Brevet FR2897482A1 — publié le 20070817

DISPOSITIF DE TRANSPORT DE L'ELECTRICITE A COURANT FORT ET FREQUENCE ELEVEE DESCRIPTION Le sujet de cette invention est un dispositif de transport de l'électricité à courant fort et fréquence élevée. S'il existe de nombreux genres de dispositifs conducteurs de l'électricité, on ne connaît, pour servir à des courants forts et des fréquences élevées, que des éléments conducteurs de grosse section et rigides, construits généralement sous forme de barres ou de plaques allongées en cuivre. Des difficultés apparaissent dans certaines applications où le dispositif conducteur doit relier un dispositif d'alimentation à un appareil qui soit susceptible de bouger légèrement ou d'être déplacé. La situation apparaît dans des dispositifs de vitrification où le courant électrique sert à alimenter le moyen d'induction électromagnétique disposé autour d'un creuset et destiné à faire fondre la matière qui y a été introduite, et où le creuset peut parfois être déplacé. Dans l'application à la vitrification de déchets radioactifs, le creuset étant derrière une paroi de protection biologique que le dispositif conducteur doit traverser sans jeu pour éviter des fuites de radiations ionisantes, on se trouve devant le dilemme de placer un dispositif conducteur à éléments rigides, dont la position et l'orientation sont imposées à l'endroit de la traversée de la paroi mais doivent être variables pour suivre des déplacements de l'appareil auquel le dispositif conducteur est relié derrière la paroi, d'autant moins évitables que cet appareil ne peut être placé que par des moyens de télémanipulation trop imprécis pour éviter des erreurs de position. Sous sa forme la plus générale, l'invention concerne un dispositif de transport de l'électricité comprenant au moins un élément conducteur de l'électricité, construit essentiellement en un profilé rigide et allongé, caractérisé en ce que l'élément conducteur comprend deux tronçons séparés par un raccord composé d'éléments flexibles conducteurs de l'électricité, et un dispositif de support conjoint des deux tronçons. Les éléments flexibles assurent la conduction de l'électricité entre les tronçons au prix d'une perte d'énergie ; cette perte est modeste en raison de la petite longueur des éléments flexibles. Les éléments flexibles constituent donc une charnière au milieu du dispositif conducteur, qui se déforme sans se rompre en suivant les déplacements de l'appareil. L'élément de support conjoint des tronçons évite des déplacements accidentels trop différents des tronçons pendant qu'ils sont manipulés, qui mèneraient à la rupture des éléments flexibles les joignant. Une construction particulière de l'élément conducteur comprend des tronçons en barres ou plaques de cuivre et des barrettes d'acier qui leur sont brasées ces barrettes peuvent être des tubes transportant l'eau de refroidissement de l'élément conducteur et dont l'emploi est fréquent en raison de l'énergie dépensée dans les conducteurs; elles joignent alors des canaux de refroidissement disposés sur ou dans les barres ou les plaques de cuivre de façon à les prolonger et à les joindre. D'autres dispositions plus particulières de l'invention aident à l'appliquer au contexte technique de traversée d'une paroi de protection biologique dans laquelle une portion du dispositif doit être encastrée sans jeu. Elle pourra prendre l'aspect d'un troisième tronçon muni de canaux de refroidissement, lesdits canaux de refroidissement étant construits sur la surface du troisième tronçon et de forme sinueuse, le troisième tronçon comprend des écrans de radiations ionisantes alignés avec des portions rectilignes des canaux de refroidissement, un capot de blindage électromagnétique comprenant une surface extérieure d'ajustement et qui entoure le troisième tronçon, et une matière de remplissage qui s'étend entre le troisième tronçon et le capot de blindage électromagnétique. D'autres dispositions servent à assurer un déplacement de l'appareil associé à une traction ou à une compression du dispositif plutôt qu'à sa flexion. On pourra ainsi prévoir que l'élément conducteur comprend au moins un troisième tronçon (correspondant éventuellement au troisième tronçon susmentionné) mis en prolongement avec un autre des tronçons, et un connecteur de raccordement des tronçons comprenant des mâchoires de pressage desdits tronçons mis en prolongement. Il est aussi utile de prévoir la possibilité de démonter des tronçons successifs du dispositif de transport munis de canaux de refroidissement : ceux-ci seront alors avantageusement