Amenée de courant haute tension entre une application supraconductrice à basse température critique et une extrémité de connexion à température ambiante d'un câble d'énergie haute tension

Abstract

 L'invention concerne une amenée de courant haute tension entre une application supraconductrice (2) à basse température critique (4,2 K) et une extrémité de connexion (3) à température ambiante (300 K) d'un câble d'énergie haute tension, la dite amenée comprenant au moins un élément supraconducteur (4) à haute température critique (77 K), des moyens conducteurs électrique (5) entre une première extrémité (6) de l'élément supraconducteur (4) à haute température critique et l'extrémité de connexion (3) à température ambiante, et des moyens de connexion électrique (7) entre une seconde extrémité (8) de l'élément supraconducteur (4) à haute température critique et l'application supraconductrice (2) à basse température critique, selon l'invention les moyens conducteurs (5) définissent une surface métallique (9) comprenant une première et une seconde extrémités (10, 11) reliées respectivement avec la première extrémité (6) de l'élément supraconducteur (4) à haute température critique et avec l'extrémité de connexion (3) à température ambiante, la première extrémité (10) de la dite surface étant au contact d'un réservoir (12) rempli par un fluide cryogénique de température égale ou inférieure à 77 K.

Description

[0001] L'invention concerne une amenée de courant haute tension entre une application supraconductrice à basse température critique et une extrémité de connexion à température ambiante d'un câble d'énergie haute tension.

[0002] En particulier l'invention concerne une amenée de courant haute tension entre une application supraconductrice et une extrémité de connexion à température ambiante d'un câble d'énergie, la dite amenée comprenant au moins un élément supraconducteur à haute température critique, des premiers moyens de connexion électrique entre une première extrémité de l'élément supraconducteur à haute température critique et l'extrémité de connexion à température ambiante, et des deuxièmes moyens de connexion électrique entre une seconde extrémité de l'élément supraconducteur à haute température critique et l'application supraconductrice.

[0003] La demande de brevet française n° 9301213 divulgue une amenée de ce type. Dans ce document, il est utilisé un dispositif comprenant un conducteur reliant l'extrémité de connexion à température ambiante à l'élément supraconducteur à haute température critique, lequel est ensuite connecté à l'application. L'application à basse température critique baigne dans de l'hélium liquide. Le conducteur est refroidi de la température ambiante à la haute température critique en étant plongé dans un récipient contenant de l'azote liquide. L'élément supraconducteur à haute température critique est contenu dans une enceinte étanche dont au moins une partie est en contact avec l'hélium liquide du bain de l'application. Ainsi l'élément supraconducteur à haute température critique est refroidi à la basse température critique par conduction. La cuve remplie d'hélium liquide et dans laquelle baigne l'application à basse température critique contient aussi les récipients remplis d'azote liquide et les enceintes étanches entourant les éléments supraconducteurs à haute température critique.

[0004] DE-A-4223145 concerne une amenée de courant entre une application supraconductrice à basse température critique (4,7 K) et une extrémité de connexion à température ambiante (300 K) d'un câble d'énergie haute tension. l'amenée comprenant au moins un élément supraconducteur à haute température critique (77 K), des moyens conducteur électrique entre une première extrémité de l'élément supraconducteur à haute température critique et l'extrémité de connexion à température ambiante, et des moyens de connexion électrique entre une seconde extrémité de l'élément supraconducteur à haute température critique et l'application supraconductrice à basse température critique. les moyens conducteurs forment une cavité métallique comprenant une première et une seconde extrémités reliées respectivement avec la première extrémité de l'élément supraconducteur à haute température critique et avec l'extrémité de connexion à température ambiante. La cavité loge un réservoir rempli par de l'azote liquide, une partie des moyens conducteurs, constitutifs de la cavité métallique, comprenant la première extrémité de la cavité métallique, étant sensiblement au contact du réservoir.

[0005] L'application supraconductrice à basse température critique baigne dans de l'hélium liquide.

[0006] L'amenée à s'étend verticalement l'application supraconductrice à basse température critique étant en dessous de l'amenée, et les vapeur d'hélium s'élèvent et participent au refroidissement de l'amenée.

[0007] Les coefficients d'échange entre les vapeurs d'hélium et l'élément supraconducteur à haute température critique doivent être suffisants pour que ces dernières soient à une température proche de celle de l'azote liquide lorsqu'elles atteignent la première extrémité de l'élément supraconducteur à haute température critique. Si la température des vapeurs d'hélium est inférieure à 63 K, alors il y a des risque de congélation de l'Azote.

