Brevet FR2351476A1 — publié le 19771209

L'invention concerne une traversee caoxiale à haute tension. Elle s'applique notamment au cas ou un conducteur alimenté sous haute tension 100 KV par exemple, doit pénétrer dans une enceinte contenant un fluide à faible rigidité diélectrique tel que l'helium liquide. Ce cas se présente lorsqu'on veut alimenter sous haute tension des matériaux supraconducteurs. I1 faut alors non seulement éviter des claquages électriques grace à un bon choix des matériaux isolants et des formes, nais encore s'assurer que les variations considérables de température subies par la traversée n'amène pas de fissurations de l'isolant. Les traversées coaxiales utilisées généralement comportent une ame conductrice alimentée sous haute tension et entourée par une gaine isolante elle-même entourée par un conducteur externe porte au potentiel de la nasse. Le r8le de ce conducteur externe est de faire que la différence de potentiel se répartisse entièrement dans l'épaisseur de la gaine où elle ne risque pas de provoquer de claquage électrique. Ce ci évite d'être obligé d'étudier speciale ent la paroi de l'enceinte et les dispositifs voisins de la traversée pour empêcher que des claquages électriques se produisent sur cette paroi ou sur ces dispositifs. Aux deux extrémités, des traversées coaxiales connues, ou tout au soins à l'extrémité située à l'intérieur de l'enceinte froide, on dispose un "déflecteur" qui est destine à éviter qu'un claquage électrique ne se produise à la surface libre de la gaine isolante entre l'extrémité de l'aie conductrice et celle du conducteur externe. Il est en effet clair que, pour permettre à la traversée coaxiale d'alimenter des appareils à l'intérieur de l'enceinte froide, l'ame conductrice doit se prolonger au delà de l'extréaté de la gaine isolante.La surface d'extrémité Q celle-ci constitue alors tta chemin préférentiel pour un claquage électrique entre l'ame et le conducteur externe. Celui-ci doit donc être éloigné, c'est-a-dire qu'il doit se terminer à une certaine distance de l'extrémité de la gaine en laissant la surface latérale de celle-ci nue sur une certaine longueur. n convient, pour des raisons d'encombrement, de re,r1'e cette longueur aussi faible que possible. Pbur cela on utilise un déflecte dont la fonction est de répartir de façon aussi uniforme que possible la tension électrique entre l'ame et le conducteur extérieur.Il faut notamment rendre le champ électrique aussi uniforme que possible sur le chemin préférentiel constitué par la surface libre de la gaine isolante. I1 nfest pas possible de diminuer sensiblenent la composante du champ électrique le long de cette surface en donnant à celle-ci une forme en accordéon, conne dans les isolateurs classiques des lignes à haute tension aériennes, car, en raison de la faible rigidité diélectrique d'un milieu tel que l'heliui liquide, on risquerait alors un claquage électrique dans ce silieu au voisinage de cette surface. Une forme de déflecteur classique comporte, quand on se deplace vers l'ex- trémité de la traversée, une première longueur dans laquelle l'épaisseur de la gaine croit progressivement jusqu'à un point d'épaisseur maximale. L'épaisseur de la gaine décroit ensuite progressivement dans une deuxième longueur jusqu'à un point à partir duquel elle redevient constante, dans une troisième longueur, jusqu' son extrémité. Le conducteur externe est disposé au contact de la surface externe de la gaine dans la première longueur jusqu'au point d'épaisseur maximale. A partir de ce point il sc sépare de la gaine avec un diamètre croissant progressivement en forme d'entonoir. Ce diamètre continue à croitre, de plus en plus rapidenent, jusqu'à un bord circulaire constituant l'extrémité de ce conducteur.Ce bord est situé dans la troisième longueur précédemment mentionnée. Le profil du conducteur extérieur est connu dans la technique sous Le non "profil log-log". Wk tel déflecteur présente l'inconvénient que le conducteur externe a n diamètre trop grand à son bord extrème, ce qui est genant dans une enceinte dont le volume intérieur est limité. De plus, ce conducteur doit etre constitué d'une tôle métallique rigide, mise en forme par emboutissage par exemple, ce qui est couteux. La présente invention a pour but la réalîsation d'une traversée coaxiale à hante tension. Kilt a pour objet une traversée coaxiale à haute tension comportant - rne ap e conductrice axiale pouvant être portée à un potentiel électrique élevé une gaine isolante entourant l'ame, -'m conducteur externe