munis de connecteurs séparables, encore plus avantageusement munis de clapets à auto-obturation à l'état démonté. D'autres dispositions encore, peut-être plus secondaires, apparaîtront aussi dans la suite de la description, qu'on mènera en liaison aux figures, dont : - la figure 1 illustre une application privilégiée de l'invention, - la figure 2 illustre un tronçon rigide du 15 dispositif, - la figure 3 illustre la portion flexible du dispositif, - et les figures 4 et 5 illustrent des raccordements mécaniques, électriques et hydrauliques 20 de tronçons aux conducteurs refroidis. Dans une application principale envisagée, le dispositif de transport de l'électricité comprend, comme la figure 1 le représente, une portion rigide 1 traversant une paroi de protection biologique 2 par des 25 trous de celle-ci prévus pour le passage de diverses transmissions ou divers transferts d'objets entre l'enceinte délimitée par la paroi de protection biologique 2 et l'extérieur. La portion rigide 1 est connectée à une alimentation en électricité 3. Comme le 30 montre la figure 2, elle comprend un ou plusieurs éléments conducteurs 4 (deux dans le cas présent) en forme de plaques allongées, en cuivre et séparés l'un de l'autre par une feuille isolante intermédiaire 5. Les éléments conducteurs 4 sont munis de canaux de refroidissement 6 en relief saillant sur leur surface extérieure. Les canaux de refroidissement 6 sont sinueux et plus précisément composés de chicanes 7 séparant des portions rectilignes 8. Des écrans 9 de cuivre sont raccordés aux éléments conducteurs 4 dans l'alignement des portions rectilignes 8, et ils sont en saillie avec le même relief que les canaux de refroidissement 6 sur les éléments conducteurs 4. Cette disposition permet d'arrêter, par les écrans 9 en cuivre, du rayonnement ionisant qui traverserait la paroi de protection biologique 2 en empruntant les portions rectilignes 8 des canaux de refroidissement 6, notamment quand ceux-ci ont été vidés du liquide de refroidissement qui y coule en général. Les canaux de refroidissement 6 finissent sur des embouts de raccordement 10 qui seront décrits plus loin et s'étendent en direction transversale des éléments conducteurs 4. La portion rigide 1 comprend encore une coque 11 de polymère formée de deux moitiés assemblées entourant les éléments conducteurs 4 pour combler le reste de la section du trou de la paroi de protection biologique 2 dans lequel la portion rigide 1 est engagée ; enfin, un capot de blindage électromagnétique 12 entoure l'ensemble. Un élément important de l'invention se trouve dans une autre portion du dispositif de transport d'électricité, qui relie, de l'autre côté de la paroi de protection 2, la portion rigide 1 déjà décrite à un creuset de vitrification 14 qui peut être déplacé dans un petit débattement. Cette autre portion, qui est illustrée à la figure 3, est une portion flexible 13 qui comprend deux tronçons 15 et 16 successifs, joints par un raccord flexible 17. Les tronçons 15 et 16 comprennent chacun, comme la portion rigide 1, une paire d'éléments conducteurs 18 en plaques de cuivre allongées et une feuille isolante intermédiaire 19 qui les sépare. Les éléments conducteurs 18 sont encore munis de canaux de refroidissement 20 s'étendant longitudinalement à eux et qui finissent, aux extrémités éloignées des tronçons 15 et 16, sur des raccords 21 analogues aux raccords 10 déjà rencontrés et, aux extrémités dirigées l'une vers l'autre des tronçons 15 et 16, sur des canaux de jonction 22 s'étendant transversalement aux éléments conducteurs 18. Les canaux de jonction 22 sont réunis entre eux par des tubes flexibles 23 métalliques (en acier inoxydable ou en cuivre) qui servent à la fois de jonction mécanique, électrique et hydraulique entre les tronçons 15 et 16 en laissant passer l'électricité et l'eau des canaux de refroidissement 20. Le nombre des tubes flexibles 23, leur disposition et leur longueur sont déterminés afin de réduire autant que possible l'inductance du tronçon. Aucune autre pièce ne relie électriquement les tronçons 15 et 16. La propriété essentielle des tubes flexibles 23 est de résister à la flexion produite par le débattement angulaire des tronçons 15 et 16 l'un par rapport à l'autre et d'absorber donc les variations de position du creuset de vitrification 14. L'isolation électrique entre les tubes fluides 23 reliés aux conducteurs 18 respectifs est maintenue par les feuilles isolantes intermédiaires 19 qui débordent des éléments conducteurs 18 et les séparent les uns des autres sur une partie de leur longueur. Un écartement suffisant entre les tubes flexibles 23 peut de toute façon être choisi pour éliminer tout risque de création d'arcs électriques en s'assurant de ne pas trop augmenter l'inductance de la ligne. On a aussi constaté que les flexions des tubes flexibles 23 dans des limites modérées ne rompaient pas les brasures par lesquelles ils sont assemblés aux canaux de jonction 22. Les tronçons 15 et 16 sont entourés par des capots de blindage électromagnétique 24 qui s'étendent aussi autour des tubes flexibles 23 et présentent des portions de recouvrement entre eux, s'opposant ainsi à toute fuite du flux électromagnétique vers l'extérieur. Des précautions sont prises pour éviter la rupture du raccord flexible 17 par une manipulation maladroite. Les tronçons 15 et 16 sont aussi réunis par un palan 26 muni d'un balancier 27 aux extrémités duquel les tronçons 15 et 16 sont suspendus par des liaisons articulées comprenant une patte 40 solidaire du tronçon 15 ou 16 respectif et un axe boulonné 41 (dont un seul est représenté). Quand la portion flexible 13 doit être déplacée, elle est soulevée par un engin de télémanipulation non représenté saisissant le palan 26 : le balancier 27 est équilibré en fonction des masses des sous-ensembles 15 et 16 de la portion flexible 13 liés aux tronçons, ils demeurent au même niveau, et les tubes flexibles 23 sont presque déchargés. De plus, les tronçons 15 et 16 sont munis de pieds 28 pour les maintenir à une hauteur identique et invariable sur un support commun quand la portion conductrice 13 est lâchée. Quand les tronçons 15 et 16 sont posés le balancier 27 démonté et retiré en dévissant les axes boulonnés 41 pour qu'on puisse régler la position et la forme du tronçon flexible 13. D'autres éléments du dispositif seront maintenant décrits à propos de la connexion entre la portion rigide 1 et la portion flexible 13. On se reporte pour cela aux figures 4 et 5. Un des éléments conducteurs 4 de la portion rigide 1 comprend une excroissance 29 munie d'une patte 31 d'appui sur le côté de cet élément conducteur 18, par une face latérale 30. Ainsi, la portion flexible 13 peut être calée longitudinalement et transversalement contre la portion rigide 1, dont la position est invariable. La jonction électrique entre la portion rigide 1 et la portion flexible 13 est encore assurée par un étau 32 comprenant une mâchoire mobile 33 et une mâchoire fixe 34 s'appuyant sur les faces externes des éléments conducteurs 4 et 18. La mâchoire mobile 33 est conductrice et établit la liaison électrique entre les éléments conducteurs 4 et 18 homologues qui n'ont pas de liaison directe : elle chevauche ces éléments conducteurs 4 et 18 et reste distincte d'eux, pouvant être démontée ; la mâchoire fixe 34 est fixée à l'excroissance 29. Un boulon de serrage 35 les maintient l'une près de l'autre quand il est serré, en pressant la mâchoire mobile 33 contre les éléments conducteurs 4 et 18. Quand il est desserré, la mâchoire mobile est relâchée et les éléments conducteurs 4 et 18 peuvent être séparés. Le boulon de serrage est au potentiel électrique de la mâchoire fixe 34 et de l'excroissance 29, mais séparé électriquement de la mâchoire mobile 33 par une coupelle isolante 37 entre la mâchoire mobile 33 et un écrou 36 du boulon de serrage 35. Un manchon 37 entoure la tige du boulon de serrage 35 et comprend une collerette d'appui sur l'excroissance 29. La transmission de l'électricité se fait donc par l'excroissance 29 pour une paire des éléments conducteurs 4 et 18 et par la mâchoire 33 conductrice pour l'autre paire des éléments conducteurs. Un déplacement du creuset de vitrification 14 dans les limites prévues est ressenti par un glissement des conducteurs 18 de la portion flexible 13 sur la face latérale 30 de l'excroissance 29 ou sur la mâchoire 33 conductrice, sans que le contact et la conduction soit rompu, et par une flexion du raccord flexible 17 comme on l'a déjà mentionné, que le déplacement soit horizontal ou vertical. Les embouts 10 et 21 des portions 1 et 13 sont joints par des connecteurs 38 recourbés et qu'il est facile d'engager sur les embouts 10 et 21 par un outil télémanipulé. Les connecteurs 38 sont souples et un isolant électrique recouvre toute leur face extérieure. Ils sont avantageusement placés d'un même côté des tronçons pour être mis et ôtés plus aisément. Ils comprennent des bagues 39 s'engageant sur les embouts 10 et 21 en créant un encliquetage qui libère des clapets non représentés dans les embouts 10 et 21 et dans les connecteurs 38 pour ouvrir la communication des canaux. Ces clapets se referment automatiquement quand les connecteurs 38 sont retirés, fermant donc les canaux et évitant les fuites. De tels systèmes sont connus dans le domaine des connexions hydrauliques, de sorte qu'ils ne seront pas décrits plus ici.10 REVENDICATIONS 1) Dispositif de transport de l'électricité, comprenant au moins un élément conducteur de l'électricité, construit essentiellement en un profilé rigide et allongé, caractérisé en ce que l'élément conducteur comprend deux tronçons (15, 16) séparés par un raccord (17) composé d'éléments flexibles (23) conducteurs de l'électricité, et un dispositif de support (26) conjoint des deux tronçons. 2) Dispositif de transport de l'électricité selon la revendication 1, où l'élément conducteur est muni de canaux (20) de refroidissement, caractérisé en ce que les éléments flexibles (23) sont des tubes raccordés auxdits canaux de refroidissement, ceux-ci étant intégrés structurellement et électriquement au profilé. 3) Dispositif de transport de l'électricité selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, où l'élément conducteur est en cuivre, caractérisé en ce que les éléments flexibles sont en acier ou en cuivre et brasés sur les tronçons de l'élément conducteur. 4) Dispositif de transport de l'électricité selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le support conjoint des deux tronçons comprend un palan à balancier, les tronçons étant suspendus à des extrémités opposées du balancier. 5) Dispositif de transport de l'électricité selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les tronçons comprennent des pieds (28) respectifs d'appui. 6) Dispositif de transport de l'électricité selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les tronçons sont entourés de capots de blindage électromagnétique respectifs (24, 25) qui se recouvrent devant les éléments flexibles (23). 7) Dispositif de transport de l'électricité selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élément conducteur comprend un troisième tronçon (1) muni de canaux de refroidissement (6), lesdits canaux de refroidissement étant construits sur la surface du troisième tronçon et de forme sinueuse, le troisième tronçon comprend des écrans de radiations ionisantes (9) alignés avec des portions rectilignes des canaux de refroidissement, un capot de blindage électromagnétique (12) comprenant une surface extérieure d'ajustement et qui entoure le troisième tronçon, et une coque de remplissage (11) qui s'étend entre le troisième tronçon et le capot de blindage électromagnétique. 8) Dispositif de transport de l'électricité selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élément conducteur comprend au moins un troisième tronçon mis en prolongement avec un autre des tronçons, et un connecteur de raccordement des tronçons mis en prolongement comprenant un étau (32) à mâchoires de serrage (33, 34) desdits tronçons mis en prolongement. 9) Dispositif de transport de l'électricité selon la revendication 8, caractérisé en ce que les tronçons comprennent des parties de connexion (29) sejoignant par des faces de contact glissant (30) dans une direction d'allongement des tronçons mis en prolongement et superposées dans une direction de fermeture des mâchoires. 10) Dispositif de transport de l'électricité selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'une des mâchoires (33) au moins est conductrice et établit une liaison électrique en chevauchant les tronçons mis en prolongement et en étant distincte d'eux. 11) Dispositif de transport de l'électricité selon la revendication 9, où les tronçons sont munis de canaux de refroidissement, caractérisé en ce que les canaux de refroidissement des tronçons mis en prolongement sont raccordés par des connecteurs (38) séparables. 12) Dispositif de transport de l'électricité selon la revendication 11, caractérisé en ce que les connecteurs séparables et des embouts des canaux de refroidissement des tronçons sont munis de clapets à auto-obturation quand les raccords sont séparés des embouts. 13) Dispositif de transport de l'électricité selon la revendication 4, caractérisé en ce que le palan à balancier est amovible des tronçons. 14) Ensemble comprenant une alimentation (3) en électricité, un appareil (14) alimenté par ladite alimentation, et un dispositif de transport de l'électricité selon l'une quelconque des revendications précédentes, le dispositif de transport de l'électricité traversant une enceinte de protectionbiologique (2) dans laquelle l'appareil, ainsi que le raccord composé des éléments flexibles conducteurs de l'électricité, sont placés.