[0008] Pour pallier cet inconvénient, il est connu d'allonger la longueur du conducteur supraconducteur à haute température critique de manière à augmenter la surface d'échange avec les vapeurs d'hélium et ainsi de s'assurer que les vapeurs d'hélium arrivent à la première extrémité de l'élément supraconducteur à haute température critique avec une température proche de 77 K.

[0009] En régime haute tension alternatif, les longueurs importantes de conducteurs génèrent des pertes considérables.

[0010] Un autre inconvénient est généré par l'agencement et la structure complexe et encombrante de l'amenée nécessaire pour améliorer les coefficient d'échange et cela d'autant plus que l'on utilise de fort courant à haute tension en régime alternatif. Notamment la cuve remplie d'hélium liquide constitue l'enceinte de l'ensemble des éléments de l'amenée, ou les conducteurs ont une longueur trop longue générant des pertes importantes en régime de courant alternatif.

[0011] Un premier but de la présente invention est de proposé une amenée de courant permettant de refroidir les conducteurs exclusivement par conduction thermique.

[0012] Un autre but de la présente invention est de proposé une amenée de courant d'agencement et de structure simplifiée même à très haute tension et en régime alternatif.

[0013] A cet effet l'invention concerne une amenée de courant entre une application supraconductrice à basse température critique et une extrémité de connexion à température ambiante d'un câble d'énergie haute tension, la dite amenée comprenant au moins un élément supraconducteur à haute température critique, des moyens conducteurs électrique entre une première extrémité de l'élément supraconducteur à haute température critique et l'extrémité de connexion à température ambiante, et des moyens de connexion électrique entre une seconde extrémité de l'élément supraconducteur à haute température critique et l'application supraconductrice. les moyens conducteurs forment une surface métallique comprenant une première et une seconde extrémités reliées respectivement avec la première extrémité de l'élément supraconducteur à haute température critique et avec l'extrémité de connexion à température ambiante, la première extrémité de la dite surface étant au contact d'un réservoir rempli par un fluide cryogénique de température égale ou inférieure à 77 K.

[0014] Selon l'invention le réservoir est structurellement étanche et isolé thermiquement de l'application à basse température critique.

[0015] Dans une forme de réalisation de l'invention, l'installation supraconductrice est disposée dans une cuve métallique, étanche, remplie d'hélium liquide. Ladite seconde extrémité dudit élément supraconducteur à haute température critique étant au contact d'au moins une partie de la cuve.

[0016] Selon une caractéristique de l'invention, la cuve d'hélium liquide étanche contenant l'application supraconductrice, l'élément supraconducteur à haute température critique, le réservoir de fluide cryogénique, et la surface métallique sont disposés dans une enceinte mise à la masse, et dans laquelle règne un vide poussé, la seconde extrémité de la surface métallique traversant de façon étanche et électriquement isolée la dite enceinte métallique mise à la masse, et étant connectée à l'extrémité de connexion à température ambiante à l'extérieur de ladite enceinte métallique mise à la masse.

[0017] Des écrans radiatifs, reliés à la masse, entourent la cuve d'hélium liquide étanche contenant l'application supraconductrice, l'élément supraconducteur à haute température critique, et la surface métallique, à l'intérieur de l'enceinte métallique mise à la masse.

[0018] De même des écrans thermiques électriquement isolant sont disposés autour de la surface métallique, et à proximité de la deuxième extrémité de la surface métallique à l'intérieur de l'enceinte métallique mise à la masse.

[0019] A l'intérieur de l'enceinte métallique, le réservoir rempli de fluide cryogénique et la cuve métallique remplie d'hélium liquide sont reliés à des réservoirs d'alimentation respectivement en fluide cryogénique et en hélium liquide par des liaisons d'alimentation, lesdites liaisons d'alimentation isolant électriquement le réservoir rempli de fluide cryogénique et la cuve métallique remplie d'hélium liquide de leur réservoir d'alimentation associé.

[0020] Un premier avantage de la présente invention est d'avoir éliminé le contact direct des conducteurs avec le fluide cryogénique destiné à les refroidir.

[0021] Un deuxième avantage est de proposer une amenée de courant d'un agencement simplifiée qui ne génère pas d'encombrement rédhibitoire même à très haute tension.

[0022] D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention résulterons de la description qui va suivre en référence aux dessins annexés dans lesquels :

[0023] La figure 1 est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'une amenée selon l'invention.

[0024] La figure 2 est une représentation schématique en coupe suivant la ligne II-II de la représentation de la figure 1.

[0025] Selon l'invention, l'amenée de courant a pour but d'amener du courant haute ou très haute tension entre une application supraconductrice 2 à basse température critique (4, 2 K) et une extrémité de connexion 3 d'un câble d'énergie haute tension à température ambiante (300 K).

