ESTRUCTURA DE TRAVESIA ELECTRICA PARA ELEMENTO SUPRACONDUCTOR.

Estructura de travesía eléctrica (10) del tipo que comprende:

- un conductor central (19) en el que uno (26) de sus dos extremos está destinado a conectarse a un elemento supraconductor situado en un recinto a temperatura criogénica (11) y el otro extremo (25) a un objeto a temperatura ambiente,

y

- una funda eléctricamente aislante (20) que rodea el conductor en sensiblemente toda la longitud del conductor,

- un tubo metálico (24) que rodea el conductor en sensiblemente toda su longitud y se interpone entre la funda aislante (20) y el conductor (19), estando el tubo fijado mecánicamente al conductor cerca de uno de los extremos (25, 26) del conductor, denominado primer extremo, y no estando fijado mecánicamente al conductor cerca del otro de los extremos del conductor, denominado segundo extremo,

- un espacio entre dicho conductor y dicho tubo que contiene un gas, cuya estructura se caracteriza porque el tubo está en contacto eléctrico con dicho segundo extremo del conductor

Tipo: Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: W07051547FR.

Solicitante: NEXANS.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 16, RUE DE MONCEAU,75008 PARIS.

Inventor/es: MIREBEAU, PIERRE, LALLOUET,NICOLAS, DELPLACE,SEBASTIEN.

Fecha de Publicación: .

Fecha Concesión Europea: 19 de Agosto de 2009.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H02G15/34 ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02G INSTALACION DE CABLES O DE LINEAS ELECTRICAS, O DE LINEAS O CABLES ELECTRICOS Y OPTICOS COMBINADOS (conductores o cables aislados con disposiciones para facilitar el montaje o la fijación H01B 7/40; puntos de distribución con interruptores H02B; guiado de cable de teléfono H04M 1/15; canalizaciones para cables o instalaciones de cables en las centrales telefónicas o telegráficas H04Q 1/06). › H02G 15/00 Accesorios de cables. › Accesorios de cable para cables criogénicos.

Clasificación PCT:

  • H02G15/34 H02G 15/00 […] › Accesorios de cable para cables criogénicos.
ESTRUCTURA DE TRAVESIA ELECTRICA PARA ELEMENTO SUPRACONDUCTOR.

Fragmento de la descripción:

Estructura de travesía eléctrica para elemento supraconductor.

La presente invención concierne a una estructura de travesía eléctrica para un elemento supraconductor, tal como un cable que transporta corriente eléctrica de tensión media o alta. Esta estructura permite unir el extremo del elemento supraconductor a temperatura criogénica a un objeto, por ejemplo a un cable no supraconductor o a un equipo a temperatura ambiente, habitualmente al aire libre.

Debido a la diferencia importante de temperatura entre el elemento supraconductor y el objeto a unir a este elemento, por una parte, la temperatura criogénica que puede ser del orden de -200ºC y, por otra parte, la temperatura ambiente, es necesario intercalar una estructura de conexión entre el elemento supraconductor y el objeto a fin de efectuar la transición de temperatura limitando al máximo las pérdidas térmicas, a la vez que se respetan las restricciones eléctricas debidas, por ejemplo, a la alta tensión en el caso de un cable. Esta estructura comprende una travesía eléctrica compuesta principalmente por un conductor central rodeado de una funda aislante para transportar la corriente eléctrica del cable supraconductor hasta una conexión de salida de temperatura ambiente. Esta estructura, sobre una longitud razonable, debe efectuar la transición de temperatura mientras asegura que las pérdidas por conducción térmica a lo largo de la travesía eléctrica son escasas, con el fin de evitar la ebullición del líquido criogénico que refrigera el cable.

Otro problema técnico a resolver es controlar la distribución del campo eléctrico creado por la tensión media o alta del conductor central de la travesía eléctrica con el fin de evitar arcos eléctricos o "restallidos".

El conductor central de la travesía está constituido por un conductor metálico cilíndrico de diámetro suficientemente grande para permitir el transporte de corrientes eléctricas de intensidad importante. Por ejemplo, para corrientes del orden de varios miles de amperios, el diámetro del conductor central puede ser del orden de 50 a 70 mm. Al ser también la tensión eléctrica habitualmente elevada, por ejemplo de 100.000 voltios, la funda que rodea el conductor central debe ser perfectamente aislante con el fin de evitar la formación de restallidos y esto sobre toda la longitud de la estructura de travesía, que puede alcanzar varios metros de longitud.

