Brevet FR2005164A1 — publié le 19691205

i 2005164 En ce qui concerne le montant des frais d'installation et d'exploitation d'un câble supraconducteur à courant continu, il est d*une importance capitale que les pertes se produisant dans le câble soient inférieures à la chaleur pénétrant de l'extérieur dans 5 le câble. Grâce à un calorifugeage approprié, la chaleur pénétrant dans un câble supraconducteur peut être limitée à quelques W/km (¥ = watts). Avec un facteur de refroidissement de 500, on obtient dans ce cas une capacité de refroidissement de quelques kW/km. Dans ce cas, l'expression "facteur de refroidissement 500" signifie qu'il 10 faut que la puissance développée par le compresseur dans l'installation de refroidissement soit environ 500 fois plus grande pour évacuer les pertes par effet Joule à un niveau de température de 4,2°E. Lorsque les pertes se produisant par effet Joule dans le câble sont équivalentes à la chaleur pénétrant de 1'extérieur dans ce câble, 15 il.en résulte non seulement la nécessité de doubler la puissance des installations de refroidissement et de leurs frais, mais il faut également diminuer de moitié la distance entre deux dispositifs de refroidissement. Il appartient donc à la présente invention de trouver une solution à caractère général pour réduire au ma-y-î miim 20 les pertes se produisant à basse température dans le câble, de façon que leur influence devient négligeable par rapport à la quantité de chaleur pénétrant dans le câble depuis l'extérieur. lorsque l'installation fonctionne normalement, il se produit dans le câble à courant continu des pertes qui sont causées par la 25 présence d'harmoniques. Il s'agit notamment des pertes produites par le courant alternatif dans le supraconducteur, des pertes causées par les courants de Foucault dans les métaux à-conductibilité normale du câble et des pertes diélectriques de l'isolation électrique et calorifique. Comme le câble est alimenté au moyen de con-30 vertisseurs de courant, la présence d'harmoniques est inévitable. Aussi utilise-t-on pour le transport de courant continu à tension élevée (dans des lignes à conductibilité normale), des bobines de lissage qui réduisent la composante alternative du courant et qui sont de ce fait montées au début d'une ligne transportant du cou-35 rant continu. La tension d'ondulation de la ligne n'est pas abaissée en dessous de la valeur des convertisseurs de courant, étant donné que les pertes diélectriques n'ont pas d'incidence défavorable sur le bilan économique d'une ligne à conductibilité normale. Dans les câbles supraconducteurs, par contre, la tension d'ondula-40 tion qui est égale à quelquespour cent de la tension continue, est BAD ORIGINAL^ 69 09018 2 2005164 déjà très préjudiciable, étant donné que les pertes diélectriques qui en résultent de même que les pertes provoquées dans le câble par le courant alternatif du type capacitif, multipliées par le facteur de refroidissement de 500, influencent défavorablement la 5 rentabilité économique. Lorsqu'on transporte donc des courants continus à tension élevée dans des câbles supraconducteurs, il faut en outre tenir compte du fait que les harmoniques engendrées par le redresseur en début de câble et par l'onduleur en fin de câble; sont déphasées de telle sorte que le câble peut être considéré en 10 ce qui concerne les harmoniques comme un câble fonctionnant à vide et ayant une longueur moitié moins grande. Au milieu du câble, on obtiendrait donc une tension d'ondulation accrue, en progressant du début et de la fin du câble. Les "bobines de lissage montées en avant des lignes de transport classi-15 ques (à conductibilité électrique normale) ne sont donc pas en mesure d'abaisser les pertes diélectriques dans un câble supraconducteur. Au contraire, plus l'inductance de la bobine de lissage est grande et plus les pertes diélectriques dans le câble seront grandes. Suivant une autre caractéristique, la présente invention aura 20 également pour but de.réduire jusqu'à un niveau acceptable la valeur des harmoniques affectant la tension. La présente invention concerne donc une installation à câble supraconducteur et à convertisseurs de courant pour le transport d'un courant continu. Suivant la présente invention, il est prévu 25 que chaque extrémité du câble est précédée extérieurement d'un diviseur de tension qui réduit la tension d'ondulation pour le câble à une fraction de la tension des harmoniques aux bornes du convertisseur de courant et que la partie du diviseur de tension associée au convertisseur de courant présente une faible résistance pour le 30 courant continu, alors que la partie reliée à la terre présente une résistance élevée, de sorte que la tension continue dans le câble n'est pratiquement pas touchée par le diviseur de tension. Pour mieux comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire à titre indicatif et non limitatif un mode de réalisation repré-35 senté schématiquement sur le dessin annexé, sur lequel ï la fig. 1 représente une installation suivant l'invention pour transporter des courants continus ; la fig. 2 est une section transversale d'un câble supraconducteur. 