Brevet FR2077737A1 — publié le 19711105

La présente invention est relative à un cryocâble électrique. On connaît déjà un certain nombre de réalisation de cryocâbles, c'est-à-dire de câbles pour le transport de l'énergie électrique, comprenant des conducteurs refroidis par circulation d'un fluide réfrigérant, de manière à réduire les pertes par effet Joule (conducteurs hyperconducteurs) ou même à les annuler complètement (conducteurs supraconducteurs). La plupart de ces réalisations sont de mise en oeuvre difficile, dès que le câble doit posséder une certaine longueur (quelques hectomètres à quelques dizaines de kilometres). En effet, il est difficile de raccorder bout à bout plusieurs tronçons de câbles, en raison du grand nombre de soudures à effectuer, et des soufflets de dilatation à poser. Par ailleurs, il existe dans les cables tels qu'ils sont conçus actuellement des difficultés de mise en oeuvre dues aux grandes différences entre les coefficients de dilatation des métaux constituant les conducteurs et des matières qui les isolent. Au cours de la mise en froid, ou au cours du passage de la température de fonctionnement à la température ambiante, il se produit des dilatations différentielles entrainant des contraintes pouvant amener la détérioration du câble. L'invention vise la réalisation d'un cryocâble ne présentant pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. L'invention a pour objet un cryocâble électrique caractérisé en ce qu'il comprend au moins une nappe comportant une pluralité de conducteurs disposés parallèlement entre eux, en hélice, selon une surface cylindrique, chaque conducteur étant formé d'un tube en matériau conducteur de l'électricité, parcouru par-un fluide cryogénique, les conducteurs étant tenus écart-és les uns des autres au moyen de disques en matériau isolant, la nappe extérieure étant entourée d'un écran thermique métallique refroidi au moyen d'un fluide cryogénique circulant dans des canalisations en bon contact thermique avec ledit écran, ledit écran étant entouré d'un isolant thermique lui-même entouré d'une enceinte étanche, des moyens étant prévus pour que le vide existe à l'intérieur de l'enceinte. Dans un mode particulier de réalisation d'un câble supraconducteur, les tubes conducteurs sont en métal choisi parmi le cuivre, l'aluminium, les alliages du cuivre et les alliages de l'aluminium, et recouverts extérieurement d'un matériau supraconducteur. L'invention sera mieux comprise par la description qui va suivre de divers câbles selon l'invention, en référence au dessin annexé, dans lequel - la figure 1 est une vue en perspective d'un câble supraconducteur pour courant monophasé, - la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un câble supraconducteur pour courant triphasé, - la figure 3 est une vue agrandie de la section d'un conducteur supraconducteur utilisé dans les réalisations des figures 1 et 2. La figure 1 représente un câble supraconducteur pour courant alternatif monophasé. Il comprend deux nappes 10 et 11 formées chacune d'une pluralité de conducteurs. Chaque conducteur (voir figure 33 est constitué d'un tube aplati 50 recouvert extérieurement d'un couche 51 de manière supraconductrice. Le matériau constituant le tube proprement dit est en aluminium, en cuivre ou en un alliage d'un de ces deux métaux. Le matériau supraconducteur peut être du plomb, du niobium-titane ou niobium-zirconium, du niobium pur, du niobium étain ou tout autre matériau présentant des propriétés de supraconductivité. Les conducteurs d'une même nappe sont électriquement connectés en parallèle. A l'intérieur des conducteurs circule un fluide cryogénique 52 (hélium liquide, hélium gazeux, hélium dans l'état hypercritique,- ou tout autre fluide approprié3. Le retour du fluide cryogénique est assuré par une canalisation 14 placée coaxialement aux nappes (ou par une nappe de conducteurs). Les conducteurs des nappes sont disposés en hélices. Les conducteurs des nappes et le tube 13 sont maintenus en position par des disques 14 en matériau isolant, percées de trous dans lesquels ils s'engagent. Ces disques, disposés transversalement, présentent à leur périphérie des parties pointues telles que 15 qui viennent s'engager dans une rainure 1E d'un anneau 17 de préférence métallique. Cet anneau a un double rôle : il permet d'abord le maintien des disques et donc des conducteurs, car il peut être fixé (par soudure par exemple) à la paroi interne d'un cylindre métallique 20 constituant un écran ther mique ; Par ailleurs l'anneau, grâce à sa rainure, permet au disque 14 de pivoter. Les parties pointues constituent des chemins de forte résistance thermique entre les conducteurs et l'écran 20. L'écran thermique 20 est constitué d'une simple feuille métallique roulée en cylindre, sur laquelle sont disposés des tubes 21 dans lesquels circule un fluide cryogénique à une température intermédiaire entre la température ambiante et celle du fluide cryogénique parcourant les conducteurs. Ce fluide peut, par exemple, être de l'azote liquide. Autour de l'écran 20 sont disposés une couche 23 de superisolation thermique et une enceinte étanche 24. L'enceinte 24 est maintenue à distance grâce à des cales 25. L'isolation électrique et thermique du câble est assurée par un vide poussé réaliste à l'interieur du câble. Celui-ci étant d'ailleurs amélioré par le cryopompage lors de la mise en température de fonctionnement. C-1 a représenté, dans la figure 1 un écran thermique sous forme d'une simple feuille 20 roulés, non fermée ; le même vide règne alors au niveau des conducteur-s et au niveau de l'isolation thermique. On peut, en variante, fermer la feuille Ipar soudure) de manière à rendre étanche l'espace délimité par l'intérieur de cette feuille. On pourra alors avoir deux vides différents ; l'un, poussé, au niveau des conducteurs (à l'intérieur de l'écran) : l'autre, moins important, au niveau