Point de vue purement électrique

L’observation des résultats de simulation concernent au préalable des aspects purement électriques. On observe tout d’abord les courants au niveau de la source ainsi que les tensions aux bornes du point chaud et ce, pour les différentes épaisseurs de couche d’argent testées. On s’intéresse dans un premier temps aux 500 premières millisecondes, donc plus précisément au transitoire lié au courant d’appel du transformateur, avec la charge (1 p.u.) connectée en permanence.

Si l’on s’intéresse aux premiers pics de courants, on peut noter, et cela était attendu, que ces derniers sont plus rapidement amortis en présence du limiteur de courant de court-circuit supraconducteur. En effet, le courant critique de notre rSFCL est de 500 A, soit bien en-dessous des presque 1300 A du courant d’appel du transformateur. On a donc une transition vers l’état résitif du limiteur qui doit alors, malgré cette transition et étant donné l’absence de défaut dans le réseau électrique, récupérer son état supraconducteur. On peut voir une illustration des effets de la limitation du courant d’appel du transformateur avec la configuration utilisant 2 µm d’argent à la figure 4.10.

Malgré des amplitudes différentes (résumées au tableau 4.5), le rSFCL avec des épais-seurs d’argent plus importantes présente des formes d’onde de courant très similaires à celles de la figure 4.10. On peut constater que, lors du transitoire du transformateur, il n’y a pas beaucoup d’écart entre les différentes épaisseurs pour le premier pic du courant d’appel. En revanche, pour le second pic de courant, on observe des écarts assez prononcés et plus

l’épais-Tableau 4.5 Impact de la présence du rSFCL sur le courant d’appel du transformateur et le courant de court-circuit pour les différentes épaisseurs d’argent.

Épaisseur de Lim. courant1 (appel) Lim. courant1 (CC) stabilisateur (argent) 1er pic 2ème pic 1er pic 2ème pic

2µm 86.1 37.8 48.3 34 3µm 87.5 45.7 50.4 36.1 4µm 88.5 50.4 52.2 38 5µm 89.1 60.1 53.6 39.9

1 Résultats exprimés en pourcentage du courant d’appel ou du courant de défaut présumé en l’absence de rSFCL.

0 100 200 300 400 500 600 700 −2,000 −1,500 −1,000 −500 0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 Temps (ms) Couran t (A) Sans limiteur rSFCL Limit´e (rSFCL+ Shunt) Shunt 0 20 40 60 −200 0 500 1,000 500 520 540 560 −2,000 −1,000 0 1,000 2,000

Figure 4.10 Courants en régime transitoire avec et sans rSFCL, (le courant d’appel du trans-formateur court-circuit). On présente ici les courbes pour un limiteur avec une architecture utilisant 2 µm d’argent. On constate un amortissement rapide du transitoire du transforma-teur et une limitation efficace du courant de court-circuit.

seur d’argent est faible, plus la limitation du 2ème pic est importante.

En ce qui concerne le court-circuit (CC), les résultats sont assez proches entre les dif-férentes architectures du fait des contraintes plus importantes liées à la plus grande sévérité

du régime transitoire. On note que la limitation du courant d’appel du transformateur est très semblable pour le premier pic, avec 86.1% à 89.1% du courant présumé de défaut, soit entre 1083 A et 1125 A comparé aux 1262 A sans limiteur. Cependant, les résultats sont très différents pour le deuxième pic, avec une plage de limitation qui va de 37.8% à 60.1%, respectivement pour 2 µm et 5 µm d’argent. Autre fait important, le courant dans l’impé-dance shunt n’existe que pendant le premier pic du courant d’appel du transformateur, ce qui suggère que le rSFCL est capable de récupérer l’état supraconducteur en charge.

