Brevet FR2011928A1 — publié le 19700313

La présente invention se rapporte à l'isolement de conducteurs électriques, et plus particulièrement à l'isolement et au support mécanique de conducteurs électriques. La présente invention fournit un procédé pour fabriquer un 5 appareil électrique consistant à supporter un ou plusieurs conducteurs électriques dans un moule, suivant la configuration voulue pour transmettre un courant électrique lorsqu'ils sont incorporés à l'appareil, et à introduire du béton dans le moule de manière à noyer le ou les conducteurs électriques dans le béton, des moyens de ren-10 forcement étant agencés de manière à appliquer une contrainte de compression permanente au béton. Une caractéristique importante de la présente invention réside dans le fait que la contrainte appliquée au béton est telle qu'elle permet de réduire les effets des différences des coefficients de 15 dilatation à la température entre le béton et le ou les conlucteurs électriques. Dans ce but, le moyen de renforcement est de préférence agencé de manière à maintenir le béton sous une compression en volume. Le moyen de renforcement peut comprendre une enceinte enfermant la par-20 tie des conducteurs électriques qui doit être supportée et isolée par le béton, ce dernier étant introduit, par exemple par pompage . dans l'enceinte et étant comprimé, la pression étant maintenue jusqu'à'ce que le béton ait pris. Dans ce cas, on se rend compte que le moule est constitué par le moyen de renforcement. 25 En variante, le moyen de renforcement peut comprendre des éléments de renforcement qui traversent le moule et qui sont agencés de manière à être tendus de façon à appliquer une contrainte de compression au béton lorsque ce dernier est pris. Si la contrainte de compression en volume n'est pas fixée, il est souhaitable qu'elle 30 soit, autant que possible, parallèle à la longueur du ou des conducteurs électriques. La présente invention se rapporte également à un appareil électrique fabriqué par ce procédé. La présente invention peut s'appliquer en particulier à des 35 installations soumises à un rayonnement nucléaire, lorsque l'utilisation d'une matière organique pour isoler des conducteurs électriques est indésirable, parce qu'elle risque d'être défaillan-, te, du fait des dégâts produits par le rayonnement. bad orig/nal 69 19424 2 2011928 La présente invention se rapporte à une installation soumise à un rayonnement nucléaire dans laquelle des oonducteurs électriques sont isolés par un placage de matières minérales à base de ciment» Les conducteurs électriques peuvent être noyés dans un béton chargé 5 à l'aide d'agrégats. La présente invention fournit également une installation électrique soumise à un rayonnement nucléaire dans laquelle des conducteurs électriques sont noyés dans du béton qui forme un support mécanique pour les conducteurs ainsi que leur isolement électri— 10 que constitue de préférence lq/èeul isolant électrique entre des conducteurs voisins, et est contraint de manière à réduire les effets des différences de coefficients de dilatation à la température entre le béton et les conducteurs électriques. La présente invention fournit également un procédé pour fabri-15 quer un électro-aimant d'une machine électrique servant à accélérer des particules chargées, lequel procédé consiste à supporter dans un moule, aux emplacements nécessaires, un tube pour le faisceau de particules, des feuillets d'un noyau magnétique et des enroulements électriques en un conducteur électrique non isolé, et à noyer ces 20 composants dans du béton, des moyens de renforcement étant agencés de manière à appliquer une contrainte de compression permanente au béton pour éviter ou réduire les effets des différences de coefficients de dilatation à la température entre le béton et les conducteurs électriques. 25 D'autres avantages et caractéristiques de la présente inven tion ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre faite en regard des dessins annexés, qui donnent à titre explicatif, mais nullement limitatif, plusieurs formes de réalisation conformes à l'invention. 