[0026] L'amenée comprend au moins un élément supraconducteur 4 à haute température critique (77 K), des moyens conducteur électrique 5 entre une première extrémité 6 de l'élément supraconducteur 4 à haute température critique et l'extrémité de connexion 3 à température ambiante, et des moyens de connexion électrique 7 entre une seconde extrémité 8 de l'élément supraconducteur 4 à haute température critique et l'application supraconductrice 2.

[0027] Selon l'invention, les moyens conducteurs 5 forment une surface métallique 9 comprenant une première 10 et une seconde 11 extrémités reliées respectivement avec la première extrémité 6 de l'élément supraconducteur 4 à haute température critique et avec l'extrémité de connexion 3 à température ambiante.

[0028] La première extrémité 10 de la dite surface étant au contact d'un réservoir 12 rempli par un fluide cryogénique de température égale ou inférieure à 77 K.

[0029] Avantageusement la première extrémité 6 de l'élément supraconducteur 4 à haute température critique est au contact d'au moins une partie du réservoir 12.

[0030] Ainsi, la première extrémité 6 de l'élément supraconducteur 4 à haute température critique et la partie des moyens conducteurs 5 constitutifs de la surface métallique 9 comprenant la première extrémité 10 de la surface métallique 9 sont refroidies par conduction thermique à la température du liquide cryogénique contenu dans le réservoir 12, c'est à dire 77 K. Avantageusement le réservoir 12 est dans un matériau bon conducteur thermique comme, par exemple non limitatif, du cuivre.

[0031] Dans la forme de réalisation de l'invention représentée sur les figures, la surface métallique 9 est un cylindre creux formé par une pluralité de conducteurs 25, chacun formant une génératrice dudit cylindre. Ainsi les conducteurs sont optimisés pour limiter les pertes en régime de courant alternatif. La pluralité des conducteurs 25 ont avantageusement une section transversale rectangulaire et/ou sont constitués de plusieurs conducteurs élémentaires transposés.

[0032] Avantageusement l'élément supraconducteur 4 à haute température critique est un tube supraconducteur 4 à haute température critique.

[0033] Selon l'invention, l'installation supraconductrice 2 est disposée dans une cuve métallique 13 remplie d'hélium liquide (4,2 K), étanche et thermiquement isolée du réservoir 12. La seconde extrémité 8 de l'élément supraconducteur 4 à haute température critique est au contact, par l'intermédiaire des moyens de connexion 7, de l'hélium liquide.

[0034] Ainsi, la seconde extrémité 8 de l'élément supraconducteur 4 à haute température critique est refroidie par conduction thermique à la température de l'hélium liquide contenu dans la cuve métallique 13, c'est à dire 4,2 K.

[0035] Selon une caractéristique de l'invention, la cuve métallique étanche 13 remplie d'hélium liquide et comprenant l'application supraconductrice 2, l'élément supraconducteur 4 à haute température critique, et la surface métallique 9 sont disposés dans une enceinte 14 mise à la masse, et dans laquelle règne un vide poussé (de l'ordre de 10-6 Torr). Ce vide poussé joue à la fois le rôle d'isolant thermique et d'isolant électrique entre l'enceinte 14 à la masse et l'amenée et l'application qui se trouvent à la haute tension. Cette enceinte métallique 14 est avantageusement réalisée en acier inoxydable, par exemple 304L.

[0036] La seconde extrémité 11 de la surface métallique 9 traverse de façon étanche et électriquement isolée l'enceinte métallique 14 mise à la masse, et est connectée à l'extrémité de connexion 3 à température ambiante à l'extérieur de ladite enceinte métallique 14 mise à la masse. L'isolation et l'étanchéité avec l'enceinte métallique 14 peuvent être réalisées, de façon non limitative, par une pièce isolante 20 en verre ou en céramique montée sur un isolateur 21 en résine époxy chargée ou en verre trempé.

[0037] A l'intérieur de l'enceinte métallique 14 mise à la masse, des écrans radiatifs 30 reliés à la masse, entourent la cuve métallique étanche 13 remplie d'hélium liquide et comprenant l'application supraconductrice 2, l'élément supraconducteur 4 à haute température critique, et la surface métallique 9.

[0038] De même à l'intérieur de l'enceinte métallique mise à la masse, des écrans thermiques 31 sont disposés autour de la surface métallique 9, et à proximité de la seconde extrémité 11 de la surface métallique 9.

