Brevet FR2166097A1 — publié le 19730810

La présente invention concerne un transformateur comportant des bobinages à un potentiel basse température et les moyens permettant de limiter le courant de court-circuit pour protéger le dispositif supraconducteur branché aux bornes, L'utilisation d'un dispositif à éléments supraconducteurs demande des dispositifs permettant d'éviter l'apparition de courants de court-circuit très élevés, car ces derniers ne peuvent plus être conduits de manière supraconductrice0 Pour éviter les courants très élevés, il est bien connu de court-circuiter rapidement l'é- lément en question à la masse I1 est également connu de commuter en amont des éléments du système supraconducteur, des cryotrons à courant composés d'un conducteur de type supraconducteur et d'un conducteur de commande.Le conducteur de commande devient normalement conducteur lorsque se produit un accroissement de courant, ce qui permet d'obtenir une limitation du courant par élévation de la résistance. On commute des bobinages en amont des parties à protéger qui sont alors protégées par un matériau supraconducteuro Si l'on dépasse la valeur critique du champ, ce qui se produit dans le cas d'un court-circuit, cela supprime la supraconductivité de la protection, de sorte que la bobine prend une impédance telle qu'on obtient une limitation du courant. Une autre possibilité permettant d'éviter un courant de court-circuit trop élevé consisterait alors par exemple à monter un transformateur alimentant un appareil réalisé de telle manière qu'un courant aussi élevé qu'un courant de court-circuit ne puisse même pas prendre naissance. Pour cela, un tel transformateur devrait posséder une grande tension de court-circuit.Seulement, contrairement à ce qu'on souhaite, les transformateurs supraconducteurs présentent des caractéristiques s'opposant aux caractéristiques ci-dessusO Avec une tension de court-circuit élevée, prennent naissance des champs de fuite importants, et de ce fait les pertes dans le champ variable des supraconducteurs sont très élevées. I1 en résulte que, pour une tension de court-circuit élevée, il apparait nécessaire de réaliser des bobinages de surtension et de soustension, ce qui rend la réalisation d'un tel transformateur plus onéreuse. Pour ces raisons, les transformateurs à bobinages supraconducteurs sont dimensionnés de manière à ne présenter qu'une faible tension de court-circuit, ce qui conduit néanmoins à un courant de court-circuit élevé. L'invention consiste en un dispositif électrique à éléments supraconducteurs alimentés par l'intermédiaire d'un transformateur, les bobinages de ce dernier étant partiellement ou totalement portés à un potentiel basse température, sans dispositif supplémentaire de limitation du courant0 Les courants de court-circuit sont limités au point de ne pouvoir être conduits par les éléments supraconducteurs dans le domaine supraconducteur. Le problème qui se pose à l'invention est de concevoir le transformateur de telle façon qu'à l'apparition de courants de court-circuit, ces derniers soient limités par une augmentation de la tension sans qutil soit nécessaire de procéder à des embossages nombreux sur les couches supérieure et inférieure. A cet effet, l'invention concerne un transformateur à limitation de courant, dont les bobinages forment des canaux principaux de dispersion qui se trouvent totalement ou en partie portés à un potentiel de température bas, transformateur caractérisé par la présence de blindages supraconducteurs situés dans les canaux principaux de dispersion et dans la zone des bobinages, de façon transversale par rapport au champ de dispersion, blindages qui, lors d'un dépassement d'une intensité critique du champ magnétique, reprennent un état de conduction normal0 On obtient de cette façon des volumes qui, en fonctionnement normal du transformateur, sont libres de champ magnétique.Pour le blindage des champs de dispersion, on prévoit dans les bobinages des écrans supraconducteurs qui coupent les champs de dispersion0 Les écrans supraconducteurs, dans le cas d'un dépassement de la valeur critique du champ magnétique, passent dans le domaine de conduction normale0 Dans cet état, ils sont traversés par les champs magnétiques0 Selon la grandeur du volume de bobinage qui se trouve dans l'état de conduction normal, et qui voit ses écrans pénétrés par les champs magnétiques, la tension de court-circuit s'élève, ce qui a pour effet de limiter le courant. Le type de montage et le choix des matériaux supraconducteurs fixent les limites de la valeur de surintensité. Les blindages supraconducteurs du canal de fuite principal sont réalisés sous forme de cage pouvant avoir une ouverture sur le côté frontal. Pour obtenir une augmentation supplémentaire de la tension de court-circuit, on fixe à l'intérieur de la cage un matériau ferro-magnétique se trouvant de préférence à la température normale. Pour modifier l'induction dans le matériau ferro-magnétique, ce dernier peut comporter des fentes. Les blindages supraconducteurs peuvent Etre tissés, ou se composer de grillages à feuilles, ou être constitués par un matériau se présentant sous une autre forme, et avec les différents brins entrelacés. Dans les transformateurs à bobinages supra conducteurs, il est bien connu également d'utiliser des blindages supraconducteurs pour les différents bobinages, ces