Etudes numériques et expérimentales pour l'optimisation et la protection des bobinages HTc NI-MI
Wed, Oct. 05th 2022, 13:30
Les bobinages REBCO No- ou Metal-Insulation (NI et MI) ouvrent la voie aux aimants à très haut champ, mais leur fonctionnement transitoire doit être compris et optimisé. La protection des électro-aimants constitués de bobines isolées utilisant des supraconducteurs à haute température (HTS) reste difficile à mettre en œuvre en raison de la faible vitesse de propagation du quench. Pour cette raison, l'isolation traditionnelle peut être retirée et remplacée par un ruban métallique. Une bobine NI ou MI assure une protection et améliore la stabilité thermique de l'aimant. L'objectif de ce travail est de comprendre le phénomène de redistribution des courants radiaux et azimutaux pendant les régimes transitoires dans les bobines NI ou MI HTS.
Pour cela, un modèle de circuit équivalent à éléments partiels (PEEC) simulant le cas d'une simple galette soumise à un quench a été utilisé. Ce modèle permet de contrôler les valeurs des courants radiaux et azimutaux à l'intérieur de la galette. Le code a été modifié pour simuler le comportement d'une bobine constituée de plusieurs galettes pendant un quench, ou pendant d'autres régimes transitoires. Le comportement d'une bobine NI-MI pendant les régimes transitoires est principalement basé sur la valeur de la résistance de contact électrique entre chaque spire.
Des mesures expérimentales ont été effectuées pour déterminer la résistance de contact entre des rubans HTS non isolés de 6 mm de large en fonction de la contrainte mécanique appliquée à un empilement de rubans et refroidie à l'azote liquide. Un grand nombre d'échantillons ont été testés pour différents fabricants. Le changement de la nature de l'isolation entre les spires modifie la valeur de la résistance de contact et donc le comportement d'une bobine. Dans une seconde partie, des dépôts de couches atomiques en Al2O3 de quelques centaines de nanomètres sur des rubans supraconducteurs ou métalliques ont été testés afin de modifier la résistance de contact. L'objectif est de déposer un matériau isolant sur un ruban afin d'ajuster la résistance de contact entre deux rubans.
Enfin, le modèle PEEC a été complété pour étudier le comportement d'une bobine lors d'un quench avec une limitation en tension de l'alimentation. Le principe est d'utiliser la forte augmentation de la résistivité d'une galette MI lors d'un quench et d'ajuster la tension maximale de la source de courant pour obtenir une décroissance rapide du courant d'alimentation de manière passive une fois la tension atteinte. Des simulations et des mesures expérimentales ont été réalisées sur un aimant composé de quatre galettes afin de démontrer l'utilisation de la technologie MI pour améliorer la protection contre les quenchs.
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