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

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: