Brevet FR2621734A1 — publié le 19890414

Disjoncteur à haute tension à courant continu. La présente invention concerne un disjoncteur à haute tension à courant continu. La demanderesse a décrit, dans la demande de brevet français n0 87 00455 déposée le 16 janvier 1987, un dispositif pour la limita tion et 11 interruption du courant électrique alternatif. Ce dispositif comprend en particulier un enroulement supraconducteur dans lequel le courant de défaut est obligé de passer. L'intensité du courant de défaut étant très supérieure à l'intensité du courant critique, il en résulte pour l'enroulement la transition de ltétat supraconducteur à l'état normal. La brusque augmentation de résistance limite l'intensité du courant de défaut qu'il est alors facile de couper par ouverture de contacts auxiliaires. Mais un tel dispositif ne peut s'appliquer à la coupure des courants continus à haute tension, car la valeur maximale du courant de défaut reste inférieure au courant critique de l'enroulement et ne peut pas provoquer sa transition. Un but de la présenta invention est de réaliser un disjoncteur à courant continu à haute tension utilisant un bobinage supraconducteur. L'invention peut être mise en oeuvre grâce à la récente découverte de matériau présentant pratiquement le phénomène de supraconductivité à une température proche de celle de l'azote liquide (770K). Ces matériaux sont par exemple des oxydes de cuivre, baryum et lanthane ou des oxydes de cuivre, baryum et yttrium ; ils présentent une faible résistance résiduelle à la température de l'azote liquide. L'invention a pour objet un disjoncteur à haute tension à courant continu caractérisé en ce qu'il comprend un élément présentant pratiquement le phénomène de supraconductivité à une température cryogénique donnée, en conservant une faible résistance à ladite température, ledit élément étant placé dans un cryostat assurant son maintien à ladite température, ledit élément étant en parallèle avec une paire de contacts séparables. Pour la coupure des faibles courant, on adjoint à l'élément un moyen pour créer un champ magnétique supérieur au champ critique dudit élément. L'invention sera bien comprise par la description ci-après d'un mode préféré de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est un schéma électrique du disjoncteur de l'invention - la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale du disjoncteur de l'invention - la figure 3 est une vue agrandie d'une partie de la figure 2. La figure 1 est un schéma électrique équivalent du disjoncteur selon l'invention, inséré dans une ligne à couper. Le disjoncteur, référencé globalement 90, comprend un conducteur d'entrée il et un conducteur de sortie 12 ; il est inséré dans une ligne à couper 14, en série avec un disjoncteur classique 15 qui sert à coupei~~le courant résiduel après une manoeuvre du disjoncteur 10 et à isoler ce dernier. Le disjoncteur comprend un élément supraconducteur 40, décrit en détail plus loin, en parallèle avec un jeu de contacts séparables 16-17 et avec un dispositif 18 limiteur de surtension. Dans la figure 2, la référence 20 désigne une enceinte étanche métallique, remplie d'un gaz diélectrique tel que l'héxafluorure de soufre, sous une pression de quelques bars. Deux traversées isolantes 21 et 22 permettent le passage des conducteurs d'entrée 11 et de sortie 12. Deux cônes isolants 23 et 24 maintiennent en place deux plaques conductrices 25 et 26 auxquelles sont fixés, d'une part le jeu de contacts séparables 16, 17, d'autre part l'élément supraconducteur 40 et son cryostat. Le contact 16 est fixe et relié électriquement au conducteur d'entrée 11 par la plaque 25 ; le contact 17 est mobile et actionné par un actionneur 27 extérieur à l'enceinte 20. Ce mécanisme assure le déplacement d'une tige isolante 28 reliée au contact 17 à travers r la plaque 26 ;-un contact électrique glissant 29 assure la liaison électrique entre le contact 17 et le conducteur de sortie 12. L'élément supraconducteur 40 est disposé dans un cryostat qui comporte une enveloppe extérieure 41 en matériau isolant, fixée aux plaques 25 et 26. A l'intérieur de l'enveloppe extérieure 41 est disposée une seconde enveloppe 42 étanche remplie d'un fluide cryogénique (azote liquide par exemple) amené par un tube 43. Un tube 44 sert à faire communiquer l'espace 45 compris entre les deux enveloppes 41 et 42 avec un groupe de pompage non représenté pour créer le vide. A l'intérieur de l'enveloppe 42 est placé l'élément supraconducteur proprement dit constitué par exemple, comme il est montré dans la figure 3, d'une bobine comprenant un noyau central 48 autour duquel sont placées plusieurs couches 51 et 52 de fils ou de rubans bobinés en sens opposé d'une couche à l'autre pour limiter le plus possible la valeur de l'auto-inductance de l'élément.Il peut y avoir plusieurs bobines pour un montage série parallèle. Le noyau 48 est creux de manière à être rempli de fluide cryogénique. Comme on l'a dit, le matériau est une perovskite du type Y Ba Cu O ou La Ba Cu O ou Y Ba Cu F O. Dans ces formules, on n'a pas indiqué les coefficients affectés aux composants. On se référera pour plus de précision par exemple aux articles parus dans J. Phys D. Appl. Phys. 20 (1987) pages 807-808 et page 809 et dans Phys. Rev Letters Vol 58, Number 24 du 15 juin 1987. En variante, les fils ou rubans sont remplacés par des bâtonnets à section cylindrique ou polygonale montés en série et en parallèle. Le fonctionnement du disjoncteur est décrit maintenant. Dans la figure 2, le disjoncteur est représenté en position enclenchée. Lors d'un défaut ou pour une coupure normale, un ordre est donné à l'actionneur 27 qui provoque la séparation des contacts 1617. Le courant à couper, d'intensité I, entre dans l'élément supraconducteur 40 et augmente en amplitude au fur et à mesure que l'arc s'allonge entre les contacts 16 et 17. Un certain temps après l'ouverture des contacts, le courant s'éteint dans la branche 16 - 17. Tout le courant I traverse alors l'élément 40. Il n'y a pas de transition immédiate car le courant I a une intensité inférieure à celle du courant critique Ic de l'élément supraconducteur. Grâce à sa résistance résiduelle de l'ordre d'un dixième d'ohm, l'élément s'échauffe par effet Joule et atteint, après un temps assez court, la température critique Tc permettant à la transition de s'effectuer. La résistance de l'élément augmente alors considérablement, ce qui limite l'intensité du courant I. Le courant résiduel est aisément coupé par le disjoncteur classique 15. Dans le#s cas, plutôt rares, où l'on veut couper de très faibles courants, l'effet Joule est insuffisant pour accroître la température de l'élément au-delà de la température critique. C'est pourquoi le disjoncteur de l'invention est muni d'un bobinage 60 de type solénoide, entourant l'élément supraconducteur, et susceptible d'être alimenté par la décharge d'un condensateur 61, extérieur à l'enceinte 20 et chargé par une source continue 62. La fermeture d'un interrupteur 63 provoque la décharge du condensateur dans la bobine et l'apparition dans le volume de l'élément supraconducteur d'un champ magnétique dont l'intensité est supérieure à celle du champ critique de l'élément ; il en résulte la transition immédiate de l'élément supraconducteur. Le limiteur de surtension 18, est de préférence un empilage de pastilles d'oxyde de zinc. REVENDICATIONS : 1/ Disjoncteur à haute tension à courant continu caractérisé en ce qu'il comprend un élément (40) présentant pratiquement le phénomène de supraconductivité à une température cryogénique donnée en conservant une faible résistance non nulle à ladite température, ledit élément étant placé dans un cryostat (41) assurant son maintien à ladite température, ledit élément (40) étant en parallèle avec une paire (1617) de contacts séparables. 2/ Disjoncteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'élément supraconducteur (40), son cryostat (41) et la paire de contacts (1617) séparables sont placés à l'intérieur d'une enceinte (20) étanche rempli d'un gaz diélectrique. 3/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'élément supraconducteur (40) est une perovskite du type choisi parmi celles désignées par Ba La Cu O Y Ba Cu O Y Ba Cu F O 4/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'élément supraconducteur (10) comprend au moins une bobine comprenant plusieurs couches (51, 52) de fils ou de rubans bobinés en sens inverse d'une couche à l'autre. 5/ Disjoncteur selon la revendication 4 caractérisé en ce que les bobines comportent un noyau (48) creux dans lequel circule le fluide cryogénique. 6/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'élément supracondeuteur (40) comporte une pluralité de bâtonnets de section circulaire ou polygonale, connectés en série-parallèle. 7/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il comprend une bobine (60) entourant l'élément supraconducteur (40) pour créer un champs magnétique d'intensité supérieure à celle du champ critique de l'élément supraconducteur. 8/ Disjoncteur selon la revendication 7 caractérisé en ce que la bobine (60) est alimentée par la décharge d'un condensateur (61).