 30,32, disposés dans les branches 22,24, tandis qu'il est transmis par l'intermédiaire d'un temporisateur 44 au mécanisme 36 de l'interrupteur de tête 26. Le dispositif fonctionne de la manière suivante: Le réseau est alimenté normalement par le transformateur supraconducteur 10, les interrupteurs électromécaniques 26,30,32, étant fermés pour alimenter les différentes branches ou charges 20,22,24. Lors d'un incident, notamment d'un courtcircuit schématiquement représenté en 45 dans la branche 22, le courant parcourant le réseau augmente rapidement, et franchit le courant critique du transformateur supraconducteur 10, dont la transition de l'état supraconducteur à l'état normal, est suffisamment rapide pour limiter le courant de court-circuit, à une valeur voisine du courant critique. Tout le réseau et notamment les interrupteurs 26,30,32, voient uniquement cette valeur limitée du courant et ils peuvent être dimensionnés en conséquence.La transition à l'état normal du transformateur supraconducteur 10 provoque une baisse de tension du réseau transmis par les conducteurs 42 au déclencheur 38. Ce dernier émet des ordres de déclenchement qui sont transmis instantanément aux mécanismes 36 des branches 22,24. L'ouverture des interrupteurs correspondants 30,32 isole le défaut 45, et le transformateur supraconducteur isolé du défaut 45, bascule de l'état normal à l'état supraconduc#teur d'alimentation de la branche saine du réseau, en l'occurrence de la charge 20. L'interrupteur de tête 26 n'a pas eu le temps de recevoir l'ordre de déclenchement émis par le déclencheur 38, lequel ordre a été retardé par le temporisateur 44 pendant une durée suffisante au rétablissement de l'alimentation. Il est facile de voir que le fonctionnement est entièrement automatique et qu'il permet de maintenir l'alimentation de certaines branches saines du réseau. L'installation selon la figure 1 présente néanmoins l'inconvénient d'interrompre l'alimentation des branches disposées à un même niveau, en l'occurrence les branches 22 et 24, alors qu'une seule d'entre-elles est affectée par le défaut 45. Selon un développement de l'invention illustré par la figure 2, dans laquelle les mêmes numéros de référence désignent les éléments analogues ou identiques à ceux de la figure 1, permet de remédier à cet inconvénient. Dans cette installation, le disjoncteur de tête 26 est piloté par un déclencheur 46 de détection d'une baisse de tension du réseau, qui émet un ordre de déclenchement lors d'une baisse de tension en dessous d'un seuil prédéterminé, lequel ordre de déclenchement est transmis au mécanisme 36 par l'intermédiaire d'un temporisateur 48, provoquant une ouverture ou un déclenchement retardé de l'interrupteur 26.Les interrupteurs 30,32 sont tous deux équipés d'un détecteur de baisse de tension 46 et d'un détecteur de défaut 50, permettant la détection de la branche 22,24 affectée d'un défaut. Les sorties des détecteurs 46,50 sont reliées aux entrées d'une porte ET 52, dont la sortie est reliée au mécanisme 36 des interrupteurs 30,32. Les détecteurs 46 d'une baisse de tension peuvent être de simples électro-aimants raccordés au circuit du réseau, tandis que les détecteurs de défaut 50 peuvent être des relais de mesure de l'impédance de la branche correspondante, ou éventuellement des détecteurs de variation du courant ou de franchissement d'un seuil prédéterminé du courant parcourant la branche, ou des relais directionnels. Le dispositif selon la figure 2 fonctionne de la manière suivante: Le réseau est normalement alimenté par le transformateur supraconducteur 10 par 1 'intermédiaire des interrupteurs fermés 26,30,32. Lors d'un défaut 45 apparaissant par exemple star la branche 22, le transformateur supraconducteur 10 bascule à l'état normal de la manière décrite ci-dessus, en insérant une résistance notable dans le circuit, qui provoque une baisse de tension et une limitation du courant de défaut. La baisse de tension apparaissant dans le réseau est détecté par les trois détecteurs 46 qui émettent tous un ordre de déclenchement de l'interrupteur associé. L'ordre de déclenchement de l'interrupteur 26 est temporisé par le temporisateur 48. Simultanément le détecteur de défaut 50 de la branche 22, détecte par exemple une baisse d'impédance due au défaut 45, et émet un ordre de déclenchement appliqué à la porte ET 52. Les deux entrées de cette porte 52 recevant un ordre de déclenchement respectivement du détecteur de baisse de tension 46, et du détecteur de défaut 50, provoquent le déclenchement du mécanisme de l'interrupteur 30 alimentant la branche 22, et l'isolement du défaut 45. Le détecteur de défaut 50 de l'interrupteur 32 reste inactif et la porte E 52 de cet interrupteur 32 ne reçoit qu'un seul ordre de déclenchement sur l'une de ses entrées, bloquant la transmission de cet ordre au mécanisme 36 qui maintient l'interrupteur 32 en position fermé. L'ouverture de l'interrupteur 30 est suffisamment rapide