FR2704367A1 - Superconducting current limiter with adjustable datum value - Google Patents
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Abstract
Description
Limiteur de courant supraconducteur à valeur de consigne réglable
La présente invention concerne un limiteur de courant supraconducteur à valeur de consigne réglable.Superconducting current limiter with adjustable setpoint
The present invention relates to a superconductive current limiter with adjustable setpoint.
Dans ce type de limiteur, on utilise en particulier le phénomène de transition c'est-à-dire le passage brutal de l'état supraconducteur à l'état résistif lorsque le courant de défaut dépasse le courant critique d'un conducteur supraconducteur. L'appareil s'auto-protège ainsi en un temps très court, inférieur à la milliseconde, en limitant le courant de défaut à une valeur prédéterminée sans nécessiter de système de détection. Le limiteur peut se constituer, par phase, d'une bobine supraconductrice sans circuit magnétique, à très faible inductance, logée à l'intérieur d'un cryostat rempli d'hélium liquide. Des amenées de courant relient la bobine supraconductrice à des traversées de tension insérant le limiteur dans la ligne à protéger. In this type of limiter, use is made in particular of the transition phenomenon, that is to say the sudden transition from the superconductive state to the resistive state when the fault current exceeds the critical current of a superconductive conductor. The device thus self-protects in a very short time, less than a millisecond, by limiting the fault current to a predetermined value without requiring a detection system. The limiter can consist, per phase, of a superconductive coil without magnetic circuit, with very low inductance, housed inside a cryostat filled with liquid helium. Current leads connect the superconducting coil to voltage bushings inserting the limiter in the line to be protected.
Une résistance de faible valeur ohmique ou une varistance est montée entre les bornes de sortie du limiteur afin de limiter la surtension au moment de la transition.A resistance of low ohmic value or a varistor is mounted between the output terminals of the limiter in order to limit the overvoltage at the time of the transition.
Le limiteur peut être installé dans les jeux de barres à fort courant de court-circuit ou sur une ligne à grand débit. Un disjoncteur de faible pouvoir de coupure, en série avec le limiteur, permet de couper les courants résiduels dans la bobine supraconductrice et dans la résistance de limitation pour isoler le circuit. The limiter can be installed in busbars with high short-circuit current or on a high-speed line. A circuit breaker with low breaking capacity, in series with the limiter, makes it possible to cut the residual currents in the superconductive coil and in the limiting resistor to isolate the circuit.
En régime normal de fonctionnement, la chute de tension selfique aux bornes du limiteur est très faible et donc sans influence sur le fonctionnement du réseau. In normal operating conditions, the inductive voltage drop across the limiter is very low and therefore has no influence on the operation of the network.
Lorsqu'un courant de défaut apparaît, le courant monte très vite à travers le limiteur jusqu'à atteindre le courant critique pour lequel le supraconducteur transite et devient résistif avec une valeur ohmique de plusieurs centaines d'ohms. Le disjoncteur de très faible pouvoir de coupure intervient alors pour isoler le circuit. When a fault current appears, the current rises very quickly through the limiter until it reaches the critical current for which the superconductor transits and becomes resistive with an ohmic value of several hundred ohms. The circuit breaker with very low breaking capacity then intervenes to isolate the circuit.
Une caractéristique essentielle d'un limiteur de courant supraconducteur est la valeur du courant (courant critique) pour lequel la transition est obtenue. An essential characteristic of a superconducting current limiter is the value of the current (critical current) for which the transition is obtained.
Actuellement, ce courant est ajusté à la bonne valeur en adaptant le conducteur supraconducteur. L'adaptation obligatoire du conducteur supraconducteur interdit toute rationalisation des fabrications aussi bien au niveau de ce conducteur qu'au niveau du limiteur. Un limiteur supraconducteur fonctionne donc pour une valeur de consigne de courant imposée et que l'on ne peut modifier. Ceci est un inconvénient certain.Currently, this current is adjusted to the right value by adapting the superconductive conductor. The compulsory adaptation of the superconducting conductor prohibits any rationalization of manufacturing both at the level of this conductor and at the level of the limiter. A superconductive limiter therefore operates for an imposed current setpoint which cannot be modified. This is a definite drawback.
