Brevet FR2053326A1 — publié le 19710416

L'invention concerne un dispositif pour la mesure de courants circulant dans des conducteurs à haute tension, avec transmission des valeurs de mesure sous la forme d'impulsions entre un dispositif émetteur situé du côté haute tension et un dispositif récepteur situé du côté basse tension. Dans de nombreux dispositifs de mesure connus de ce genre, on soumet les valeurs instantanées du courant à mesurer, le plus souvent sinusoidal, à un codage par impulsions et on transforme les imoulsions électriques obtenues de cette manière en impulsions lumineuses qui sont par exemple dirigées par un conducteur de lumière vers le dispositif récepteur au potentiel de basse tension. La' on transforme les impulsions lumineuses en impulsions électriques et on yvprocède à un traitement ultérieur, digital ou analogique. La précision de ces dispositifs de mesure connus dépend essentiellement du nombre de valeurs instantanées en lesquelles une période de courant est décomposée. L'accroissement de la précision des mesures s'accompagne donc d'une augmentation de l'appareillage nécessaire au codage ; pour parvenir à une précision suffisante, il est nécessaire de prévoir des frais relativement importants, tout d'abord en ce qui concerne le codeur qui doit assurer par exemple une fréquence de répétition de 0,5 à 1 NEz environ pour la transmission des impulsions. Cela a pour conséquence que les exigences, tant en ce qui concerne les composants qui délivrent les impulsions lumineuses, tels que diodes à luminescence, diodes à laser, etc., que les éléments photoélectriques dans le dispositif récepteur du côté basse tension sont particulièrement sévères à ces fréquences élevées. De même, les frais relatifs au convertisseur digital /analogique dans le dispositif récepteur pour le décodage des valeurs de mesure codées, sont relativement élevés. Dans un autre dispositif connu de mesure à haute tension pour la mesure de grandeurs alternatives, dans lequel les grandeurs alternatives à mesurer sont transformées du coté haute tension en un signal qui est retransmis au récepteur avec interposition d'un isolateur au moyen de deux dispositifs de transmission, ces difficultés sont partielLement évitées par le fait qu'un premier dispositif de transmission ne transmet que l'amplitude des grandeurs alternatives et qu'un second dispositif de transmission ne transmet que la position dans le temps du passage par zéro. Un dispositif de mesure à haute tension ainsi réalisé offre cet avantage que le premier dispositif de transmission peut être dimensionné pour une largeur de bande plus réduite, étant donné qu'il n'est transmis, par ce dispositif, que l'amplitude de la grandeur alternative, et non la position temporelle du passage par la valeur zéro. Conformément à l'invention,et en vue de simplifier davantage un dispositif de mesure de courants circulant dans des conducteurs à haute tension, avec transmission des valeurs de mesure sous la forme d'impulsions, il est proposé, en ce qui concerne le codage des valeurs de mesure et la réalisation du dispositif de transmission, de prévoir dans le dispositif émetteur, un dispositif de mesure de valeur de crête, influencé par le courant à mesurer, à la suite duquel est monté un convertisseur analogique/digital pour la production d'impulsions électriques dont le contenu information correspond à la valeur de crete instantanée du courant à mesurer, de prévoir dans le dispositif émetteur, un autre convertisseur analogique/digi tal pour la production d'autres impulsions électriques dont le contenu information constitue une mesure de la position temporelle de la valeur de crête, alors qu'une partie émettrice, commandée par les impulsions électriques, assure de façon connue en soi, par l'émission d'impulsions, la transmission des valeurs mesurées vers le dispositif récepteur où s'effectue leur conversion en impulsions électriques. L'invention repose sur l'idée que, dans bien des cas d'application d'un dispositif de mesure à haute tension, par exemple là où un tel dispositif de mesure doit être mis en place pour l'alimentation d'appareils de protection de réseau, il n'est pas nécessaire que le courant primaire soit reproduit de façon analogue sur le potentiel basse tension. Dans bien des cas, il suffit plutôt de connaître seulement la