Brevet FR2899389A1 — publié le 20071005

Terminaison de connexion d'un câble supraconducteur La présente invention concerne une terminaison de connexion d'un câble supraconducteur à un conducteur électrique tel qu'une amenée de courant massive ou un câble électrique classique. L'invention s'applique tout particulièrement à la haute tension. Un câble supraconducteur se compose essentiellement d'un support central, généralement de forme cylindrique, autour duquel est enroulé un matériau supraconducteur et une gaine isolante placée autour du supraconducteur. Le support central est constitué d'un matériau électriquement conducteur, mais non supraconducteur. Ce peut être par exemple un câble ou un tube en cuivre. Le matériau supraconducteur peut être sous la forme d'un ruban enroulé autour du support central en une ou plusieurs couches. Du fait de la résistivité quasiment nulle du matériau supraconducteur, le diamètre extérieur du support central est relativement petit. Cependant, la résistivité d'un câble non supraconducteur est beaucoup plus élevée (ci-après appelé câble résistif, bien que la résistivité peut être très faible, comme celle du cuivre par exemple). Il en résulte que pour transporter un courant électrique d'intensité déterminée, il est nécessaire d'utiliser une section de câble beaucoup plus grande pour un câble résistif que pour un câble supraconducteur. Il est donc nécessaire de disposer d'une connexion particulière pour relier un câble résistif à un câble supraconducteur. La connexion ne doit pas endommager le câble supraconducteur afin de lui conserver ses caractéristiques. Elle doit aussi assurer une bonne continuité du transport du courant électrique. Il est également préférable que la connexion puisse être démontée et/ou remontée aisément, sans avoir à couper une portion de câble, par exemple si le câble résistif ou supraconducteur doit être remplacé. De plus, sachant qu'en cas de court- circuit, le câble supraconducteur perd ses propriétés de supraconductivité et que dans ce cas le courant passe par le conducteur central, lequel est 2 résistif, la connexion doit être conçue en tenant compte de l'éventualité d'un tel incident de fonctionnement. La présente invention propose une solution au problème de connexion d'un câble supraconducteur à un câble électrique résistif, 5 répondant aux exigences énoncées ci-dessus. De façon plus précise, l'invention concerne une terminaison de connexion d'une extrémité d'un câble supraconducteur composée d'au moins un support central conducteur résistif de forme sensiblement cylindrique, d'un supraconducteur disposé autour du support et d'une gaine isolante 10 entourant le supraconducteur, l'extrémité du câble étant dénudée pour rendre apparents le support central et le supraconducteur. Selon l'invention, la terminaison comporte un manchon métallique composé de deux parties successives adjacentes, une première partie emboîtée autour de la partie dénudée du support central et une deuxième partie soudée autour de la 15 partie dénudée du supraconducteur. La deuxième partie du manchon comporte avantageusement un orifice permettant d'introduire un matériau de soudure dans l'espace situé entre la partie dénudée du supraconducteur et la paroi interne de la deuxième partie du manchon. 20 Le matériau de soudure a de préférence un point de fusion relativement bas, inférieur à 100 Celsius, tel que par exemple un alliage de Sn-Bi-Pb. Selon un mode de réalisation, la deuxième partie du manchon comporte des moyens de contact électrique sur la surface extérieure du 25 manchon, qui peuvent être constitués par des gorges de forme annulaire destinées à accueillir des lamelles métalliques de contact. Selon un autre mode de réalisation, la première partie du manchon comporte un premier et un deuxième élément de forme sensiblement cylindrique, le diamètre du deuxième élément étant supérieur au diamètre du 30 premier élément, et une partie intermédiaire de forme tronconique située entre le premier et le deuxième élément, le diamètre de la grande base de la partie tronconique étant sensiblement égal au diamètre du deuxième élément 3 et le diamètre de la petite base de la partie tronconique étant sensiblement égal au diamètre du premier élément, lequel est emboîté autour de la partie dénudée du support central. Le manchon est avantageusement réalisé en cuivre, de préférence 5 plaqué en argent. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins 10 annexés et sur lesquels : - les figures 1, 2 et 3 illustrent un premier mode de réalisation de l'invention, et - la figure 4 illustre un deuxième mode de réalisation. L'extrémité 10 du câble représenté schématiquement sur la figure 1 15 est constituée d'un support central 12 électriquement conducteur et de forme sensiblement cylindrique. Ce support peut être par exemple un câble de fils de cuivre ou un tube métallique à faible résistivité, en cuivre ou en cuivre argenté par exemple. Deux couches superposées 14 et 16 d'un matériau supraconducteur entourent le support central 12. Une gaine électriquement 20 isolante 18 entoure la couche supraconductrice 16. Des couches intermédiaires 20, 22 et 24 sont intercalées respectivement entre le support 12 et la couche 14, entre les deux supraconducteurs 14 et 16 et entre le supraconducteur 16 et la gaine 18. La présence de ces couches intermédiaires est avantageuse mais n'est 25 cependant pas obligatoire. Elles peuvent être réalisées par exemple en noir de carbone ou à l'aide de rubans en acier inoxydable enroulés autour du support central 12 et des supraconducteurs 14 et 16. Les couches supraconductrices 14 et 16 peuvent être formées par des rubans ou des fils en matériau supraconducteur enroulés respectivement 30 autour des couches intermédiaires 20 et 22. De façon générale, le câble ne 4 pourrait comporter qu'un seul supraconducteur 14 ou 16. Les fils ou rubans supraconducteurs peuvent être par exemple du type BSCCO (Bi2Sr2Ca2Cu3OX) ou du type YBaCuO. L'extrémité 10 du câble est dénudée en marches d'escaliers de façon à faire apparaître successivement, en partant du câble et sur une longueur qui peut être variable, la couche supraconductrice 16, la couche supraconductrice 14 puis le support central 10. Les couches intermédiaires 20, 22 et 24 ne sont pratiquement pas laissées apparentes, comme représentées sur la figure 1. Un manchon métallique 30 (figures 2 et 3) vient coiffer la partie centrale 12 dénudée et les couches supraconductrices 14 et 16 dénudées. Ce manchon comporte une première et une deuxième parties 32 et 34. La première partie 32 a la forme d'un cylindre creux dont le diamètre interne est très légèrement supérieur au diamètre du support 12 de sorte que cette première partie 32 du manchon peut être fixée sur le support 10 par simple emboîtement ou sertissage. Le manchon peut par exemple être réalisée en cuivre et, lorsque le support central est également en cuivre, on obtient ainsi une bonne liaison électrique cuivre sur cuivre. Le cuivre peut également être plaqué en argent. La deuxième partie 34 du manchon a sensiblement la forme d'un cylindre creux de longueur au moins égale à la longueur des parties dénudées des couches supraconductrices 14 et 16 de façon à les recouvrir complètement. Le diamètre interne de la deuxième partie 34 du manchon est supérieur au diamètre de la couches supraconductrice 16 (laquelle a un diamètre supérieur à celui de la couche conductrice 14) de sorte qu'un espace est ménagé entre la paroi interne de la deuxième partie 34 du manchon et les supraconducteurs 14 et 16. Un orifice 36 est percé dans la deuxième partie 34, de dimensions suffisantes pour permettre de verser par cet orifice 36 une poudre d'un matériau de soudure, ou de couler directement un alliage de soudure fondu, qui va se localiser entre la paroi interne de la deuxième partie 34 du manchon et les supraconducteurs 14 et 16. L'orifice peut par exemple avoir une forme oblongue telle que représentée sur les figures 2 à 4. Le matériau de soudage remplit au moins partiellement l'espace entre la deuxième partie 34 du manchon et les supraconducteurs 14 et 16. Ce 5 matériau est électriquement conducteur et possède avantageusement un point de fusion relativement bas, par exemple inférieur à environ 100 Celsius. Ce peut être par exemple un alliage de composition Sn-Bi-Pb. On évite ainsi d'endommager les supraconducteurs par un chauffage à température trop élevée, tout en permettant une bonne liaison électrique entre les couches supraconductrices et le manchon 30. La longueur du manchon est telle qu'il recouvre complètement les parties dénudées 14 et 16 des supraconducteurs et la partie dénudée 12 du support central, depuis l'extrémité 38 de la gaine isolante 18 jusqu'à au moins l'extrémité 40 du support central 12. Le manchon 30 peut comporter sur la paroi externe de sa deuxième partie 34 des moyens de contact électrique, par exemple sous forme de gorges 42 usinées dans la paroi externe de la deuxième partie 34 du manchon 30. Ces gorges sont destinées à accueillir des lamelles métalliques de contact ayant une forme annulaire. L'extrémité 10 du câble coiffée du manchon 30 (figure 3) peut être aisément connectée à une extrémité d'un câble classique résistif formée par exemple d'un tube électriquement conducteur qui formerait la partie femelle de la connexion, le manchon 30 représentant la partie mâle. Selon un autre mode de réalisation représenté sur la figure 4, la première partie 32 du manchon 30 comporte un premier et un deuxième élément 50 et 52, de forme cylindrique, le diamètre du premier élément 50 étant plus petit que le diamètre du deuxième élément 52. Une partie intermédiaire 54, en forme de tronc de cône, relie les deux éléments 50 et 52. La grande base du tronc de cône 54 a le même diamètre que celui du deuxième élément 52 et la petite