La présente invention permet de remédier à cet inconvénient. Elle concerne un limiteur de courant supraconducteur à valeur de consigne réglable, c'est-à-dire à courant critique réglable. Selon l'invention, ceci est obtenu en soumettant le conducteur supraconducteur à un niveau d'induction magnétique continue tel que le conducteur supraconducteur présente la valeur de courant de consigne désirée. Ceci peut être avantageusement réalisé en utilisant des moyens simples, fiables et peu onéreux. The present invention overcomes this drawback. It relates to a superconducting current limiter with adjustable setpoint, that is to say with adjustable critical current. According to the invention, this is obtained by subjecting the superconductive conductor to a level of continuous magnetic induction such that the superconductive conductor has the desired setpoint current value. This can advantageously be achieved using simple, reliable and inexpensive means.
L'invention a donc pour objet un limiteur de courant supraconducteur comprenant un conducteur supraconducteur de limitation de courant placé à l'intérieur d'un cryostat et transitant de l'état supraconducteur à l'état normal lorsque le courant qui le traverse augmente au-delà du courant critique, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens permettant de soumettre le conducteur supraconducteur à une induction magnétique continue de valeur donnée pour ajuster le courant critique à une valeur déterminée. The invention therefore relates to a superconductive current limiter comprising a superconductive current limiting conductor placed inside a cryostat and transiting from the superconductive state to the normal state when the current flowing through it increases beyond the critical current, characterized in that it comprises means making it possible to subject the superconductive conductor to a continuous magnetic induction of given value to adjust the critical current to a determined value.
Lesdits moyens produisant une induction magnétique continue peuvent comprendre une bobine de polarisation traversée par un courant continu. Said means producing a continuous magnetic induction can comprise a polarization coil crossed by a direct current.
Cette bobine de polarisation peut être une bobine supraconductrice disposée à l'intérieur du cryostat. This bias coil can be a superconductive coil disposed inside the cryostat.
Elle peut avantageusement entourer le conducteur supraconducteur de limitation de courant. It can advantageously surround the superconductive current limiting conductor.
Le conducteur supraconducteur de limitation de courant se présentant sous la forme d'une bobine, la bobine de polarisation peut avoir son axe perpendiculaire à l'axe de la bobine de limitation de courant. The superconductive current limiting conductor being in the form of a coil, the bias coil can have its axis perpendicular to the axis of the current limiting coil.
La bobine de polarisation peut être une bobine non supraconductrice placée à l'extérieur du cryostat. The bias coil can be a non-superconductive coil placed outside the cryostat.
Lesdits moyens produisant une induction magnétique continue peuvent être constitués par un aimant permanent. Said means producing a continuous magnetic induction can be constituted by a permanent magnet.
Le conducteur supraconducteur de limitation de courant se présentant sous la forme d'une bobine, cet aimant permanent peut être un petit aimant fixé sur la bobine de limitation de courant pour ajuster le courant critique à une valeur imposée. The superconductive current limiting conductor being in the form of a coil, this permanent magnet can be a small magnet fixed on the current limiting coil to adjust the critical current to an imposed value.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitation, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels:
- la figure 1 représente une vue en coupe verticale d'une phase d'un limiteur haute tension à bobine supraconductrice selon l'art connu,
- la figure 2 est un diagramme représentant l'évolution de la valeur du courant critique d'un conducteur supraconducteur en fonction de l'induction magnétique auquel il est soumis,
- la figure 3 illustre un premier exemple d'application de l'invention à un limiteur de courant,
- la figure 4 illustre un deuxième exemple d'application de l'invention,
- la figure 5 illustre un troisième exemple d'application de l'invention,
- la figure 6 illustre un quatrième exemple d'application de l'invention.The invention will be better understood and other advantages and particularities will appear on reading the description which follows, given by way of non-limiting example, accompanied by the appended drawings among which:
FIG. 1 represents a vertical section view of a phase of a high voltage limiter with a superconductive coil according to the known art,
FIG. 2 is a diagram representing the evolution of the value of the critical current of a superconductive conductor as a function of the magnetic induction to which it is subjected,
FIG. 3 illustrates a first example of application of the invention to a current limiter,
FIG. 4 illustrates a second example of application of the invention,
FIG. 5 illustrates a third example of application of the invention,
- Figure 6 illustrates a fourth example of application of the invention.