30 Sur ces dessins, la figure 1 est une coupe longitudinale schématique d'une partie d'une installation; la figure 2 est une coupe schématique suivant la ligne 2-2 de la figure 1, certains éléments étant supprimés; 35 la figure 3 est une vue en perspective partielle d'une par tie de l'installation des figures 1 et 2; et la figure 4 est une coupe schématique d'une autre installation. CAD ORIGfNAL. 69 19424 3 2011928 Dans l'exemple représenté sur les figures de 1 à 3, l'appareil est constitué par une machine électrique servant à accélérer des particules chargées et le dessin représente la construction d'un gros électro-aimant disposé autour d'un tube en acier inoxydable 11 5 pour le faisceau de particules. 1'électro-aimant comprend une culasse de structure feuilletée composée de deux moitiés 12, 13 et d'enroulements 14 en cuivre, présentant des canaux centraux 14a qui les traversent et qui sont destinés à un fluide réfrigérant. '10 Le tube 11 pour le faisceau s'étend au centre à travers la culasse 12, 13. Les enroulements en cuivre 14 traversent des canaux rectangulaires 15, 16 formés dans la culasse, de chaque côté du tube 11 pour le faisceau. Les enroulements 14 sont réalisés en deux moitiés. Dans une première moitié, les enroulements 14 traversent 15 le canal 15 parallèlement au tube 11, forment une boucle au-dessus du tube 11, traversent le canal 16 parallèlement au tube 11 du faisceau, forment une boucle au-dessus du tube 11, et traversent à nouveau le canal 15, et ainsi de suite. Dans l'autre moitié, les enroulements 14 suivent un trajet semblable mais forment une boucle 20 sous le tube du faisceau à chaque extrémité des canaux 15 et 16. Pour construire 1'électro-aimant on réalise un gabarit dans lequel le tube 11 traverse des ouvertures centrales de plaques d'acier espacées 17, 18. Des barres de renforcement 19, 21 dont les extrémités sont filetées sont disposées de manière à traverser des 25 ouvertures formées sur les plaques 17, 18. Le nombre de barres de renforcement utilisées dépend des dimensions de l'aimant. Par exemple, dans un gros aimant il y a au moins huit barres de renforcement espacées de distances égales autour du tube 11 du faisceau. Dans cet exemple, les enroulements 14 sont séparés et ils 30 sont mis en position avec des cales 22 en alumine frittée, non représentés sur les figures 1 et 2 mais qu'on voit sur la figure 3. Les enroulements 14 et le tube 11 sont assemblés en position dans la culasse 12, 13. Les cales en alumine 22 servent à supporter les enroulements 14 en les espaçant les uns des autres ainsi que de la 35 culasse 12, 13 et du tube 11 pour le faisceau. Une tension est appliquée aux barres de renforcement 19, 21 à l'aide d'une structure extérieure (non représentée). L'ensemble de la structure est ensuite recouvert d'une enveloppe afin de former 69 19424 4 2011928 un moule dont les plaques en acier 17, 1.8 forment deux parois latérales . On introduit du béton dans le moule par stades successifs et on le tasse de manière à remplir les interstices séparant les enrou-5 lements 11 et l'introduire à l'intérieur de la structure 12, 13 de l'âme. Ce tassement est obtenu, par exemple par vibration et/ou en appliquant un vide à l'enceinte formée par le moule. En variante, le béton peut être introduit par pompage et en appliquant une pression, soit directement, au moyen de la pompe, soit par une applica-10 tion séparée de pression,, par exemple d'une manière hydraulique. Au cours de cette opération de remplissage il peut être utile de retarder la mise en position de la moitié supérieure 12 de la structure de l'âme jusqu'à ce qu'une certaine quantité de béton ait été introduite dans le moule. 15 Si on désire obtenir une adhérence entre le béton et les en roulements en cuivre 14, l'adhérence peut être améliorée en sablant les enroulements 14 avant de les enrober. On peut encore améliorer l'adhérence en revêtant le cuivre, par exemple par pulvérisation à la flamme, avec de l'alumine ou avec une autre matière céramique 20 appropriée. Après que le béton a pris, une contrainte de compression obtenue par la tension des barres de renforcement 19, 21 est appliquée au béton en vissant des écrous 23, 24, 25 et 26 sur les extrémités filetées des barres 19, 21 et en supprimant la tension qui est ap-25 pliquée de l'extérieur. La tension des barres 19, 21 applique une compression sur le béton par l'intermédiaire des plaques en acier 17, 18. On fait en sorte que cette compression soit telle qu'elle réduise les effets des différences des coefficients de dilatation à la température entre le béton et le cuivre. 