Las diferencias de temperatura todo a lo largo de la travesía plantean un problema de conservación del buen aislamiento eléctrico de la funda que rodea el conductor central. En efecto, los materiales que constituyen el conductor (por ejemplo, aluminio o cobre) y la funda (por ejemplo, epoxi) tienen conductividades térmicas diferentes, lo que puede generar tensiones en la interfaz entre el conductor y la funda. Así, un flujo térmico importante que se propague en la travesía puede conducir localmente a un gradiente de temperatura elevada entre la funda y el conductor, lo que puede fisurar la funda y destruir en gran parte su poder de aislamiento. Además, la diferencia de coeficiente de dilatación térmica de los materiales que constituyen el conductor y la funda puede ser la causa de tensiones mecánicos entre la funda y el conductor y, por tanto, la causa de fisuras en la funda.

A fin de evitar la formación de estas fisuras, una solución conocida consiste en elegir los materiales que constituyen la funda y el conductor central de tal modo que sus coeficientes de dilatación térmica sean sensiblemente idénticos. Por ejemplo, ciertas composiciones específicas de aleaciones de aluminio y de resinas epoxi tienen coeficientes de dilatación térmica muy próximos, cuya diferencia puede ser del orden de 5x10-6 por grado Kelvin. Esta solución permite limitar el riesgo de formación de fisuras, pero no lo elimina completamente, ya que es muy difícil, o incluso también prácticamente imposible, encontrar un material buen conductor de la electricidad, por un parte, y un material aislante, por otra parte, que tengan el mismo comportamiento térmico, en particular el mismo coeficiente de dilatación térmica y la misma conductividad térmica. Además, los dos materiales deben poder soportar sin deteriorarse variaciones de temperatura del orden de -200ºC hasta las temperaturas ambiente.

La solicitud de patente EP 1 283 576 A1 describe el preámbulo de la reivindicación 1 según una estructura de travesía eléctrica del tipo que comprende:

    - un conductor central en el que uno de los sus extremos está destinado a conectarse a un elemento supraconductor situado en un recinto a temperatura criogénica y el otro extremo a un objeto a temperatura ambiente,
    - una funda eléctricamente aislante que rodea el conductor sobre sensiblemente toda la longitud del conductor, y
    - un tubo metálico que rodea el conductor sobre sensiblemente toda su longitud y se interpone entre la funda aislante y el conductor, estando el tubo fijado mecánicamente al conductor cerca del extremo del conductor conectado al elemento supraconductor y no estando fijado mecánicamente al conductor cerca del extremo del conductor conectado a dicho objeto a temperatura ambiente.

No obstante, el tubo es de acero inoxidable, que es un mal conductor y no tiene función eléctrica, puesto que no está unido a uno de los extremos. La totalidad de la corriente transportada del elemento supraconductor al objeto a temperatura ambiente se transmite por el conductor.

Resultan de esto una pérdida de sección eficaz para el transporte de corriente a lo largo de la travesía y un riesgo importante de calentamiento y de pérdidas al nivel de esta travesía.

La invención resuelve este problema y propone una estructura de travesía eléctrica del tipo que comprende:

    - un conductor central en el que uno de los sus extremos está destinado a conectarse a un elemento supraconductor situado en un recinto a temperatura criogénica y el otro extremo a un objeto a temperatura ambiente, y
    - una funda eléctricamente aislante que rodea el conductor sobre sensiblemente toda la longitud del conductor,
    - un tubo metálico que rodea el conductor sobre sensiblemente toda su longitud e interpuesto entre la funda aislante y el conductor, estando el tubo fijado mecánicamente al conductor cerca de uno de los extremos del conductor, denominado primer extremo, y no estando fijado mecánicamente al conductor cerca del otro de los extremos del conductor, denominado segundo extremo,
    - un espacio entre dicho conductor y dicho tubo que contiene un gas, cuya estructura se caracteriza porque el tubo está en contacto eléctrico con dicho segundo extremo del conductor.

La presente invención propone así una estructura mejorada de la travesía eléctrica que, al mismo tiempo, resuelva los problemas ligados a las diferencias de coeficientes de dilatación y de conductibilidad térmicas entre los materiales que constituyen la funda y el conductor central y mejore la capacidad de transporte de corriente de la travesía y limite los problemas de estanqueidad del espacio entre el conductor y el tubo.

Según un modo de realización preferido, dicho segundo extremo es su extremo destinado a conectarse al elemento supraconductor.

Dicho gas es un gas no controlado, de preferencia aire o nitrógeno.