Le limiteur de courant représenté à la figure 1 comprend une bobine supraconductrice 1 placée dans un cryostat 2 rempli d'hélium liquide. Un dispositif 3 permet le contrôle et l'alimentation en fluide cryogénique. Le cryostat 2 est équipé de traversées de tension 4 et 5 destinées d'une part à insérer le limiteur sur la ligne à protéger et d'autre part à assurer la liaison électrique jusqu'à la bobine supraconductrice 1. Cette liaison se fait par l'intermédiaire de conducteurs en cuivre 12 et 13 placés à l'intérieur de tubes isolants 10 et 11 et prolongés par des isolateurs creux 20 et 22. Des isolateurs pleins 21 et 23 assurent le maintien mécanique de la bobine 1 par rapport aux isolateurs creux 20 et 22. La liaison électrique entre les conducteurs 12, 13 et la bobine 1 est assurée par des tresses en cuivre 6 et 7.Plusieurs écrans thermiques 15, 16 et 17 sont disposés dans le cryostat 2 entre les isolateurs creux 20 et 22 et la partie supérieure du cryostat. La référence 8 indique le niveau minimum du bain d'hélium liquide 9 que doit contenir le cryostat 2. The current limiter shown in FIG. 1 comprises a superconductive coil 1 placed in a cryostat 2 filled with liquid helium. A device 3 allows the control and the supply of cryogenic fluid. The cryostat 2 is equipped with voltage bushings 4 and 5 intended on the one hand to insert the limiter on the line to be protected and on the other hand to provide the electrical connection to the superconductive coil 1. This connection is made by the intermediary of copper conductors 12 and 13 placed inside insulating tubes 10 and 11 and extended by hollow insulators 20 and 22. Solid insulators 21 and 23 ensure the mechanical maintenance of the coil 1 relative to the hollow insulators 20 and 22. The electrical connection between the conductors 12, 13 and the coil 1 is provided by copper braids 6 and 7. Several heat shields 15, 16 and 17 are arranged in the cryostat 2 between the hollow insulators 20 and 22 and the upper part of the cryostat. The reference 8 indicates the minimum level of the liquid helium bath 9 that the cryostat 2 must contain.
Un tel limiteur de courant comprenant un conducteur supraconducteur placé dans un bain d'hélium bouillant possède un courant critique fixé une fois pour toute. Such a current limiter comprising a superconductive conductor placed in a boiling helium bath has a critical current fixed once and for all.
Le dispositif selon l'invention fonctionne à courant critique variable grâce à la valeur de l'induction magnétique de polarisation appliquée à la bobine supraconductrice. The device according to the invention operates at variable critical current thanks to the value of the magnetic polarization induction applied to the superconductive coil.
Le diagramme de la figure 2 montre que, pour une température donnée, le courant critique Ic d'un conducteur supraconducteur varie fortement en fonction de la valeur de l'induction magnétique continue B appliquée à ce conducteur. The diagram in FIG. 2 shows that, for a given temperature, the critical current Ic of a superconductive conductor varies greatly as a function of the value of the continuous magnetic induction B applied to this conductor.
A une première valeur B1 correspond une valeur 1c1 de courant critique. A une deuxième valeur B2 correspond une valeur 1c2 de courant critique.A first value B1 corresponds to a value 1c1 of critical current. A second value B2 corresponds to a value 1c2 of critical current.
L'induction magnétique de polarisation peut être fournie par une bobine traversée par un courant continu comme cela est illustré par les figures 3 à 5. The magnetic polarization induction can be provided by a coil through which a direct current passes as illustrated in FIGS. 3 to 5.
La figure 3 présente la bobine supraconductrice 1 de la figure 1 montée directement à l'intérieur d'une autre bobine supraconductrice 25 plongée elle-aussi dans le bain d'hélium liquide 9. La bobine 25 est reliée par des tresses en cuivre 26 et 27 à des amenées de courant continu de polarisation. Les mêmes équipements (isolateurs, traversées) que pour la bobine 1 peuvent être utilisés pour effectuer le raccordement électrique de la bobine de polarisation à un générateur de tension continue. FIG. 3 shows the superconductive coil 1 of FIG. 1 mounted directly inside another superconductive coil 25 also immersed in the liquid helium bath 9. The coil 25 is connected by copper braids 26 and 27 to DC bias current leads. The same equipment (insulators, bushings) as for coil 1 can be used to make the electrical connection of the bias coil to a DC voltage generator.
Si le limiteur est inséré dans un réseau à courant continu, aucune mesure de protection particulière n'est à prendre pour l'utilisation d'une bobine de polarisation supraconductrice. Par contre, pour un réseau en courant alternatif, le conducteur supraconducteur de la bobine de polarisation ne doit pas être soumis à des champs variables afin d'éviter qu'il ne soit le siège de pertes thermiques propres aux supraconducteurs en champ variable ou de courants induits qui le mèneraient à la transition. If the limiter is inserted in a DC network, no special protective measures need to be taken for the use of a superconductive bias coil. On the other hand, for an alternating current network, the superconductive conductor of the bias coil must not be subjected to variable fields in order to avoid it being the site of thermal losses specific to superconductors in variable field or of currents induced which would lead him to the transition.