40 Sur la fig. 1, on voit le schéma d'un mode de réalisation con- original** 69 09018 3 2005164 cernant une installation de transport de courant continu suivant l'invention, avec des câbles supraconducteurs 1 et des convertisseurs de courant 2. Aux deux extrémités d'un câble on a prévu des interrupteurs 3 et 4, des transformateurs 5 et des bobines de lis-5 sage 6. Il est recommandé d,utiliser avantageusement des bobines de lissage réalisées avec des supraconducteurs. Les parties reliées à la terre du diviseur de tension suivant l'invention sont respectivement un condensateur 7 qui arrête le courant continu et une résistance ohmique voire une inductance 8. Le meilleur résultat est obte-10 nu avec une bobine d'inductance, étant donné que les pertes y sont plus faibles que dans une résistance ohmique. Les inductances des bobines 6 et 8 sont choisies avantageusement de façon que la tension d1ondulation du câble 1 soit suffisamment petite. Biles peuvent être égales ou inférieures à 10 fo de la tension d'ondulation aux 15 "bornes du convertisseur de courante Le condensateur 7 et la bobine 8 peuvent être disposés à basse température - température du câble-ou à la température ambiante. Pour que la tension d'ondulation résiduelle mesurée au début du câble ne s1 accroît pas de façon exagérée jusqu'au milieu du câ-20 ble, par suite de l'effet de Ferranti- ( = accroissement de la tension en fonctionnement à vide en progressant vers la fin du câble), il est particulièrement indiqué pour les câbles de grand© longueur de prévoir des bobines de compensation 9 et des condensateurs 10 à des intervalles inférieurs au quart de la longueur d'onde. Le prix 25 de revient des diviseurs de tension et des bobines de compensation utilisés suivant l'invention est de beaucoup inférieur au prix des moyens utilisés dans d'autres cas et qu'il faudrait prévoir pour éliminer la chaleur résultant des pertes diélectriques dues aux harmoniques dans des installations de refroidissement à capacité accrue 30 La résistance ohmique de la partie reliée à la terre d'un diviseur de tension peut être choisie avantageusement au moins mille fois plus grande que la résistance ohmique de la partie du diviseur de tension reliée au convertisseur de courant. La résistance capacitive des condensateurs 7 et 10 sera choi-35 sie inférieure à la résistance inductive des bobines 8 et 9 en raison des fréquences que présentent les harmoniques. Les condensateurs 7 et 10 peuvent être élaborés à l'intérieur même du câble supraconducteur 1, au moyen de l'isolation du câble et d'un revêtement extérieur qui n'est relié à la terre que par l'intermédiaire des bobines 40 8 ou 9. BAD ÇR1GINAL 69 09018 4 2005164 Un tel câble est représenté sur la fig. 2 qui est une coupe transversale d'un des câbles 1 représenté sur la fig. 1. Conformément à la fig. 2, la bobine d'inductance 8 (de la fig. 1) est reliée au câble par l'intermédiaire d'une capacité. Ce câble se compose 5 de la zone supraconduetrice 11, de l'isolation électrique 12, d'un revêtement conducteur 13 et d'un colifuge 14. Les espaces 15 et 16 sont prévus pour le refroidissement. La capacité (condensateur 7) est dans ce cas formée par le revêtement conducteur 13 qui est isolé par rapport au noyau supraconducteur 11. Conformément à l'inven-10 tion, une partie du revêtement 13 dont la longueur correspond à la capacité désirée peut être isolée électriquement du reste du revêtement 13 relié à la terre afin d'être reliée elle-même à la terre par l'intermédiaire de la bobine d'inductance 8. 69 09018 5 2005164 - SEVBffllOAIIOHS - 1.- Installation à câble supraconducteur et convertisseurs de courant pour le transport d'un courant continu, caractérisée par le fait que chaque extrémité du câble est reliée à des diviseurs de 5 tension qui abaissent la tension d'ondulation dans le câble 1 à une fraction de la tension d'ondulation aux bornes du convertisseur de courant et par le fait que la partie du diviseur de tension reliée au convertisseur de courant présente une résistance faible pour le courant continu alors que la partie reliée à la terre présente une résistance élevée, de sorte .que les diviseurs de tension n'ont pratiquement aucune influence sur la tension continue dans le câble. 2.- Installation pour transporter du courant continu suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que les diviseurs de tension se composent de bobines d'inductance et de condensateurs. 3.- Installation pour transporter du courant continu suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que l'on prévoit le long du câble des bobines de compensation reliées à des condensateurs. 4.- Installation pour transporter du courant continu suivant la revendication 2 ou 3, caractérisée par le fait que le condensateur d'un diviseur de tension est obtenu en associant l'isolation électrique du supraconducteur du câble à un revêtement conducteur de longueur appropriée. 5.- Installation pour transporter du courant continu suivant la revendication 3 ou 4, caractérisée par le fait que les condensateurs montés en série avec les bobines de compensation sont obtenus en associant l'isolation électrique du supraconducteur du câble à un revêtement conducteur de longueur appropriée. t BAD ORIGINAL