Brevet FR2949623A1 — publié le 20110304

DISPOSITIF SUPRACONDUCTEUR La présente invention concerne un dispositif supraconducteur comprenant une enceinte cryogénique, un élément supraconducteur disposé dans l'enceinte cryogénique, tel qu'un câble supraconducteur ou un limiteur de courant de défaut supraconducteur, et un élément conducteur connecté à l'enceinte cryogénique. Le dispositif est particulièrement adapté pour raccorder l'élément supraconducteur à l'élément conducteur, qui peut notamment être une traversée électrique. La traversée électrique permet de relier l'élément supraconducteur à température cryogénique à un dispositif à température ambiante, par exemple à l'air libre. Un tel dispositif de raccordement entre l'élément supraconducteur disposé dans l'enceinte cryogénique et la traversée doit satisfaire à plusieurs 15 exigences. On souhaite d'abord éviter tout phénomène de claquage dans le milieu cryogénique. Le dispositif doit ensuite pouvoir supporter la contraction thermique de l'élément supraconducteur lors de son refroidissement dans l'enceinte 20 cryogénique, ainsi que la dilatation de l'élément supraconducteur lors du passage de la température dans l'enceinte de la température cryogénique à la température ambiante. Il est connu du document US 2006/0011377 d'utiliser un élément électrique coulissant pour autoriser les mouvements de l'élément supraconducteur. Une telle solution est toutefois onéreuse et de mise en 25 oeuvre complexe. Il existe en outre un risque de blocage de l'élément coulissant. Le dispositif doit également présenter une tolérance dimensionnelle durant l'assemblage. Un limiteur de courant de défaut pour câble supraconducteur peut en effet présenter une longueur de 5m dans un cryostat 30 de 8m de long et la position du limiteur de courant au regard de la traversée peut varier de quelques centimètres pendant l'assemblage. Le dispositif doit ainsi être capable de relier l'élément supraconducteur à la traversée dans un espace réduit, à l'intérieur du cryostat. Le dispositif doit enfin permettre de relier un élément supraconducteur horizontal à une traversée pouvant présenter différentes inclinaisons par rapport à l'élément supraconducteur, et notamment à une traversée verticale. L'invention vise à atteindre ces objectifs et à remédier aux inconvénients de l'état de la technique. L'invention a ainsi pour objet un dispositif supraconducteur comprenant une enceinte cryogénique, un élément supraconducteur situé dans l'enceinte cryogénique et un élément conducteur connecté à l'enceinte cryogénique. Conformément à l'invention, le dispositif comprend en outre un élément de liaison apte à relier l'élément supraconducteur à l'élément conducteur, l'élément de liaison étant flexible, élastique, et présentant une surface extérieure contrôlée de manière à éviter des concentrations locales de champ électrique sur ladite surface. Par � élément flexible � au sens de l'invention, on entend un élément qui se laisse plier facilement sans se rompre. Par � élément élastique � au sens de l'invention, on entend un élément qui reprend son état d'origine après avoir été déformé. Le caractère flexible de l'élément de liaison permet de supporter les contractions et dilatations thermiques de l'élément supraconducteur. Le caractère contrôlé de la surface externe de l'élément de liaison permet d'éviter tout phénomène de claquage dans l'enceinte cryogénique. Enfin, le caractère élastique de l'élément de liaison permet de retrouver la géométrie contrôlée de la surface externe de l'élément de liaison après un mouvement de l'élément supraconducteur. L'élément supraconducteur peut être un câble supraconducteur ou un limiteur de courant de défaut supraconducteur. L'élément conducteur peut être une traversée électrique. L'élément de liaison peut comprendre une portion intérieure conductrice longitudinale et une enveloppe extérieure coaxiale flexible, élastique, et présentant une surface extérieure contrôlée de manière à éviter des concentrations locales de champ électrique sur ladite surface. La portion intérieure et l'enveloppe extérieure peuvent être reliées à chacune de leurs extrémités à une pièce de connexion. Chaque extrémité de l'enveloppe extérieure peut être disposée entre une surface extérieure de la pièce de connexion à laquelle elle est liée et une 5 bague entourant la pièce de connexion. La surface extérieure contrôlée peut être toute surface lisse et est de préférence une surface ondulée. La surface extérieure contrôlée peut notamment être une surface à ondulation hélicoïdale. 10 L'élément supraconducteur et l'élément conducteur sont par exemple d'axes sensiblement orthogonaux. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux dessins 15 annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue générale en perspective d'un dispositif supraconducteur selon l'invention, - les figures 2A à 2E sont des vues de détail du dispositif, et - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une partie du 20 dispositif. Le dispositif supraconducteur 1, tel qu'illustré à la figure 1, comprend une enceinte cryogénique 2 à l'intérieur de laquelle se trouve un élément supraconducteur 3, ainsi qu'une traversée électrique 4. L'élément supraconducteur 3 peut être un câble supraconducteur ou 25 un limiteur de courant de défaut supraconducteur. Un limiteur de courant de défaut supraconducteur est un équipement électrique qui protège les réseaux électriques des courants de défaut élevés. L'élément supraconducteur 3 est placé dans un fluide cryogénique, tel que par exemple de l'azote liquide. Un fluide cryogénique est un fluide à basse 30 température, généralement inférieure à -150°C. Le fluide cryogénique contenu à l'intérieur de l'enveloppe interne du cryostat 2 refroidit l'élément supraconducteur 3 jusqu'à atteindre la température pour laquelle l'élément supraconducteur 3 est dans un état de supraconductivité. Cette température est par exemple de l'ordre de -196°C pour des supraconducteurs dit haute température. Du fait de la différence