30 Dans l'exemple représenté sur la figure 4, l'ensemble des feuillets 31, 32 qui forment la culasse, le tube 33 pour le faisceau et les enroulements 34 est très semblable de celui des figures de 1 à 3. Cependant, dans l'exemple de la figure 4, cet ensemble est 35 supporté par des pattes 35s d'une manière centrale, à l'intérieur d'un tube en acier 36. Les extrémités de ce tube 36 sont obturées et du "béton 31 est pompé dans l'enceinte ainsi formée. On applique une pression, soit à l'aide de la pompe, soit séparément, par bad original 69 19424 5 2011928 exemple d'une manière hydraulique, et la pression est maintenue jusqu'à ce que le béton ait pris. On se rend compte que l'application de la pression fait dilater le tube 36 et, lorsque la pression cesse d'être appliquée de l'exté-5 rieur après que le béton a pris, le tube 36 maintient une contrainte de compression en volume sur le béton 37. Sur la figure 4, le tube 36 est représenté comme étant constitué par deux moitiés de tubes 38, 39 fixées ensemble par des rebords boulonnés 41, 42. Cependant, dans certaines circonstances, il peut 10 être préférable d'utiliser un tube d'une seule pièce, en faisant glisser en position par une extrémité du tube l'ensemble formé par la culasse, le tube pour le faisceau et les enroulements. Un exemple type de béton utilisé pour les fabrications indiquées ci-dessus est le suivant : 15 400 parties en poids d'agrégats 100 parties en poids de ciment à base d'aluminate de calcium 40 parties d'eau. l'agrégat est constitué par des particules d'alumine cTbnt 33-1/3$ présentaient une gamme de dimensions allant de 0,60 à 0,30 mm 20 et dont 66-2/3$ étaient compris dans une gamme de dimensions de 1,20 à 0,60 mm. Dans chaque exemple, après la prise, le béton a été mûri à une température de 150°C de manière à obtenir les caractéristiques d'isolement électrique voulues du béton. 25 Pour améliorer les caractéristiques d'isolement sans risquer de défaillances de celui-ci par des dégâts dus au rayonnement, on peut incorporer au ciment à base d'alumine des fibres de verre, des fibres de silice ou d'autres matières minérales fibreuses ou laminaires telles que de l'amiante ou du mica. 30 On se rend compte que dans l'appareil des exemples décrits ci- dessus, il faut une précision extrêmement bonne en ce qui concerne les emplacements relatifs des composants, cette précision devant être conservée dans les conditions de fonctionnement qui comprennent des cyclages de température et des expositions à un rayonnement 35 nucléaire intense. La présente invention est basée sur le fait que le béton, qui résiste aux dégâts dus à un rayonnement nucléaire, est capable d'assurer un isolement électrique suffisant et de maintenir les 69 19424 6 2011928 composants à leurs emplacements spéciaux appropriés, à condition de maintenir à une faible valeur les différences de dilatation et de contraction du béton par rapport aux conducteurs électriques. Ceci est réalisé en faisant en sorte que le béton soit maintenu sous une 5 compression permanente. L'isolement assuré par le béton est stable à l1encontre des rayonnements ionisants, il est bon marché, et il résiste aux températures élevées. L'appareil de l'exemple précédent peut de ce fait être utilisé dans des applications où. l'on utilise un vide poussé, '10 De plus, l'utilisation d'un ciment à base d'alumine est avantageuse pour l'isolement et le support d'un appareil électrique destiné à être utilisé à de basses températures, en particulier des bobinages à 4,2°K, du fait que le conductivité thermique du béton est beaucoup plus élevé que cesse d'un isolant organique classique. 