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Cost effective FCL using advanced superconducting tapes for future HVDC grids

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Un limiteur supraconducteur de courant de défaut pour protéger les réseaux électriques nationaux

Dans une maison, en cas de court-circuit, les fusibles coupent le courant et évitent les dégâts. Les réseaux électriques, en revanche, beaucoup plus complexes et puissants, n’étaient pas jusqu’alors équipés de fusibles.

Énergie

L’Europe continentale dispose de quatre grands réseaux électriques. Ceux-ci sillonnent le paysage sous la forme de câbles très résistants transportant jusqu’à 380 000 volts. Si deux de ces câbles se touchent, par exemple lorsqu’un arbre tombe sur la ligne, cela provoque un courant de défaut, familièrement appelé court-circuit. Des étincelles apparaissent. La tension de ces étincelles peut être suffisante pour endommager voire détruire les équipements conçus pour les hautes tensions. Dans un circuit domestique, un fusible peut prévenir les dommages en coupant instantanément le courant. Ces dispositifs ne peuvent cependant pas être utilisés sur les réseaux nationaux en raison des tensions extrêmes. À ce jour, il n’existe aucun équivalent pratique; si c’était le cas, on l’appellerait un limiteur de courant de défaut. Actuellement, les ingénieurs obtiennent le même résultat en limitant (coupant) le courant de défaut par divers moyens passifs et peu idéaux. En 2014, la société Nexans a installé un limiteur supraconducteur de courant de défaut (SFCL) expérimental sur le réseau électrique de la ville allemande d’Essen. Bien que ce SFCL ait efficacement protégé les lignes électriques municipales, le dispositif était trop coûteux pour être commercialisé.

Améliorer le SFCL

Le projet FASTGRID, financé par l’UE, a développé une amélioration à moindre coût du SFCL initial. Plus précisément, FASTGRID utilise le matériau supraconducteur de manière optimale pour réduire les coûts. La supraconductivité est le principe selon lequel certains matériaux présentent une résistance électrique nulle. Cependant, cela ne fonctionne que lorsque le matériau reste à des températures cryogéniques. Dans un réseau électrique équipé du SFCL FASTGRID, en cas de court-circuit, le courant augmente fortement, d’une valeur donnée et connue, puis le SFCL coupe l’alimentation. La température de l’élément supraconducteur (fils en forme de bande fabriqués à partir du nouveau matériau supraconducteur) augmente alors rapidement. Le matériau perd donc sa supraconductivité et résiste au courant électrique. Le courant est ainsi limité à un niveau sûr, ce qui permet d’éviter les dommages et facilite la coupure rapide du courant par un appareil de commutation (disjoncteur). Le matériau conducteur se refroidit ensuite et redevient supraconducteur. Le courant peut être rétabli en toute sécurité. Ainsi, la propriété supraconductrice permet au dispositif SFCL de fonctionner comme un interrupteur.

Moins cher et plus pratique

«Notre conducteur supraconducteur avancé rend le SFCL beaucoup plus intéressant sur le plan économique», explique Pascal Tixador, coordinateur du projet. «Le nouveau conducteur est environ dix fois moins cher que le conducteur Nexans.» Ces économies ont été principalement réalisées en optimisant le conducteur avec des alternatives. «Nous avons réussi à développer et à valider expérimentalement un conducteur supraconducteur avancé pour les SFCL», ajoute Pascal Tixador. «Mais ces développements ont pris beaucoup plus de temps que prévu au début du projet, et il n’a pas été possible de fabriquer tous les éléments que nous espérions.» L’équipe a fabriqué, et testé avec succès, deux des six éléments supraconducteurs prévus. La prochaine étape consistera à finaliser l’industrialisation du conducteur supraconducteur. Lorsqu’il sera plus facile de les fabriquer, les tests pourront commencer dans un environnement industriel à grande échelle. Le résultat final sera un limiteur de courant de défaut (mécanisme semblable à un fusible mais réutilisable, fonctionnant à des tensions élevées) suffisamment bon marché pour être installé sur tous les réseaux nationaux. Non seulement le dispositif final protégera le réseau contre les dommages, mais il permettra également une reconfigurabilité du système recherchée de longue date, ce que l’on appelle le maillage en réseau.

Mots‑clés

FASTGRID, supraconductivité, système de protection, réseau électrique, limiteur de courant de défaut, disjoncteur

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