valeur de crête du courant circulant dans le conducteur à haute tension et sa position de phase. En effet, à partir de ces deux grandeurs caractéristiques du courant à mesurer et circulant dans le conducteur à haute tension, on peut en général commander suffisamment un dispositif de protection de réseau. Dans ces conditions, on peut renoncer sans inconvénient à reformer la valeur de mesure transmise sous une forme analogique si la tension dérivée de la tension de réseau, nécessaire pour l'alimentation du dispositif de protection de réseau, est également présente sous forme digitale, ce qui peut être obtenu sans difficultés notables. En cas de nécessité, on peut former, à partir des valeurs présentes sous forme numérique, relatives à la valeur de crête et à sa position de phase, un courant analogique dont la valeur de crête et la position de phase de celle-ci correspondent aux valeurs digitales Pour la transmission des valeurs de mesure du côté haute tension au côté basse tension, on peut utiliser des impulsions lumineuses qui sont produites par une partie émettrice, exécutée de préférence sous forme de dispositif à diodes à luminescence. On peut également avoir recours, pour la transmission des valeurs de mesure, à des impulsions modulées sur une oscillation à haute fréquence. Le dispositif de mesure des valeurs de crête, prévu dans le dispositif émetteur pour déterminer la valeur de crête du courant à mesurer, peut être exécuté de diverses manières. On préfèrera un dispositif de mesure de valeur de crête qui est constitué, de façon connue en soi, par le montage série d'un condensateur avec deux branches de mesure en parallèle à redresseurs montés en circuit antiparallèle. Dans ces conditions, pour supprimer une influence nuisible d'un élément à courant continu dans le cas d'un courant de court-circuit déplacé à mesurer, les courants dans les deux branches de mesure participent de préférence à la mesure, c'est-à-dire que la mesure porte sur des valeurs de pointe à pointe. Certes, dans les conditions normales d'exploitation, cela n'entratne aucun-avantage ; mais comme il vient d'être indiqué - cela est très important dans le cas de courants de court-circuit déplacés, car des courants de court-circuit de ce genre sont liés à un élément à courant continu s'affaiblissant exponentiellement et qui, en l'absence de suppression, donnerait lieu à une fausse détermination du passage par la valeur zéro du courant alternatif à mesurer ou de la position temporelle de sa valeur de crête. De même, la détermination de la position temporelle de la valeur de crête du courant à mesurer peut être entreprise de façons diverses. La manière la plus simple pour déterminer la position temporelle de la valeur de crête consiste à transmettre, du dispositif émetteur au dispositif récepteur, des passages successifs par la valeur zéro du courant à mesurer et à en tirer des déductions sur la position de la valeur de crête. Toutefois, cette façon de procéder n'est valable que si la valeur de crête se trouve exactement au milieu entre deux passages par la valeur zéro. Indépendamment de cette condition requise, il existe un procédé utilisé dans le cadre du dispositif de mesure selon l'invention pour la transmission de la position temporelle de la valeur de crête, qui a recours à un élément de différentiation couplé à la tension de mesure proportionnelle au courant à mesurer. La tension de sortie de cet élément de différentiation doit toujours, d'après des relations mathématiques connues, présenter à la valeur de crête du courant un passage par le zéro qui convient bien pour la caractérisation et la transmission de la position temporelle de la valeur de crête. L'utilisation de 1'8dément de différentiation fournit la possibilité de déterminer la position de phase de la valeur de crête du courant à mesurer en ce qui concerne son passage par le zéro, et de la transmettre au potentiel de basse tension. A cette fin, il est monté, dans le dispositif de mesure selon l'invention, en amont de l'autre convertisseur analogique/digital , en plus de l'élément de différentiation, un dispositif de mesure d'angle de déphasage du c8té entrée duquel sont couplées la tension de mesure et la tension de sortie de l'élément de différentiation, de sorte qu'apparaisse à la sortie du dispositif de mesure j'angle de déphasage