[0039] A l'intérieur de l'enceinte métallique 14, le réservoir 12 rempli d'azote liquide et la cuve métallique 13 remplie d'hélium liquide sont reliés à des réservoirs d'alimentation 17, 18 respectivement en azote liquide et en hélium liquide par des liaisons d'alimentation 15, 16. Les liaisons d'alimentation 15, 16 isolent électriquement le réservoir 12 rempli d'azote liquide et la cuve métallique 13 remplie d'hélium liquide de leur réservoir d'alimentation 17, 18 associé. Ces liaisons d'alimentation isolantes peuvent être, de façon non limitative, réalisées en matériau de type verre-métal ou céramique-métal.

[0040] La présente invention permet d'avoir des amenées de courant haute tension compactes avec des pertes minimales pour des forts courants sous haute tension.

[0041] Dans un mode de réalisation non représenté, l'élément supraconducteur 4 à haute température critique peut être une liaison électrique supraconductrice du type décrit dans la demande de brevet français 9409708.

[0042] Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme du métier sans que l'on s'écarte de l'invention. En particulier, on pourra, sans sortir du cadre de l'invention, remplacer tout moyen par un moyen équivalent.

Revendications

1. Amenée de courant haute tension entre une application supraconductrice (2) à basse température critique (4,2 K) et une extrémité de connexion (3) à température ambiante (300 K) d'un câble d'énergie haute tension, ladite amenée comprenant au moins un élément supraconducteur (4) à haute température critique (77 K), des moyens conducteurs électrique (5) entre une première extrémité (6) de l'élément supraconducteur (4) à haute température critique et l'extrémité de connexion (3) à température ambiante, et des moyens de connexion électrique (7) entre une seconde extrémité (8) de l'élément supraconducteur (4) à haute température critique et l'application supraconductrice (2) à basse température critique, les moyens conducteurs (5) comprenant une première et une seconde extrémités (10, 11) reliées respectivement avec la première extrémité (6) de l'élément supraconducteur (4) à haute température critique et avec l'extrémité de connexion (3) à température ambiante, un réservoir (12) rempli par un fluide cryogénique de température égale ou inférieure à 77 K étant au contact de la première extrémité (10) des moyens conducteurs (5) et de l'élément supraconducteur (4) à haute température critique, caractérisé en ce que ledit réservoir (12) est structurellement étanche et thermiquement isolé par rapport à l'application à basse température critique.

2. Amenée selon la revendication 1 caractérisée en ce que la surface métallique (13) est un cylindre creux formé par une pluralité de conducteurs (25), chaque conducteur (25) formant une génératrice dudit cylindre, le réservoir (12) étant contenu dans le cylindre.

3. Amenée selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que l'installation supraconductrice (2) à basse température critique, est disposée dans une cuve métallique (13), étanche, remplie d'hélium liquide, la seconde extrémité (8) de l'élément supraconducteur (4) à haute température critique étant au contact par l'intermédiaire des moyens de connexion (7) avec l'hélium liquide.

4. Amenée selon la revendication 3 caractérisée en ce que la cuve métallique (13) remplie d'hélium liquide, et comprenant l'application supraconductrice (2), l'élément supraconducteur (4) à haute température critique, et la surface métallique (9) sont disposés dans une enceinte métallique (14) mise à la masse, et dans laquelle règne un vide poussé, la seconde extrémité (11) de la surface métallique (9) traversant de façon étanche et électriquement isolée la dite enceinte métallique (14) mise à la masse, et étant connectée à l'extrémité de connexion (3) à température ambiante à l'extérieur de ladite enceinte métallique (14) mise à la masse.

5. Amenée selon la revendication 4 caractérisée en ce qu'à l'intérieur de l'enceinte métallique (14) mise à la masse, elle comprend des écrans radiatifs (30) reliés à la masse, entourant la cuve métallique étanche (13) remplie d'hélium liquide et comprenant l'application supraconductrice (2), l'élément supraconducteur (4) à haute température critique, et la surface métallique (9).

6. Amenée selon la revendication 4 ou 5 caractérisée en ce qu'à l'intérieur de l'enceinte métallique (14) mise à la masse, elle comprend des écrans thermiques (31) électriquement isolant, disposés autour de la surface métallique (9), et à proximité de la deuxième extrémité (11) de la surface métallique (9).

7. Amenée selon l'une quelconque des revendications 2 à 6 caractérisée en ce qu'à l'intérieur de l'enceinte métallique (14), le réservoir (12) rempli de fluide cryogénique à 77 K et la cuve métallique (13) remplie d'hélium liquide sont reliés à des réservoirs d'alimentation (17, 18) respectivement en fluide cryogénique à 77 K et en hélium liquide par des liaisons d'alimentation (15, 16), lesdites liaisons d'alimentation (15, 15) isolant électriquement le réservoir (12) et la cuve métallique (13) de leur réservoir d'alimentation (17, 18) associé.

Dessins