De façon générale, dans le mode passant, un limiteur de courant est faiblement inductif. En effet, la bobine supraconductrice 1 est non selfique par bobinage. Par conséquent, il suffit d'éloigner un peu la bobine de polarisation de la bobine du limiteur pour éviter les inconvénients cités précédemment. L'utilisation d'une bobine de polarisation créant un champ selon un axe perpendiculaire à l'axe de la bobine du limiteur, par exemple un dipôle, permet d'annuler dans tous les cas le couplage inductif. Generally, in the on mode, a current limiter is weakly inductive. Indeed, the superconductive coil 1 is non-self-inductive by winding. Consequently, it suffices to move the bias coil slightly away from the limiter coil to avoid the drawbacks mentioned above. The use of a bias coil creating a field along an axis perpendicular to the axis of the limiter coil, for example a dipole, makes it possible in all cases to cancel the inductive coupling.
C'est ce que représente la figure 4 où l'axe de la bobine de polarisation 30 est perpendiculaire à l'axe de la bobine 1 du limiteur.This is shown in Figure 4 where the axis of the bias coil 30 is perpendicular to the axis of the coil 1 of the limiter.
A la figure 5, la bobine de polarisation 31 est une bobine résistive c'est-à-dire réalisée en un matériau non supraconducteur et disposée autour de la bobine supraconductrice 1 du limiteur de courant, mais à l'extérieur du cryostat 2. En effet, la bobine de polarisation 31 étant une source de chaleur, il est préférable de la placer en dehors du cryostat. Elle est reliée directement à un générateur de tension continue 34 permettant le passage d'un courant dans la bobine 31, ce courant étant réglable de manière continue. In FIG. 5, the bias coil 31 is a resistive coil, that is to say made of a non-superconductive material and disposed around the superconductive coil 1 of the current limiter, but outside of the cryostat 2. In Indeed, the bias coil 31 being a source of heat, it is preferable to place it outside the cryostat. It is directly connected to a DC voltage generator 34 allowing the passage of a current in the coil 31, this current being continuously adjustable.
L'induction magnétique de polarisation peut être fournie par un aimant permanent. Il peut s'agir d'un aimant de volume suffisant pour soumettre la totalité de la bobine supraconductrice du limiteur à son champ magnétique. Il peut aussi s'agir d'un petit aimant permanent assurant la fonction atténuation locale du courant critique. Magnetic polarization induction can be provided by a permanent magnet. It may be a magnet of sufficient volume to subject the entire superconductive coil of the limiter to its magnetic field. It can also be a small permanent magnet ensuring the local attenuation function of the critical current.
La figure 6 illustre une telle application. Un petit aimant permanent 35 est fixé sur la bobine supraconductrice 1 et exerce son action principalement sur la partie de la bobine 1 immédiatement adjacente. Il permet une atténuation locale du courant critique, ce qui permet d'ajuster finement la valeur de ce courant critique. Figure 6 illustrates such an application. A small permanent magnet 35 is fixed on the superconductive coil 1 and exerts its action mainly on the part of the coil 1 immediately adjacent. It allows a local attenuation of the critical current, which allows fine adjustment of the value of this critical current.
L'invention permet donc une standardisation des conducteurs supraconducteurs et des appareils par gamme avec les gains de coût que cela implique. The invention therefore allows standardization of superconductive conductors and devices by range with the cost savings that this implies.
Elle permet un réglage continu du courant de limitation par variation de l'induction magnétique appliquée à la bobine supraconductrice du limiteur. Ceci peut se faire simplement en jouant sur la valeur du courant traversant la bobine de polarisation. It allows continuous adjustment of the limiting current by varying the magnetic induction applied to the superconducting coil of the limiter. This can be done simply by varying the value of the current flowing through the bias coil.
Ce réglage continu du courant de limitation permet de tester le limiteur de courant dans des conditions inférieures au courant nominal. Il permet le réglage fin, en cours d'exploitation, du courant de limitation. Il rend possible l'adaptation du courant de transition si le niveau de courant réseau change, sans avoir à changer l'appareil. This continuous adjustment of the limiting current makes it possible to test the current limiter under conditions below the nominal current. It allows fine adjustment, during operation, of the limiting current. It makes it possible to adapt the transition current if the network current level changes, without having to change the device.
Claims (8)
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|---|---|---|---|
| FR9304637A FR2704367B1 (en) | 1993-04-20 | 1993-04-20 | Superconducting current limiter with adjustable setpoint. |
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| FR2704367B1 (en) | 1995-05-24 |
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