CONTRIBUTIONS A L'ETUDE DES BOBINAGES SUPRACONDUCTEURS :
LE PROJET DGA DU SMES HTS IMPULSIONNEL
Résumé
In the context of a DGA (Délégation Générale pour l'Armement) contract with the company Nexans, the CRTBT-CNRS developed a superconductive winding for the storage of energy, or SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage), with Bi-2212 PIT tapes operated at 20!K. The use of a superconductive winding makes possible to store the electric power in magnetic form without energy conversion and for very long times. Winding stores 800 kJ to be discharged in 1 s to reach a power of 500 kW on the load, which generates a maximum tension of 5 kV. Cryogenics is carried out with copper parts which connect the cryocoolers and winding, with a maximum temperature difference of 2 K. The HT (High Voltage) interface between the drains and winding has a dielectric strength of 5 kV which makes possible to effectively cool the current leads and the 26 pancakes, made of 40 km of conductor. The dissipated energy in the copper and winding during the discharge is 1 % of stored energy. Thermal measurements at 20 K were carried out on samples to measure HT interface for example, then on a winding of reduced size to validate the adopted solutions. The soldering process of the superconductive tapes developed by Nexans makes it possible to adapt the geometry of the conductor to its situation in winding. The tests of the first ten pancakes validate developed cryogenics. The study of extrapolation for a 20 MJ SMES present finally a toroidal geometry adapted to a cooling by thermosiphon with a two-stage cable Rutherford/6+1 made of Bi-2212 round wire.
Dans le contexte d'un contrat de la Délégation Générale pour l'Armement (DGA) avec la société Nexans, le CRTBT-CNRS a développé une bobine supraconductrice de stockage d'énergie, ou SMES Superconducting Magnetic Energy Storage), avec des rubans PIT Bi-2212 pour un fonctionnement à 20 K. L'utilisation d'un bobinage supraconducteur permet de stocker l'énergie électrique sous forme magnétique sans conversion d'énergie, ceci pendant des temps très longs. Le bobinage stocke 800!kJ à décharger en 1 s pour atteindre une puissance de 500 kW sur la charge, ce qui génère une tension maximale de 5 kV. La cryogénie est réalisée avec des pièces en cuivre qui relient les cryoréfrigérateurs et le bobinage, avec différence de température de 2 K au maximum. L'interface HT (Haute Tension) entre les drains et le bobinage a une tenue diélectrique de 5 kV et permet de refroidir efficacement les amenées de courant et les 26 galettes, soit 40 km de ruban. L'énergie dissipée dans le cuivre et le bobinage pendant la décharge représente 1 l'énergie stockée. Des mesures thermiques à 20 K ont été réalisées sur des échantillons pour mesurer l'interface!HT par exemple, puis sur un bobinage de dimensions réduites pour valider les solutions retenues. Le procédé de coétamage des rubans supraconducteurs développés par Nexans permet d'adapter la géométrie du conducteur à sa situation dans le bobinage. Les essais des dix premières galettes bobinées a validé la cryogénie développée. L'étude d'extrapolation pour un SMES de 20 MJ présente une géométrie torique adaptée à un refroidissement par thermosiphon avec un câble bi-étagé Rutherford / 6+1 en fils ronds de Bi-2212.
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