base du tronc de cône 54 a le même 6 diamètre que celui du premier élément 50, de sorte que l'on passe progressivement de la section du premier élément 50 à la section plus importante du deuxième élément 52. Le premier élément 50 est creux et comme précédemment peut être fixé par emboîtement sur la partie dénudée du support central 12. La deuxième partie 34 est identique au mode de réalisation des figures 2 et 3. Les moyens de contact électrique sur la paroi externe de la deuxième partie 34 du manchon ne sont pas utiles dans ce mode de réalisation. Comme précédemment, les première et deuxième parties 32 et 34 du manchon sont métalliques, réalisées par exemple en cuivre, plaqué ou non en argent. Le deuxième élément 52 peut être connecté à l'extrémité d'un câble classique. La terminaison qui vient d'être décrite présente de nombreux avantages. La connexion par soudage des extrémités des supraconducteurs est aisée et n'endommage pas, par chauffage élevé ou par courbure, les supraconducteurs qui conservent toutes leurs propriétés. L'extrémité du câble peut être connectée ou déconnectée à un câble classique sans difficulté, ce qui est intéressant lorsque la partie résistive ou supraconductrice a besoin d'être remplacée. Il suffit pour défaire la connexion de chauffer la terminaison à une température supérieure à la température de fusion du matériau de soudage, le manchon 30 pouvant alors être enlevé. De plus, l'assemblage du manchon à l'extrémité dénudée du câble supraconducteur est aisé et facilement reproductible. De même, en cas de court-circuit, l'espace du manchon 30 rempli de soudure augmente la section de passage disponible pour le passage du courant électrique. D'autres modes de réalisation que ceux décrits et représentés peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, les modes de réalisation décrits concernent une extrémité de câble ayant deux couches supraconductrices. Bien 7 entendu, le câble pourrait ne comporter qu'une seule couche supraconductrice. De même, la présence de couches intermédiaires telle que 20, 22 et 24 n'est pas indispensable.5 REVENDICATIONS 1. Terminaison de connexion d'une extrémité d'un câble supraconducteur (10) composée d'au moins un support central conducteur résistif (12) de forme sensiblement cylindrique, d'un supraconducteur (14, 16) disposé autour du support et d'une gaine isolante (18) entourant le supraconducteur, l'extrémité du câble étant dénudée pour rendre apparents le support central (12) et le supraconducteur (14, 16), la terminaison étant caractérisée en ce qu'elle comporte un manchon métallique (30) composé de deux parties successives adjacentes, une première partie (32) emboîtée autour de la partie dénudée du support central et une deuxième partie (34) soudée autour de la partie dénudée du supraconducteur. 2. Terminaison selon la revendication 1 caractérisée en ce que la deuxième partie (34) du manchon comporte un orifice (36) permettant d'introduire un matériau de soudure dans l'espace situé entre la partie dénudée du supraconducteur et la paroi interne de la deuxième partie du manchon. 3. Terminaison selon la revendication 2 caractérisée en ce que le matériau de soudure a un point de fusion relativement bas, inférieur à 100 Celsius. 4. Terminaison selon la revendication 3 caractérisée en ce que le matériau de soudure est un alliage de Sn-Bi-Pb. 5. Terminaison selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que la deuxième partie (34) du manchon comporte des moyens de contact électrique (42) sur la surface extérieure du manchon. 6. Terminaison selon la revendication 5 caractérisée en ce que les moyens de contact électriques sont constitués par des gorges (42) de forme annulaire destinées à accueillir des lamelles métalliques de contact. 7. Terminaison selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que la première partie (32) du manchon comporte un premier (50) 9 et un deuxième (52) élément de forme sensiblement cylindrique, le diamètre du deuxième élément (42) étant supérieur au diamètre du premier élément (50), et une partie intermédiaire (54) de forme tronconique située entre le premier et le deuxième élément, le diamètre de la grande base de la partie tronconique (54) étant sensiblement égal au diamètre du deuxième élément (52) et le diamètre de la petite base de la partie tronconique (54) étant sensiblement égal au diamètre du premier élément (50), lequel est emboîté autour de la partie dénudée du support central (12). 8. Terminaison selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que le manchon (30) est réalisé en cuivre 9. Terminaison selon la revendication 8 caractérisée en ce que le manchon (30) est réalisé en cuivre plaqué en argent. 10. Terminaison selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que le supraconducteur est constitué par au moins une couche (14, 16) d'un ruban supraconducteur enroulé autour du support central (12).