disposé au contact de la surface extérieure de la gaine et pouvant être connecté à la masse, de manière á ce que la différence de potentiel se répartisse entièrement dans l'épaisseur de la gaine où elle ne risque pas de provoquer de claquage électrique, - l'ame conductrice s'etendant axialement, a une extrémité de la traversée, au delà de l'extrémité de la gaine isolante qui s étend elle set au delà de l'extrémité du conducteur externe, la gai isolante s'épaississant en approchant de cette extrémité jusqu a un point ou elle n'est plus au contact du conducteur extérieur, et diminuant ensuite progressivement d'épaisseur jusqu a son extrémité, caractérisé par le fait qtm la gaine isolante s'épaissit d'abord progressiverent en approchant de l'extrémité de la traversée, puis s'épaissit brusquement de nanière à ce que sa surface extérieure forme une "zone d'écartement" ayant la forme générale d'une couronne circulaire plane dont le plan est perpendiculaire à l'axe de la traversée, l'épaisseur de la gaine diminuant ensuite progressivement jusqu'a son extrémité, le conducteur externe recouvrant la surface extérieure de la gaine jusque dans cette zone d'écartement, et s'arrêtant au bord extérieur de cette zone. A l'aide des figures schématiques I à 3 ci-jointes, on va décrir ci-après, à titre non limitatif un mode de mise en oeuvre de l'invention. La figure 1 représente une vue en coupe d'une traversée coaxiale à haute tension connue, du type à profil log-log précédemment mentionné. La figure 2 représente une vue en coupe d'une traversée coaxiale à haute tension selon l'invention. La figure 3 montre la répartition des lignes équipotentielles dans et au voisinage du deflecteur de la traversée de la figure 2. La traversée de type connu représentée sur la figure 1 permet d'amener du courant électrique sous haute tension dans une enceinte froide 2 délimitée par une paroi 4 à travers laquelle passe la "partie courante" 6 de la traversee. Dans cette partie courante celle-ci comporte une ame métallique 8 entourée par une gaine isolante constituée d'une couche de polyethylène isolant 10 et entourée elle même par un conducteur externe constitué par une couche de polyethylène 12 chargée en noir de carbone. L'ame 8 et la couche 10 se prolongent jusqu a une sphère métallique 14 permettant l'alimentation d'appareil disposés dans l'enceinte 2 en évitant des claquages électrique grace à sa faible courbure. A partir de l'extrémité de la couche 12 la gaine isolante s'épaissit grace à la présence autour d'elle d'un rubannage isolant 16 d'épaisseur d'abord croissante dans une première longueur, puis décroissante dans une deuxième longueur, jusqu'à l'extrémité de ce rubannage. Dans la première longueur le conducteur externe est d'abord constitué par une tresse métallique 18 puis par une tôle métallique 20 en forme d'entonnoir qui se prolonge dans la deuxième longueur en se séparant de la gaine isolante avec un diamètre croissant de plus en plus vite jusqu'à son bord circulaire extreme 20 situé un peu au delà de la fin de la deuxième longueur. On obtient ainsi une bonne répartition du champ électrique mais l'encombrement est génant en raison du diamètre élevé du bord 20.De plus cette traversée risque de présenter des fissures dangereuses dans la gaine isolante lorsqu'elle est utilisée pour une enceinte 2 refroidie à l'helium liquide. La traversée selon l'invention représentée figure 2 permet d'alimenter des appareils situés dans une enceinte 200 refroidie à l'hélium liquide et limitée par une paroi 202. Elle comporte une ame conductrice constituée d'un fil 22 d'un diamètre de 3 mm et constituée d'acier inoxydable ou de cuivre, selon l'intensité à transporter, entourée par une couche conductrice 24 d'un diamètre de 20 nin constituée par une résine époxyde chargée de noir de carbone et de billes de verre d'un diamètre de 50 microns. l'autres résines polymérisables et d'autres charges minérales pourraient bien entendu être utilisées. Cette ame conductrice se prolonge jusq'à une sphère métallique 26 qui en constitue l'extrémité et permet l'alimentation des appareils électriques.Elle est entourée par une gaine isolante 28 constituée de la meme résine chargée de billes de verre et d'épaisseur constante dans la partie courante 30 de la traversée, cette épaisseur correspondant a un diamètre de 55 mn. Cette gaine est recouverte d'une peinture à l'argent constituant un conducteur externe 32. Les charges de la couche 24 et de la gaine 28 sont choisies de manière à égaliser leur dilatations ou contractions thermiques, entre