blindages servant normalement à guider les champs de dispersion ainsi que le flux principal, afin d'éviter une influence mutuelle entre les bobinages0 Les blindages supraconducteurs connus gardent constamment, pour cela, leur état de supraconductivitéo Grâce à l'invention, on peut limiter les surintensités des transformateurs au point que celles-ci sont portées par les parties supraconductrices dans le domaine de supraconductivité. Pour cela, il faut prévoir la construction supplémentaire des parties de limitation de l'intensité. Les caractéristiques de l'in vent ion seront précisées dans ce qui suit par quelques exemples d'application, Dans ces exemples, on considère toujours le cas du bobinage cylindrique, cependant les solutions adoptées peuvent également convenir, dans leur principe, à d'autres types de bobinage.L'invention est représentée à titre d'exemplesnon limitatifssur les dessins ci-joints dans lesquels - La figure 1 représente un ensemble de blindage, ainsi que deux diagrammes correspondants a) et b), indiquant la dépendance du champ de dispersion idéalisé B(r); - La figure 2 représente un ensemble de blindage à conducteur magnétique, ainsi que deux diagrammes correspondants, indiquant la dépendance du champ de dispersion idéalisé B(r); - La figure 3 représente un ensemble de blindage à blindages situés entre les bobinages, ainsi que deux diagrammes- correspondants, indiquant la dépendance du champ de dispersion idéalisé B(r) le long de la ligne de coupe (AA, BB), Dans la figure 1, la cage de blindage 3 est disposée dans le canal de dispersion principal, entre les bobinages 1, 2.L'enveloppe cryogénique 4 montre que le bobinage 1 se trouve à la température normale. Il est également possible de porter les deux bobinages à une température d'ambiance normale ou à une température basse. Après dépassement des valeurs critiques de l'intensité du champ magnétique de la cage 3, la dépendance du champ B(r) (figure la) devient celle de la figure lb, et se trouve alors reliée à ltécoulement à travers les bobinages 1, 2.L'élévation de la tension de court-circuit dans le cas b) est évidente, Dans la figure 2, on constate que le blindage 5 peut être ouvert d'un côté, de plus on constate qu'à l'intérieur du blindage 5 ou 3 des figures 1 ou 3, un conducteur magnétique peut autre prévu pour renforcer effet décrit, ce qui est reconnaissable aux dépendances des champs de dispersion B(r) des figures 2 a) et b). Le conducteur magnétique 6 présente des fentes 7 qui servent à modifier l'induction dans le conducteur magnétique La figure 3 représente un ensemble contenant deux blindages 8 dans le bobinage 2, et ces blindages produisent un affaiblissement du champ de dispersion dans la région-du bobinage 2, comme le montre l'évolution B(r) le long de la ligne AA et de la ligne BB. Après disparition de la supraconductivité du blindage 3, 8, l'évolution B(r) est celle représentée sur la figure 3. Les éléments de blindage 3, 5, 8 ne doivent pas former une spire fermée, c'est-à-dire qutils doivent autre fendus.Le montage doit autre fait de façon que les fentes se trouvent décalées les unes par rapport aux autres Dans le cas d'une cage de blindage à deux parois, avec côté frontal ouvert, il est alors avantageux de réaliser une liaison conductrice entre les fentes des cylindres intérieur et extérieur. Pour des raisons utilitaires, les blindages supraconducteurs sont composés d'un tissage réalisé à l'aide d'un feuillard ou d'un matériau présenté sous une autre forme, dans lequel les éléments composants sont entrelacés. Le comportement de la valeur de la tension de court-circuit de la limitation de courant après (u,) et avant (ukn) peut être représenté par la formule suivante : Les significations des grandeurs et 2 et a1 et a2 sont indiquées sur la figure l.A > l est la perméabilité relative de remplacement du volume blindé entre les bobinages, et les facteurs cl, c2 ( 1; c3 , > 1 traduisent l'affaiblissement du champ par la dispersion des blindages supraconducteurs 8 dans les bobinages. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits etreprésentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVEND I CAT IONS 10) Transformateur à limitation de courant, dont les bobinages forment des canaux principaux de dispersion qui se trouvent totalement ou en partie portés à un potentiel de température bas, transformateur caractérisé par la présence de blindages supraconducteurs situés dans les canaux principaux de dispersion et dans la zone des bobinage, de façon transversale par rapport au champ de dispersion, blindages qui, lors d'un dépassement d'une intensité critique du champ magnétique, reprennent un état de conduction normal. 20) Transformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le blindage supraconducteur du canal principal de dispersion est réalisé sous la forme d'une cage, cette dernière ayant de préférence un côté frontal ouvert 30) Transformateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans la cage est monté un conducteur magnétique de préférence pourvu de fentes0 40) Transformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le blindage est composé d'un tissage supraconducteur,d'un tressage de feuillard ou de tout matériau se présentant sous une autre forme, dont les couches sont réunies et dont plusieurs couches couvrent d'une façon suffisante les fentes des bobinages0