de l'isolation thermique tde l'ordre de 10 Torr). Le câble selon l'invention présente les avantages suivants - la configuration en hélice des nappes de conducteur permet d'avoir un ensemble conducteur de longueur invariante quelle que soit la température des conducteurs (ambiante ou température de fonctionnement), - l'isolement électrique par le vide évite les isolants traditionnels et les inconvénients dus aux dilatations différentielles, - on peut raccorder simplement plusieurs tronçons de câble pour constituer un câble de grande longueur quelques soudures suffisent), - on peut conformer les nappes en hélices à partir de conducteurs rectilignes, au moment de la pose des câbles. il suffit d'imprimer aux disques des mouvements de rotation dans leur plan d'amplitude appropriée. Le câble représenté dans la figure 1 peut être l'objet de plusieurs variantes les conducteurs peuvent en section avoir une forme différente de celle-représentée. Ils peuvent être de section circulaire, rectangulaire, carrée, elliptique, etc... La canalisation 13 peut être supprimée, le retour du fluide cryogénique 52 s'effectuant par une canalisation extérieure au câble ou dans une nappe de conducteurs. Les anneaux 17 peuvent être supprimés et remplacés par tout moyen permettant le maintien des disques 14 en position perpendiculaire à l'axe du câble. On peut par exemple relier les divers disques par dcs fils. La figure 2 représente en coupe transversale un câble selon l'invention, destiné au transport d'un courant triphasé. Les éléments communs en figures 1 et 2 ont reçu les mêmes références. Le câble comprend trois nappes 10, 11 et 12, chacune destinée à véhiculer l'uns des phases du courant, et ayant chacune un même nombre de conducteurs. L'écran thermique est formé d'un tube muni de perforations 30 destinées à établir la même pression à l'intérieur et à l'extérieur de l'écran (un seul vide à l'intérieur du câble). En variante, ces trous peuvent ne pas exister (deux vides différents possibles). Bien qu'on n'ait représenté que deux types de câble, (un câble monophasé et un câble triphasé) il est clair que l'on peut réaliser ds câbles pour toute variété de courant (continu, alternatif diphasé, hexaphasé, etc...) par une simple adaptation des principes de l'invention. L'enceinte extérieure 24 à la température ambiante est de forme quelconque ; elle peut être constituée avantageusement d'éléments soudés entre eux sur lèvres ou collés selon des génératrices du cylindre ou des hélices ; ceci permet de faciliter la pose du câble et de l'écran thermique sans déplacement longitudinal dans l'enceinte extérieure, et de faciliter l'accès éventuel aux conducteurs par réparation par meulage des soudures de l'enceinte 24 et découpage sans détériora tion du superisolant 23 et de la feuille 20 constituant écran thermique. REVENOICATIONS 1/ Cryocâble électrique caractérisé en ce qu'il comprend au moins une nappe eomportant une pluralité de conducteurs disposés équidistants entre eux, en hélice, selon des nappes cylindriques, concentriques chaque conducteur étant formé d'un tube en matériau conducteur de l'électricité, parcouru par un fluide cryogénique, les conducteurs étant tenus écartés les uns des autres au moyen de disques en matériau isolant, la nappe extérieure étant entourée d'un écran thermique métallique refroidi au moyen d'un fluide cryogénique circulant dans des canalisations en bon contact thermique avec ledit écran, ledit écran étant entouré d'un isolant thermique lui-même entouré d'une enceinte étanche, des moyens étant prévus pour que le vide existe à l'intérieur de l'enceinte. 2/ Cryocâble selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les conducteurs d'une même nappe sont connectés électriquement en parallèle à chaque extrémité du câble. 3/ Cryocâble selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les tubes conducteurs sont en métal choisi parmi le cuivre, l'aluminium, les alliages du cuivre et les alliages de l'aluminium. 4/ Cryocâble selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les tubes sont recouverts extérieurement d'un matériau supraconducteur. 5/ Cryocâble selon l'une des revendications 3 et 4 caractérisé par le fait que les disques sont munis à leur périphérie de portions pointues s'engageant dans une rainure d'un anneau solidaire de l'écran thermique. 6/ Cryocâble selon l'une des revendications 3, 4 et 5, caractérisé par le fait que l'écran thermique constitue une séparation étanche entre les nappes et l'isolation thermique. 7/ Cryocâble selon l'une des revendications 3, 4 et 5, caractérisé par le fait que l'écran thermique est formé d'une feuille métallique roulée. 8/ Cryocâble selon l'une des revendications 3, 4 et 5, caractérisé par le fait que l'écran thermique est percé de trous. 9/ Cryocâble selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait que les disques sont reliés deux à deux par des fils. 10/ Procédé de fabrication d'un cryocâble selon la revendication 1 caractérisé par le fait que - on engage des conducteurs tubulaires rectilignes dans des disques munis de trous régulièrement disposés en cercles de manière à constituer des nappes cylindriques de conducteurs, - on imprime aux disques des mouvements de rotation dans leur plan de manière à donner aux conducteurs la forme d'hélices. 11/ Procédé de réparation d'un cryocâble selon la revendication 1, caractérisé par le fait que .- on décolle ou on meule les soudures sur lèvres entre éIéments assemblés de l'enceinte extérieure et on dépose ces éléments - on découpe le superisolant et la feuille constituant l'écran thermique, et on écarte ces éléments, ce qui donne accès aux conducteurs - après réparation, on rabat en position initiale les éIéments découpés, puis on remet en place les éléments de l'enceinte extérieure que l'on soude sur lèvres entre eux et par rapport aux éléments non démontés de l'enceinte situés en amont et en aval.