une tension dont le niveau est proportionnel à l'angle de déphasage entre la tension de mesure et la tension de sortie de ltéléient de différentiation. Cette tension est transformée, par l'autre convertisseur analogique/digital , en impulsions électriques qui sont par exemple converties en impulsions lumineuses dans le dispositif à diodes à luminescence et sont transmises au dispositif de réception du côté basse tension. A titre de convertisseurs analogiques/ digitals on peut envisager l'emploi de codeurs qui fonctionnent selon les principes les plus divers ; ils doivent simplement satisfaire à l'exigence de convertir une tension produite dans le dispositif d'émission en une séquence d'impulsions ayant un contenu information correspondant. A cette exigence répondent entre autres les convertisseurs de tension/fréquence. Le dispositif de mesure selon l'invention peut être exécuté différemment en ce qui concerne le nombre des canaux de transmission et, par suite, en ce qui concerne le nombre des émetteurs individuels prévus dans la partie émission, ainsi qu'en ce qui concerne le nombre des récepteurs dans le dispositif de réception. Ainsi, la partie émetteur peut par exemple contenir deux émetteurs individuels, à l'un desquels sont appliquées les impulsions électriques de l'un des convertisseurs analogiques/digitales et à l'autre desquels parviennent les impulsions électriques de l'autre convertisseur analogique/digital g à chaque émetteur individuel est associé un récepteur dans le dispositif de réception. Plus avantageuse se révèle une forme d'exécution d'après laquelle la partie émetteur contient un unique émetteur qui est connecté, par l'intermédiaire d'un circuit combinateur, aux deux convertisseurs analogiques/digitaux , auquel cas il est connecté dans le dispositif de réception, à la suite d'un unique récepteur, un circuit décombinateur pour la séparation des impulsions en fonction de leur contenu information. Pour illustrer l'invention, un exemple d'exécution du dispositif de mesure en question est représenté sous forme schématique sur la figure 1. Les figures 2 et 3 montrent des détails du dispositif de mesure selon l'invention, relatifs au dispositif de mesure de la valeur de crête. Si l'on considère tout d'abord la figure 1, on peut distinguer un dispositif émetteur S monté sur le potentiel haute tension et contenant entre autres, dans une botte Gs, un dis positif M d'enregistrement de valeurs de mesure,soumis à l'influence d'un courant J à mesurer et circulant dans un conducteur à haute tension J.Dans le dispositif M d'enregistrement de valeurs de mesure, il est formé, à partir du courant J à mesurer, une tension u qui lui est proportionnelle. Cette tension u est appliquée à un dispositif SM de mesure de valeur de crête qui délivre une tension de sortie dont la valeur est proportionnelle à la valeur de crête instantanée du courant J à mesurer. Cette tension u5 est appliquée du c8té entrée d'un convertisseur analogique/digital Ul,lequel est par exemple exécuté sous la forme d'un convertisseur de tension/fréquence. A la sortie du convertisseur analogique/digital U1, il est produit dans ce cas une séquence d'impulsions avec une fréquence fl qui est prorUomeUe à la valeur de crate instantanée du courant J b mesurer. La séquence d'impulsions à fréquence fl est dirigée vers un circuit logique V combinateur. La tension de mesure u dérivée du courant J à mesurer dans le dispositif M d'enregistrement des valeurs de mesure est également appliquée à l'entrée d'un élément de différentiation D, ainsi qu'à l'entrée E1 d'un dispositif P de mesure d'angle de déphasage. A une autre entrée E2 du dispositif P de mesure d'angle de déphasage est couplée une tension u' qui représente la tension de sortie de l'élément de différentiation D et qui a une variation dans le temps correspondant à la dérivée première de la tension de mesure u par rapport au temps. Dans le dispositif P de mesure d'angle de déphasage est formée, à partir de la tension de mesure u et de la tension de sortie u' de l'élément de différentiation D, une tension uw qui est proportionnelle à l'angle de déphasage entre les tensions u et u' et qui indique donc la position de phase de la valeur de crête du curant à mesurer par rapport aux passages par la valeur zéro. La tension uw est dirigée vers un autre