15 La présente invention ne se limite pas aux détails de l'exemple précédent. Par exemple, le procédé de fabrication décrit convient particulièrement pour construire les aimants de gros accélérateurs mais on peut également l'utiliser pour construire d'autres appareils ou d'autres installations, en particulier lorsqu'ils sont soumis à 20 un rayonnement nucléaire, tel que par exemple dans des réacteurs thermonucléaires. Bien qu'il soit préférable d'utiliser un ciment à base d'alumine, on peut utiliser à volonté du ciment Portland ou tout autre ciment approprié, 25 II va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 69 19424 7 2011928 REVENDICATIONS 1. Procédé pour fabriquer un appareil électrique, caractérisé en ce qu'il consiste à supporter un ou plusieurs conducteurs électriques dans un moule de la configuration voulue afin de transmettre 5 du courant électrique lorsqu'ils sont incorporés à l'appareil, et à introduire du béton dans le moule de façon à noyer le ou les conducteurs électriques dans le béton, un moyen de renforcement étant agencé de manière à appliquer d'une manière permanente une contrainte de compression au béton. '10 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la contrainte appliquée au béton est telle qu'elle réduit les effets des différences de coefficients de dilatation à la température entre le béton et le ou les conducteurs électriques. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou la revendication 2, 15 caractérisé en ce que le moyen de renforcement est agencé de manière à maintenir le béton sous une compression en volume. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 3» caractérisé en ce que le moyen de renforcement est constitué par une enceinte qui enferme la partie du ou des conducteurs élec- 20 triques qui doit être supportée et qui doit être isolée par le béton, le béton étant introduit dans l'enceinte et étant comprimé, la pression étant maintenue jusqu'à ce que le béton ait pris. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen de renforcement est constitué 25 par des éléments de renforcement qui traversent le moule, et qui sont agencés de manière à être tendus pour appliquer une contrainte de compression au béton lorsque celui-ci a pris. 6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la contrainte de compression appliquée par les éléments de renfor- 30 cernent est parallèle à la longueur du ou des conducteurs électriques. 7. Appareil électrique caractérisé en ce qu'il, est construit par le procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes . 8. Appareil électrique caractérisé en ce qu'un ou plusieurs 35 conducteurs électriques, disposés suivant la configuration voulue pour faire passer du courant électrique dans l'appareil, sont isolés et supportés par du béton, dans lequel le ou les conducteurs sont noyés, le béton subissant une contrainte de compression •V 69 19424 8 2011928 permanente appliquée par un moyen de renforcement. 9. Installation soumise à un rayonnement nucléaire, caractérisée en ce qu'elle contient des conducteurs électriques qui sont isolés par un placage de matières minérales à "base de ciment. 5 10. Installation suivant la revendication 9, caractérisée en ce que les conducteurs électriques sont noyés dans du béton chargé à l'aide d'agrégats. 11. Installation électrique soumise à un rayonnement nucléaire, caractérisée en ce qu'elle contient des conducteurs électriques qui '10 sont noyés dans du béton«qui forme un support mécanique pour les conducteurs ainsi qu'un isolant électrique entre des conducteurs, voisins, et qui est contraint de manière à réduire les effets des différences de coefficients de dilatation à la température entre le béton et les conducteurs électriques. 15 12. Installation électrique suivant la revendication 11, caractérisée en ce que le béton constitue le seul isolant électrique. 13. Procédé pour fabriquer un électro-aimant.dans une machine électrique servant à accélérer des particules chargées, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à supporter dans un moule, aux 20 emplacements relatifs nécessaires un tube pour le faisceau de particules, des feuillets d'un noyau magnétique et des enroulements électriques en mn conducteur électrique non isolé, et à noyer ces composants dans du béton, un moyen de renforcement étant agencé de manière à appliquer une contrainte de compression permanente au béton, 25 pour éviter ou réduire les effets des différences de coefficients de dilatation à la température entre le béton et les conducteurs électriques. bad original