Según el documento de la técnica anterior ya citado, la estructura de travesía puede comprender un conductor central rodeado de un espacio en el cual se ha creado un vacío o el cual se ha llenado de helio, que no se licúa a temperatura criogénica. El espacio bajo vacío o lleno de helio se extiende desde la parte a temperatura criogénica hasta la parte a temperatura ambiente. El inconveniente de esta solución reside en la necesidad de una buena estanqueidad de la estructura de travesía, lo que conduce a restricciones de realización difíciles y costosos. En efecto, no debe existir comunicación entre el espacio que rodea el conductor central y las otras partes de la travesía:

    - en la parte superior a fin de conservar el vacío o el helio en este espacio, rompiendo una fuga en la parte alta con el medio a temperatura ambiente esta atmósfera controlada;
    - en la parte inferior a fin de evitar una penetración eventual del fluido criogénico en este espacio que rompa igualmente esta atmósfera controlada.

 


Reivindicaciones:

1. Estructura de travesía eléctrica (10) del tipo que comprende:

    - un conductor central (19) en el que uno (26) de sus dos extremos está destinado a conectarse a un elemento supraconductor situado en un recinto a temperatura criogénica (11) y el otro extremo (25) a un objeto a temperatura ambiente, y
    - una funda eléctricamente aislante (20) que rodea el conductor en sensiblemente toda la longitud del conductor,
    - un tubo metálico (24) que rodea el conductor en sensiblemente toda su longitud y se interpone entre la funda aislante (20) y el conductor (19), estando el tubo fijado mecánicamente al conductor cerca de uno de los extremos (25, 26) del conductor, denominado primer extremo, y no estando fijado mecánicamente al conductor cerca del otro de los extremos del conductor, denominado segundo extremo,
    - un espacio entre dicho conductor y dicho tubo que contiene un gas, cuya estructura se caracteriza porque el tubo está en contacto eléctrico con dicho segundo extremo del conductor.

2. Estructura de travesía eléctrica según la reivindicación 1, caracterizada porque dicho primer extremo del conductor es su extremo (26) destinado a conectarse al elemento supraconductor.

3. Estructura según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicho gas es aire o nitrógeno.

4. Estructura de travesía eléctrica según la reivindicación 2, caracterizada porque la fijación mecánica entre dicho conductor (19) y dicho tubo (24) al nivel de dicho primer extremo del conductor (19) está recubierta por dicha funda aislante (20).

5. Estructura de travesía eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el tubo (24) está realizado en una aleación de aluminio o en cobre.

6. Estructura de travesía eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la funda aislante (20) está realizada en resina epoxi.

7. Estructura de travesía eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el coeficiente de dilatación térmica del metal que constituye el tubo (24) está próximo al coeficiente de dilatación térmica del material que constituye la funda aislante (20).

8. Estructura de travesía eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque unas láminas metálicas flexibles (40) están interpuestas entre el tubo y el conductor cerca del extremo del tubo (24) no fijado mecánicamente al conductor, asegurando las láminas (40) un contacto eléctrico entre el tubo (24) y el conductor (19).

9. Estructura de travesía eléctrica según las reivindicaciones 2 y 6, caracterizada porque las láminas metálicas (40) están interpuestas entre el tubo (24) y el conductor (19) cerca del extremo (25) del conductor destinado a conectarse a dicho objeto.

10. Estructura de travesía eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el espesor del tubo (24) está comprendido entre 0,5 y 3 mm y, más particularmente, entre 1 y 2 mm.

11. Estructura de travesía eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque una pantalla eléctricamente conductora (23) rodea la funda aislante (20), en contacto con ella, en al menos una parte de la funda que se extiende desde el extremo (26) de la travesía en contacto con el recinto a temperatura criogénica (11) hasta un lugar de la funda cuya temperatura es intermedia entre las temperaturas criogénica y ambiente.

12. Estructura de travesía eléctrica según la reivindicación 9, caracterizada porque un cono de tensión (24A) está fijado alrededor de la funda (20), extendiéndose la pantalla conductora (23) desde el extremo (26) de la travesía en contacto con el recinto a temperatura criogénica hasta el cono de tensión.

13. Estructura de travesía eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el conductor central (19) tiene una sección sensiblemente uniforme con excepción de la sección de la parte (32) del conductor central (19) situada cerca del recinto criogénico (11), siendo la sección de dicha parte (32) más pequeña que dicha sección sensiblemente uniforme.

14. Estructura de travesía eléctrica según la reivindicación 11, caracterizada porque dicha parte (32) del conductor central tiene una forma sensiblemente troncocónica.


 

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