pour éviter un déclenchement du disjoncteur de tête 26 dont l'ordre de déclenchement a été temporisé. Il est facile de voir que seule la branche 22 affectée du défaut est isolée, et que l'alimentation des deux autres branches 20,24 du réseau est maintenue. On assure ainsi une sélectivité parfaite de déclenchement comparable aux sélectivités réalisées par les appareils standards. Il est inutile de décrire le cas d'un défaut se produisant dans le circuit de tête du réseau, ce défaut étant éliminé avec un retard prédéterminé par l'ouverture de l'interrupteur 26. Dans tous les cas, le transformateur 10 assure la limitation et la coupure du courant de défaut par une simple transition de l'état supraconducteur à l'état normal, et les interrupteurs 26,30,32 du type électromécanique ne sont pas soumis à l'action du courant de défaut. Le courant dans le réseau est limité à une valeur voisine du courant critique du transformateur supraconducteur 10. Il est clair que la limitation et la coupure du courant peut être réalisée par tout élément supraconducteur traversé par le courant d'alimentation, et susceptible de transiter de l'état supraconducteur à l'état normal lors d'un franchissement d'un seuil prédéterminé du courant le traversant, l'emploi d'un transformateur supraconducteur 10 simplifiant néanmoins l'ensémble de l'installation. D'autres circuits à étages plus nombreux ou à branches plus nombreuses sont bien entendu concevables avec des sélectivités partielles ou totales du type décrit ci-dessus. Il est clair que le réseau selon la figure 2, peut également comporter une commande de déclenchement centralisée 38, du genre illustré par la figure 1, ou inversement que chaque interrupteur 26,30,32 de la figure 1, peut être doté d'un déclencheur individuel de détection d'une baisse de tension et d'une détection de l'emplacement du défaut. Il convient de noter que les interrupteurs 26,30,32 ne sont pas obligatoirement des interrupteurs ou disjoncteurs électromécaniques, tout système électronique équivalent étant utilisable, ces systèmes étant protégés par l'effet de limitation particulièrement efficace de l'élément supraconducteur 10. L'invention est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus particulièrement décrit. REVENDICATIONS 1. Réseau de distribution électrique à plusieurs branches (20,22,24) ayant en tête du réseau un élément supraconducteur, notamment un bobinage supraconducteur, et des interrupteurs (26,30,32) disposés dans les différentes branches du réseau pour isoler la branche associée, caractérisée en ce que le courant critique dudit bobinage supraconducteur (10) est supérieur au courant nominal du réseau et généralement inférieur à la tenue électrodynamique desdits interrupteurs (26,30,32), et que l'ouverture automatique des interrupteurs est pilotée par la détection d'une baisse de tension du réseau. 2. Réseau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'auxdits interrupteurs (26,30,32) sont associés des moyens (46,50) d'ouverture sélectifs pour ouvrir sélectivement lors de ladite baisse de tension l'interrupteur (30) de la branche affectée par le défaut ou les interrupteurs(30,32) disposés à un même niveau. 3. Réseau selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'ouverture sélectifs comportent une temporisation (48). 4. Réseau selon la revendication 1,2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (50) de détection de la branche en défaut, pour assurer un déclenchement sélectif de l'interrupteur (30) associé à cette branche, le déclenchement de cet interrupteur étant commandé lors d'une détection d'une baisse de tension et de la présence d'un défaut. 5. Réseau selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens (50) de détection du défaut comportent un détecteur d'impédance émettant un ordre de déclenchement lorsque l'impédance devient inférieure à un seuil prédéterminé. 6. Réseau selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens (50) de détection du défaut comportent un détecteur d'augmentation du courant parcourant la branche (22). 7. Réseau selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de détection de défaut comportent un relais directionnel. 8. Réseau selon la revendication 1,2 ou 3, caractérisé en ce que chaque interrupteur (26,30,32) est équipé d'un-détecteur (46) de baisse de tension qui provoque le déclenchement automatique de l'interrupteur lorsque la tension aux bornes de l'interrupteur est inférieure à un seuil prédéterminé. 9. Réseau selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'interrupteur (30,32) comporte un déclencheur ayant un détecteur (46) de baisse de tension et un détecteur (50) de présence d'un défaut, un ordre de déclenchement étant émis lors d'une présence simultanée d'une baisse de tension et d'un défaut. 10. Réseau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bobinage supraconducteur appartient à un transformateur supraconducteur (10) d'alimentation du réseau.