importante de température entre l'élément supraconducteur 3 et l'équipement à relier audit élément supraconducteur 3, c'est-à-dire du fait de la différence entre la température cryogénique qui peut être de l'ordre de -200°C et la température ambiante, de l'ordre de 20°C, il est nécessaire d'intercaler la traversée électrique 4 entre l'élément supraconducteur 3 et l'équipement afin d'effectuer la transition de température en limitant au maximum les pertes thermiques, tout en respectant les contraintes électriques dues par exemple à la haute tension. La traversée électrique 4 est composée principalement d'un conducteur central entouré d'une gaine isolante, pour transporter le courant électrique de l'élément supraconducteur 3 jusqu'à une connexion de sortie à température ambiante. Conformément à l'invention, un élément de liaison 5 est disposé dans l'enceinte cryogénique 2 de manière à relier l'élément supraconducteur 3 à la traversée électrique 4. Tel qu'illustré à la figure 2A, l'élément de liaison 5 comprend une portion longitudinale 5a toronnée en cuivre qui est reliée à une de ses extrémités à une pièce de connexion 5b destinée à la connexion de l'élément de liaison 5 à l'élément supraconducteur, et qui est reliée à son autre extrémité à une pièce de connexion 5c destinée à la connexion l'élément de liaison 5 à la traversée électrique. Les fils constituant la portion centrale 5a peuvent s'écarter de la surface de la portion centrale 5a et peuvent ainsi créer un effet de brin ou effet de pointe qui est une concentration locale importante de champ électrique. Cette concentration de champ est à éviter car elle peut entraîner un claquage électrique dans l'azote liquide. C'est pourquoi la portion centrale 5a est entourée d'une portion extérieure cylindrique 5d, tel qu'illustré à la figure 2B. La portion extérieure 5d et la portion centrale 5a sont sensiblement coaxiales. La portion extérieure 5d est de forme ondulée, et est par exemple en acier inoxydable. La portion extérieure 5d peut ainsi être une surface à ondulation hélicoïdale, comme par exemple le produit corrugué commercialisé sous la dénomination CRYOFLEX� par la société Nexans. La surface de la portion extérieure 5d est ainsi contrôlée de manière à masquer tout effet de pointe lié à la surface non lisse de la portion centrale 5a. La portion extérieure 5d est reliée à ses extrémités aux pièces de connexion 5b et 5c. Les portions centrale 5a et extérieure 5d sont ainsi au même potentiel, ce qui évite tout claquage électrique entre elles. Le profil de la surface de la portion extérieure 5d est par exemple sinusoïdal, mais peut être également tout profil ondulé. Le profil ondulé de la portion extérieure 5d fait que celle-ci peut exercer la fonction d'un ressort. La portion extérieure 5d est ainsi élastique et peut retrouver sa forme initiale après avoir été déformée après la contraction ou la dilatation de l'élément supraconducteur. Le fait de retrouver la forme initiale contrôlée de la portion extérieure 5d permet d'éviter tout effet de pointe qui pourrait apparaître lors de la déformation de la portion extérieure 5d. Tel qu'illustré à la figure 2C, les pièces de connexion 5b et 5c sont avantageusement munies de lamelles 5e, de manière à faciliter la connexion des pièces de connexion 5b,5c avec l'élément supraconducteur et la traversée électrique. Tel qu'illustré à la figure 2D, chaque extrémité de la portion extérieure 5d est de préférence disposée entre la pièce de connexion 5b,5c correspondante et une bague 5f, de manière à masquer un éventuel effet de pointe aux extrémités de la portion extérieure 5d. Les bagues 5f peuvent être vissées sur chaque pièce de connexion 5b,5c. Une vue de détail en coupe longitudinale de ce mode de réalisation est montrée à la figure 3. La figure 2E illustre un exemple de connexion entre une extrémité de l'élément supraconducteur 3 et une extrémité de la traversée électrique 4, à l'aide de l'élément de liaison 5. REVENDICATIONS1. Dispositif supraconducteur (1) comprenant une enceinte cryogénique (2), un élément supraconducteur (3) situé dans l'enceinte cryogénique (2) et un élément conducteur (4) connecté à l'enceinte cryogénique (2), caractérisé en ce que le dispositif (1) comprend en outre un élément de liaison (5) apte à relier l'élément supraconducteur (3) à l'élément conducteur (4), et en ce que l'élément de liaison (5) est flexible, élastique, et présente une surface extérieure contrôlée de manière à éviter des concentrations locales de champ électrique sur ladite surface. 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément supraconducteur (3) est un câble supraconducteur ou un limiteur de courant de défaut supraconducteur. 3. Dispositif (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément conducteur (4) est une traversée électrique. 4. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément de liaison (5) comprend une portion intérieure (5a) conductrice longitudinale et une enveloppe extérieure (5d) coaxiale flexible, élastique, et présentant une surface extérieure contrôlée de manière à éviter des concentrations locales de champ électrique sur ladite surface. 5. Dispositif (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la portion intérieure (5a) et l'enveloppe extérieure (5d) sont reliées à chacune de leurs extrémités à une pièce de connexion (5b,5c). 6. Dispositif (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque extrémité de l'enveloppe extérieure (5d) est disposée entre une surface extérieure de la pièce de connexion (5b,5c) à laquelle elle est liée et une bague (5f) entourant la pièce de connexion (5b,5c). 7. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la surface extérieure contrôlée est une surface ondulée. 8. Dispositif (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la surface extérieure contrôlée est une surface à ondulation hélicoïdale. 9. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'élément supraconducteur (3) et l'élément conducteur (4) sont d'axes 5 sensiblement orthogonaux.