convertisseur analogique/ digital U2, par exemple un convertisseur de tension/ fréquence, à la sortie duquel est alors présente une séquence d'impulsions dont la fréquence f2 est proportionnelle à la tension uw Cette séquence d'impulsions parvient également dans le circuit combinateur V dans lequel sont par exemple superposées, aux impulsions individuelles correspondant au codage de la valeur de crête, des impulsions qui caractérisent l'instant de la valeur de crête et du passage par la valeur zéro du courant à mesurer. A la suite du circuit combinateur V est monté un amplificateur VS1 qui amplifie les impulsions électriques délivrées par le circuit combinateur V dans la mesure nécessaire pour la commande d'une diode à luminescence L. Les impulsions lumineuses engendrées par la diode à luminescence L parviennent, après avoir parcouru un intervalle d'air prévu pour obtenir une distance d'isolation A nécessaire ou par l'intermédiaire d'un conducteur de lumière, à un élément photoélectrique prévu Ph dans un dispositif de réception E, lequel est de préférence logé dans une boîte Ge. A la suite de l'élément photoélectrique Ph est monté un amplificateur VS2 qui dirige les impulsions électriques obtenues à partir des impulsions lumineuses au moyen de l'élément photoélectrique vers un circuit décombinateur ES dans lequel les impulsions ayant des contenus d'information différents sont séparés en séquences d'impulsions à fréquence fl et f2. Dans le dispositif de réception E au potentiel de basse tension, apparatssent donc sous forme numérique deux grandeurs de mesure qui, en cas d'utilisation de convertisseurs de tension/fréquence, ont des fréquences qui concordent avec les fréquences de sortie des convertisseurs U1 et U2 du dispositif d'émission s et, par suite, constituent une mesure de la valeur de crête instantanée et de la position temporelle de la valeur de crête du courant à mesurer. Si un dispositif de protection de réseau, connecté au dispositif de mesure, est convenablement dimensionné, les grandeurs de mesure peuvent être directement traitées sous la forme numérique qu'elles présentent. Sur la figure 2, il est indiqué de quelle manière la valeur de crête est déterminée de préférence avec le dispositif de mesure selon l'invention. Au dispositif M1 d'enregistrement de valeurs de mesure, qui est formé par une résistance R et qui est parcouru par un courant J1 proportionnel au courant à mesurer, est connecté le dispositif SM1 de mesure de valeur de crête qui est donc à une tension ul proportionnelle au courant à mesurer. Le dispositif SM1 de mesure de valeur de crête contient un condensateur C, avec lequel sont montés en série un redresseur G1 et une résistance R1 ; en parallèle avec le redresseur G1 et avec la résistance R1 est monté un circuit série composé d'une autre résistance R2 et d'un autre redresseur G2. Dans les deux branches parallèles Rl/Gl et R2jG2 passent des courants ilm et i2m qui fournissent directement une mesure de la valeur de crête du courant Ji et, par suite, du courant à mesurer. Le courant i2m produit, au niveau de la résistance R2, une chute de tension u2m par laquelle est commandé le convertisseur analogique/ digital U3 qui est par exemple un convertisseur de tension/fréquence et qui est identique au convertisseur U1 de la figure 1. Des avantages particuliers en ce qui concerne la suppression d'influences nuisibles par des éléments de courant continu en cas de courants de court-circuit déplacés sont offerts par le montage du dispositif de mesure de valeur de crête avec convertisseur selon la figure 3, montage dans lequel les éléments qui correspondent à ceux de là figure 2 ont reçu les mêmes caractères de référence. Dans ce montage, le convertisseur analogique,' digital U3 est connecté aux deux branches du dispositif SM1 de mesure de la valeur de crête, de sorte que les valeurs de pointe à pointe du courant à mesurer sont enregistrées. De la sorte, des éléments à courant continu superposés au courant de mesure en cas de court-circuit sont rendus inoffensifs et ne peuvent plus exercer aucune influence nuisible sur le résultat de la mesure. Par l'invention, il est fourni un dispositif de mesure pour des courants circulant dans des conducteurs à haute tension, avec transmission des valeurs de mesure sous la forme d'impulsions, dispositif dont