Brevet FR3017254A1 — publié le 20150807

DISPOSITIF DE CON N EXI ON D'UN CABLE SUPRACONDUCTEUR PRI NCI PAL A UNE PLURALI TE DE CABLES SUPRACONDUCTEURS SECONDAI RES La présente invention a pour objet un dispositif de connexion d'un câble supraconducteur principal à une pluralité de câbles supraconducteurs secondaires. Elle est particulièrement adaptée à la connexion de câbles supraconducteurs à haute température, refroidis notamment à l'azote liquide, monophasés ou triphasés. La supériorité technique des câbles supraconducteurs est due aux propriétés du matériau constituant le conducteur. A des températures avoisinant -200°C, le matériau se transforme en un conducteur électrique quasi parfait, capable de transporter au moins cent fois plus d'électricité que le cuivre. La compacité du supraconducteur, en dépit de son enveloppe de refroidissement, lui confère une capacité de transport d'électricité cinq fois supérieure à celle d'un câble cuivre de même section, et ce avec des pertes électriques bien moindres. Un câble supraconducteur 1, tel qu'illustré à la figure 1, comprend, de l'intérieur du câble vers l'extérieur du câble, un conduit central 2 aller de liquide cryogénique, un premier conducteur de phase 3, une première couche de matériau diélectrique 4, un deuxième conducteur de phase 5, une deuxième couche de matériau diélectrique 6, un troisième conducteur de phase 7, une troisième couche de matériau diélectrique 8, un écran 9, un conduit 10 retour de liquide cryogénique, et une enveloppe cryogénique 11. Dans le cas d'un câble supraconducteur à haute température, le liquide cryogénique est typiquement de l'azote liquide. Le câble supraconducteur 1 peut transporter des courants élevés avec un minimum de pertes et des sections inférieures à celle d'un câble en cuivre de même capacité. Le câble 1 illustré à la figure 1 est un câble supraconducteur concentrique triphasé, mais pourrait également comprendre un nombre différent de phases, comme par exemple dans le cas d'un câble monophasé. Il apparaît souhaitable de pouvoir connecter un câble supraconducteur principal à plusieurs câbles supraconducteurs secondaires, de manière à répartir le courant issu du câble supraconducteur principal dans les différents câbles supraconducteurs secondaires. La présente invention vise à atteindre cet objectif. L'invention a ainsi pour objet un dispositif de connexion d'un câble supraconducteur principal à une pluralité de câbles supraconducteurs secondaires. Le dispositif selon l'invention comprend : - un câble supraconducteur principal muni d'un écran et d'au moins un conducteur de phase, - plusieurs câbles supraconducteurs secondaires munis chacun d'un écran et d'au moins un conducteur de phase, - l'écran du câble supraconducteur principal étant relié à l'écran de 15 chaque câble supraconducteur secondaire à l'aide d'un élément de connexion d'écran, chaque conducteur de phase du câble supraconducteur principal étant relié au conducteur de phase correspondant (c'est-à-dire de même phase) de chaque câble supraconducteur secondaire à l'aide d'un élément de connexion 20 de phase. L'élément de connexion d'écran et le ou les éléments de connexion de phase sont typiquement disposés à l'intérieur d'un cryostat. Un fluide cryogénique peut être contenu à l'intérieur du cryostat. Un matériau de connexion est avantageusement disposé entre 25 l'élément de connexion d'écran et l'écran du câble supraconducteur principal, ainsi qu'entre l'élément de connexion d'écran et chaque écran des câbles supraconducteurs secondaires. De la même façon, un matériau de connexion est avantageusement disposé entre chaque élément de connexion de phase et le conducteur de 30 phase correspondant du câble supraconducteur principal, ainsi qu'entre chaque élément de connexion de phase et chaque conducteur de phase correspondant des câbles supraconducteurs secondaires. Le matériau de connexion peut être un matériau de soudure ou de brasure. Pour le câble supraconducteur principal et pour chaque câble supraconducteur secondaire, les zones situées longitudinalement entre les 5 éléments de connexion adjacents peuvent être recouvertes d'un élément de lissage du champ électrique. Le câble supraconducteur principal et les câbles supraconducteurs secondaires sont de préférence disposés parallèlement dans le dispositif. Le dispositif peut par exemple comprendre un câble supraconducteur 10 principal monophasé et des câbles supraconducteurs secondaires monophasés ou un câble supraconducteur principal triphasé et des câbles supraconducteurs secondaires triphasés. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à 15 titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1, déjà décrite, est une vue en perspective éclatée d'un câble supraconducteur, - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif de 20 connexion selon l'invention, conformément à un premier mode de réalisation, - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif de connexion selon l'invention, conformément à un deuxième mode de réalisation, - la figure 4 est une vue en coupe transversale d'un dispositif de 25 connexion de selon l'invention, conformément à un troisième mode de réalisation, - la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif de connexion selon l'invention, conformément à un quatrième mode de réalisation. 30 Un dispositif de connexion selon l'invention, tel qu'illustré en coupe longitudinale à la figure 2, est destiné à connecter un câble supraconducteur 1, appelé câble supraconducteur principal, à plusieurs câble supraconducteurs 1A, appelés câbles supraconducteurs secondaires. Les câbles supraconducteurs principal 1 et secondaires 1A peuvent être similaires au câble supraconducteur illustré à la figure 1. Pour assurer la connexion des différents câbles 1,1A, ceux-ci sont disposés parallèlement les uns aux autres, au niveau de leur extrémité, et sont dénudés progressivement en escalier, de l'extérieur vers l'intérieur du câble. La première connexion qui est réalisée est la connexion de l'écran 9 du câble principal aux écrans 9A des câbles secondaires 1A. Dans un câble supraconducteur, l'écran est un élément électriquement conducteur, de préférence métallique. L'écran est électriquement connecté à un potentiel fixe, de préférence au potentiel de la terre. Il a pour fonction de confiner le champ électrique le long du conducteur entre les conducteurs de phase et l'écran. Les écrans 9,9A sont connectés à l'aide d'un élément de connexion d'écran 12 qui relie entre eux les différents écrans 9,9A. L'élément de connexion d'écran 12 peut se présenter sous la forme d'une barre ou d'un anneau métallique. Pour faciliter la connexion, on dispose avantageusement un matériau de connexion 13, tel qu'un matériau de soudure ou de brasure, entre l'élément de connexion 12 et les écrans 9,9A. Les écrans 9,9A peuvent être en un matériau supraconducteur ou non, par exemple en cuivre ou en aluminium. De la même façon, le troisième conducteur de phase 7 du câble principal 1 est ensuite connecté aux troisièmes conducteurs de phases 7A des câbles secondaires 1A, à l'aide d'un élément de connexion de phase 14. Comme pour la connexion des écrans 9,9A, on dispose avantageusement un matériau de connexion 13, tel qu'un matériau de soudure ou de brasure, entre l'élément de connexion 12 et les troisièmes conducteurs de phases 7,7A. Le deuxième conducteur de phase 5 du câble principal 1 est également connecté aux deuxièmes conducteurs de phases 5A des câbles secondaires 1A, à l'aide d'un élément de connexion de phase 14. De la même façon, on dispose avantageusement un matériau de connexion 13, tel qu'un matériau de soudure ou de brasure, entre l'élément de connexion de phase 14 et les deuxièmes conducteurs de phases 5,5A. Enfin, le premier conducteur de phase 3 du câble principal 1 est également connecté aux deuxièmes conducteurs de phases 3A des câbles secondaires 1A, à l'aide d'un élément de connexion de phase 14. On dispose avantageusement un matériau de connexion 13, tel qu'un matériau de soudure ou de brasure, entre l'élément de connexion de phase 14 et les premiers conducteurs de phases 3,3A. Les zones du dispositif situées longitudinalement entre les éléments de connexion 12,14, c'est-à-dire les couches de matériau diélectrique 4,6,8, sont avantageusement recouvertes d'un élément de lissage 15 du champ électrique, par exemple un cône de contrainte qui peut être en papier ou en polypropylène. L'élément de lissage 15 est destiné à éviter les claquages dans le dispositif. Les éléments décrits ci-dessus sont immergés dans un fluide cryogénique 16, par exemple de l'azote liquide. Le fluide cryogénique 16 est 15 contenu dans un cryostat 17 qui est relié aux cryostats 18 des différents câbles supraconducteurs 1,1A, via par exemple des cryostats de connexion 19. Tel qu'illustré à la figure 2, le câble supraconducteur principal 1 est connecté à deux câbles supraconducteurs secondaires 1A. On peut toutefois concevoir que le câble principal 1 soit connecté à davantage de câbles 20 secondaires 1A. De la même façon, bien que le câble supraconducteur principal 1 et les câbles supraconducteurs secondaires 1A illustrés à la figure 1 soient des câbles triphasés, le dispositif selon l'invention peut également connecter des câbles à une ou plusieurs phases. La figure 3, sur laquelle les éléments 25 identiques à ceux de la figure 2 portent les mêmes références, illustre en coupe longitudinale la connexion d'un câble principal 1 monophasé à deux câbles secondaires 1A monophasés. La figure 4 est une vue en coupe A-A de la figure 2, dans le cas où un câble principal 1 est connecté à six câbles secondaires 1A. 30 Dans un autre mode de réalisation, tel qu'illustré à la figure 5, le câble principal 1 monophasé est connecté à cinq câbles secondaires 1A monophasés. Dans ce mode de réalisation, un unique élément central de connexion de phase 14 permet de relier le conducteur de phase du câble principal aux conducteurs de phase des cinq câbles secondaires 1A. Les écrans des deux câbles secondaires 1A inférieurs sont connectés à l'écran du câble principal à l'aide d'un élément de connexion d'écran 12 inférieur. Les écrans des trois câbles secondaires 1A supérieurs sont connectés entre eux à l'aide d'un élément de connexion d'écran 12 supérieur qui est relié à la terre.10 REVENDICATIONS1. Dispositif de connexion d'un câble supraconducteur principal (1) à une pluralité de câbles supraconducteurs secondaires (1A), caractérisé en ce qu'il comprend : un câble supraconducteur principal (1) muni d'un écran (9) et d'au moins un conducteur de phase (3,5,7), plusieurs câbles supraconducteurs secondaires (1A) munis chacun d'un écran (9A) et d'au moins un conducteur de phase (3A,5A,7A), l'écran (9) du câble supraconducteur principal (1) étant relié à l'écran (9A) de chaque câble supraconducteur secondaire (1A) à l'aide d'un élément de connexion d'écran (12), chaque conducteur de phase (3,5,7) du câble supraconducteur principal (1) étant relié au conducteur de phase correspondant (3A,5A,7A) de chaque câble supraconducteur secondaire (1A) à l'aide d'un élément de connexion de phase (14). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de connexion d'écran (12) et le ou les éléments de connexion de phase (14) sont disposés à l'intérieur d'un cryostat (17). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un fluide cryogénique (16) est contenu à l'intérieur du cryostat (17). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un matériau de connexion (13) est disposé entre l'élément de connexion d'écran (12) et l'écran (9) du câble supraconducteur principal (1), ainsi qu'entre l'élément de connexion d'écran (12) et chaque écran (9A) des câbles supraconducteurs secondaires (1A). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un matériau de connexion (13) est disposé entre chaque élément de connexion de phase (14) et le conducteur de phase (3,5,7)correspondant du câble supraconducteur principal (1), ainsi qu'entre chaque élément de connexion de phase (14) et chaque conducteur de phase (3A,5A,7A) correspondant des câbles supraconducteurs secondaires (1A). 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le matériau de connexion (13) est un matériau de soudure ou de brasure. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que pour le câble supraconducteur principal (1) et pour chaque câble supraconducteur secondaire (1A), les zones situées longitudinalement entre les éléments de connexion adjacents sont recouvertes d'un élément de lissage du champ électrique (15). 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le câble supraconducteur principal (1) et les câbles supraconducteurs secondaires (1A) sont disposés parallèlement dans le dispositif. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le dispositif comprend un câble supraconducteur principal (1) monophasé et des câbles supraconducteurs secondaires (1A) monophasés ou un câble supraconducteur principal (1) triphasé et des câbles supraconducteurs secondaires (1A) triphasés.20