la température ambiante et celle de l'hélium liquide, avec celles du fil 22. En allant de la partie courante 30 à la sphère d'extrémité 26 on trouve un déflecteur qui comporte une première longueur 34 dans laquelle le diamètre de la gaine 28 croit progressivement, une deuxième longueur 36 dans laquelle ce diamètre reste constant puis "une zone d'écartement" 38 dans laquelle le diamètre de la gaine 28 croit brusquement. Cette zone présente ainsi la forme générale d'une couronne circulaire plane située dans un plan perpendiculaire à l'axe de la traversée. Elle est recouverte, ainsi que les deux premières longueurs, par le conducteur externe 32 qui s'arrête sur le bord extérieur de cette zone.Celle-ci a plus précisément, en section par le plan de la figure qui passe par l'axe de la traversée, une forme en arc de cercle à convexité dirigée vers la sphère 26 c'est-à-dire qu'elle se raccorde progressivement à la surface de la deuxième longueur 36 en se rapprochant de la sphère 26 et en s'éloignant de l'axe de la traversée, devient perpendiculaire à cet axe, puis continue à se courber en s'éloignant de cet axe et de cette sphère ; Le conducteur externe 32 s'arrête alors. La zone d'écartement continue vers ltexterieur en se recourbant en sens inverse du précédent avec un rayon de courbure beaucoup plus faible pour se raccorder à une troisière longueur 40 ou la gaine 28 présente un diamètre constant.Dans une quatrième longueur 42 le diamètre décroit progressivement et linéairement. Dans une cinquième longueur 44 le diamètre reste constant jusqu a la sphère d'extrémité 26. Sur la figure 3 on a représenté la répartition des lignes équipotentielles entre la couche conductrice 24 portée à un potentiel V, et le conducteur externe 32 porté au potention nul, dans la gaine isolante 28 et dans l'hélium liquide 46. La traversée qui vient d'entre décrite à titre d'exemple permet de supporter des tensions V pouvant dépasser 125 KV, avec un encombrement faible et sans risque de claquage. D'autres matériaux peuvent bien entendu être utilisés, notamment, pour constituer la couche 24 et la gaine 28, du polyéthylène. Les formes et les dimensions adoptées varient évidemment alors avec la rigidité 'diélectrique et avec la constante diélectrique de ces matériaux. REVENDICATIONS 1/ Traversée coaxiale à haute tension comportant - une ame conductrice axiale (22, 24) pouvant être portée à ai potentiel électrique élevé - une gaine isolante (28) entourant l'aie - un conducteur externe (32) disposé au contact de la surface extérieure de la gaine et pouvant être connecté à la nasse, de manière à ce que la différence de potentiel se répartisse entièrement dans l'épaisseur de la gaine ou elle ne risque pas de provoquer de claquage électrique, - l'ame conductruce ce s'étendant axialement, à une extrémité de la traversée au delà de l'extrémité de la gaine isolante qui s'étend elle même au delà de l'extrémité du conducteur externe, - la gaine isolante s'épaississant en approchant de cette extrémité jusqu a un point ou elle n'est plus au contact du conducteur extérieur, et diminuant ensuite progressivement d'épaisseur jusqu'à son extrémité, caractérisé par le fait que la gaine isolante (28) s'épaissit d'abord progressivenet en approchant de l'extrémité de la traversé, puis s'épaissit brusquaient de naniere à ce que sa surface extérieure forme une "zone d'écartement" (38) ayant la forme genérale d'une couronne circulaire plane dont le plan est perpendiculaire à l'axe de la traversée, l'épaisseur de la gaine diminuant ensuite progressivement jusqu'à son extrémité, le conducteur externe (32) recouvrant la surface extérieure de la gaine (28) jusque dans cette zone d'écartaient, et s'arrêtant au bord extérieur de cette zone. 2/ Traversée selon la revendication 2 caractérisé par le fait qu'en allant vers l'extrémité de la traversee, la gaine (28) présente une longueur d'épaisseur sensiblement constante à partir de ladite zone d'écartement (38), puis ne longueur d'épaisseur progressivement décroissante. 31 Traversée selon la revendication 2 caractérisé par le fait qu'en allant vers l'extrémité de la traversée à partir d'un point éloigné de cette extrémité on rencontre d'abord une longueur (34) od l'épaisseur de la gaine croit progressivement puis une longueur (36) où cette épaisseur reste constante jusqu'à ladite zone d'écartement. 4/ Traversée selon la revendication 2 caractérise par le fait que le conducteur externe (3Z) est constitué par une peinture conductrice appliquée sur la surface extérieure de la gaine (28).