Dans le cas du court-circuit, les résultats obtenus avec les différentes architectures sont assez proches. En effet, selon les informations résumées dans le tableau, l’écart maximal ob-servé entre les rSFCL est de l’ordre de ±5% du courant présumé, autant pour le premier pic que le second pic (voir tableau 4.5). Cela s’explique par un quench plus sévère (ou total) lié aux plus fortes contraintes du régime transitoire lors du court-circuit.

Si l’on considère un point de vue électrique uniquement en se basant sur l’observation des courants, les quatres épaisseurs rSFCL étudiées sont capables de limiter le courant d’ap-pel du transformateur, tout comme le courant de court circuit. À ce stade, si l’on s’en tient aux éléments en notre possession, c’est à dire à la seule analyse “grossière” des courants, on serait tenté de conclure, que le limiteur avec 2 µm d’épaisseur d’argent est le meilleur candidat. Tout d’abord, le facteur de limitation est le plus important des 4 architectures testées. Ensuite, c’est le design qui permet d’avoir la plus faible longueur de ruban tout en diminuant la quantité d’argent. Cela permet donc de diminuer le coût du limiteur mais aussi la cryogénie associée.

En revanche, les réponses en régime transitoire des rSFCL ne sont pas toutes les mêmes et on remarque des écarts important lors du transitoire du transformateur. Il est alors in-téressant de pousser les investigations un peu plus loin. Ces informations supplémentaires sont obtenues à partir des tensions et des températures que l’on traite dans les sections qui suivent. Il est important de rappeler que l’analyse des courants de manière globale, comme cela a été fait ici, ne permet pas d’avoir d’indication concernant le comportement du point chaud qui, pour rappel, a été modélisé ici avec une diminution de 5% de la densité de courant critique locale.

4.4.2.2 Les tensions dans la zone du point chaud

Si l’on s’intéresse à la figure 4.11, qui présente les tensions dans la zone du point chaud pour les différentes architectures simulées, on constate que les conclusions issues de l’analyse globale des courants ne sont plus valables ici. En réalité, en présence d’une charge de 1 p.u., seul le limiteur dont l’architecture de ruban est basée sur 5 µm d’argent est capable de ré-cupérer l’état supraconducteur dans la zone du point chaud, et ce plutôt rapidement, c’est à dire dans les 30 ms qui suivent le premier pic de courant. En effet, les résultats de simulation de la figure 4.11 montrent, malgré le fait que la présence d’un rSFCL abaisse le niveau de courant, que toutes les tensions ne cessent de croitre dans l’environnement du point chaud après le premier pic de courant, sauf pour le limiteur qui a une couche en argent de 5 µm.

0 20 40 60 80 100 −0.2 −0.1 0 0.1 0.2 0.3 Temps (ms) T ension (V) 2 µm de stabilisateur en argent 3 µm de stabilisateur en argent 4 µm de stabilisateur en argent 5 µm de stabilisateur en argent

Figure 4.11 Tension aux bornes du point chaud lorsque le courant d’appel du transforma-teur transite par le rSFCL. Le calcul a été fait sur une distance de 1.2 cm avec toutes les architectures de ruban testées.

Cela sous-entend que la température augmente continuellement et que les autres modèles de limiteurs sont incapables de récupérer en charge. On se dirige alors vers un emballement thermique local et le risque de dommages sérieux. La destruction du rSFCL, est à craindre si le rSFCL n’est pas deconnecté rapidement du réseau électrique.

Dans un tel contexte, les limiteurs utilisant l’architecture de ruban présentée à la fi-gure 4.9, avec une couche d’argent inférieure à 5µm, ne sont pas adaptés au régime transitoire rencontré dans ce réseau de test lorsque le rSFCL présente un point chaud. En effet, malgré un “timide” point chaud, c’est à dire une baisse de seulement 5% de la densité de courant critique, les résultats de simulation montrent que cette zone est un élément capital du design et nécessite d’être modélisé et étudié plus en détails pour déterminer si une architecture et un design de rSFCL est adapté à son environnement de fonctionnement et aux transitoires qui peuvent y survenir.