BONNARD Charles-Henri

Les limiteurs de courants de court-circuit supraconducteurs sont des appareillages à fort potentiel. En effet, ils offrent une limitation efficace dès les premiers instants du court-circuit que l'on peut qualifier de "naturelle", c'est-à-dire qu'elle est intrinsèquement liée aux caractéristiques du matériau et ne nécessite pas de commande. Afin de faciliter la conception et l'intégration des limiteurs de courant de court-circuit supraconducteurs résistifs (rL3CS) dans les réseaux électriques, il est nécessaire de disposer de modèles de simulation précis. Ils doivent prendre en compte et simuler correctement les phénomènes électriques et thermiques du rL3CS en présence de surintensité de courant, qu'il s'agisse d'un court-circuit ou d'un phénomène temporaire de plus faible amplitude. Il est difficile d'envisager la planification de l'intégration d'un rL3CS sans passer par des outils numériques qui permettent la simulation d'un tel dispositif dans un réseau électrique. Il est alors plus facile d'appréhender et de prédire le comportement transitoire du limiteur dans des conditions de stress réalistes, qui peuvent comprendre une grande variété de surintensités. Néanmoins, les rL3CS sont des dispositifs fortement non-linéaires caractérisés par un couplage électrique et thermique fort. L'implémentation d'un tel modèle dans un logiciel de simulation de type circuit-électrique présente un certain enjeu. Bien que des modèles de rL3CS existent déjà dans cet environnement, des améliorations demeurent possibles. On se concentre donc sur le développement d'un modèle de rL3CS basé sur des rubans supraconducteurs. Ce modèle est développé dans EMTP-RV. Le modèle proposé dans cette thèse repose sur une analogie entre les phénomènes électriques et thermiques, et qui autorise une modélisation entièrement basée sur des éléments de circuits électriques. Cela permet de prendre également en compte les propriétés non linéaires des matériaux. Le modèle a été développé pour offrir un niveau de généricité intéressant pour la modélisation des rubans supraconducteurs. Il permet un fonctionnement avec une excitation AC ou DC et tient compte des inhomogénéités de courant critique. Il est également possible de représenter des variantes d'architectures, avec une souplesse de modélisation basée sur un assemblage de blocs ``élémentaires''. Cela permet alors d'évaluer, dans une même simulation, l'architecture du limiteur à une échelle sub-millimétrique et à une échelle ``systémique''. Le modèle circuit a été validé par comparaison avec son équivalent en éléments finis. Les résultats de simulation montrent qu'il est important de prendre en compte les transferts de chaleur dans l'épaisseur du ruban, et particulièrement lorsque le courant I circulant dans le limiteur est légèrement supérieur au courant critique Ic, plus précisément lorsque I est dans la fenêtre 1-2Ic. La technique d'homogénéisation doit donc être utilisée avec prudence, car le risque d'engendrer des erreurs d'interprétation est présent. Les simulations ont mis en avant des lacunes de caractérisation qu'il serait nécessaire de combler. Les simulations mettent en avant l'importance de la dynamique du refroidissement, qui a un impact sur la réponse transitoire du rL3CS, et sur la vitesse de propagation de la zone normale. Il est possible d'opter pour des méthodes de simulation de type "Power-Hardware-In-The-Loop" (PHIL) avec un simulateur temps réel. Les résultats de nos essais montrent que la méthode implémentée ici présente un compromis qui n'est pas bien adapté aux variations rapides d'impédance. Les deux méthodes testées présentent chacune leurs inconvénients. La première nécessite des efforts pour alléger le modèle et de caractérisation du ruban. La seconde méthode mérite que l'on s'attarde sur l'interface entre le monde réel et la simulation pour améliorer la dynamique et la précision en minimisant les impacts sur la stabilité.