l'avantage notable réside dans la faible fréquence de transmission pour les impulsions. Cela a pour conséquence avantageuse que les exigences relatives aux dispositifs d'émission et de réception ainsi qu'aucamplfica- teurs sont réduites, de sorte que d'une part les coûts de fabrication sont réduits par rapport aux dispositifs de mesure connus de ce genre et que, d'autre part, la fiabilité est accrue. - REVENDICAtIONS - 1. Dispositif pour la mesure de courants circulant dans des conducteurs à haute tension, avec transmission des valeurs de mesure sous la forme d'impulsions entre un dispositif d'émission situé du côté haute tension et un dispositif de réception situé du côté basse tension, caractérisé par le fait que l'on prévoit dans le dispositif d'émission, un dispositif de mesure de valeur de crête, influencé par le courant à mesurer, à la suite duquel est monté un convertisseur analogique/digital pour la production d'impulsions électriques dont le contenu information correspond à la valeur de crête instantanée du courant à mesurer, qu'on dispose dans le dispositif d'émission, un autre convertisseur analogique,' diaital pour la production d'autres impulsions électriques dont le contenu information constitue une mesure de la position dans le temps de la valeur de crête, qu'une partie émetteur, commandée par ces impulsions électriques, assure de façon connue en soi, par émission d'impulsions, la transmission des valeurs de mesure vers le dispositif de réception où s'effectue leur conversion en impulsions électriques. 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1,. caractérisé par le fait qu'on utilise pour la transmission, des impulsions lumineuses qui sont produites par une partie émetteur, exécutée de préférence sous la forme d'un dispositif à diodes à luminescence. 3. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé par le fait que pour la transmission, on utilise des impulsions modulées sur une oscillation à haute fréquence. 4. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, caractérisé par le fait que le dispositif de mesure de valeur de crête est constitué, de façon connue en soi, par le montage en série d'un condensateur et de deux branches de mesure connectées en parallèle avec des redresseurs en montage antiparallèle, et par le fait que, pour supprimer une influence nuisible d'un élément à courant continu en cas d'un courant de court-circuit déplacé à mesurer, les courants des deux branches de mesure participent à la mesure. 5. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, caractérisé par le fait que l'autre convertisseur analogique/ digital est connecté, avec interposition d'un élément différentiateur, à une tension de mesure proportionnelle au courant à mesurer. 6. Dispositif de mesure selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comporte en amont de l'autre convertisseur analogique/digital un dispositif de mesure d'angle de déphasage, au côté entrée duquel sont couplées la tension de mesure et la tension de sortie de l'élément différentiateur, de sorte qu'il est produit, à la sortie du dispositif de mesure d'angle de déphasage, une tension dont le niveau est porportionnel à l'angle de déphasage entre la tension de mesure et la tension de sortie de l'élément différentiateur. 7. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, caractérisé par le fait que les convertisseurs analogiques/digitaux sont des convertisseurs de tension/fréquence. 8. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, caractérisé par le fait que la partie émetteur contient deux émetteurs individuels vers l'un desquels sont dirigées les impulsions électriques de l'un des convertisseurs analogiques/digitaux alors que vers l'autre sont dirigées les impulsions électriques de l'autre convertisseur analogique/digital , et par le fait qu'à chaque émetteur individuel est associé un récepteur dans le dispositif de réception. 9. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, caractérisé par le fait que la partie émetteur contient un seul émetteur qui est connecté, par l'intermédiaire d'un circuit combinateur, aux deux convertisseurs analogiques/ digitaux , et par le fait que le dispositif de réception comprend à la suite d'un unique récepteur, un circuit décombinateur pour la séparation des impulsions selon leur contenu information.