Brevet FR2053340A1 — publié le 19710416

i 2052340 L'invention concerne un dispositif de mesure pour des courants circulant dans des conducteurs à haute tension, dans lequel des rayonnements lumineux ou des rayonnements d'ondes ultra-courtes émis par un dispositif émetteur placé au potentiel 5 de la basse tension sont modulés, en fonction du courant à mesurer, dans un dispositif modulateur situé au potentiel haute tension, et sont ensuite transformés dans un dispositif récepteur placé au potentiel basse tension, en une grandeur correspondant au courant à mesurer. 10 Dans un dispositif de mesure de ce genre connu, le dispositif modulateur placé au potentiel haute tension contient un disque mince fait avec un matériau ferro-magnétique, exposé au champ magnétique engendré par le courant à mesurer, et dans lequel, à la traversée du rayonnement lumineux, s'opère une ro-15 tation du plan de polarisation. L'importance de la rotation du plan de polarisation dépend de l'intensité du champ magnétique et donc aussi du courant à mesurer. Le rayonnement lumineux qui après passage à travers la couche mince est réfléchi par un miroir, et ensuite passe de préférence encore une fois par la cou-20 che ferro-magnétique, est démodulé dans un dispositif récepteur au potentiel basse tension, de sorte qu'à la sortie apparaît une grandeur de mesure qui est proportionnelle au courant à mesurer qui passe dans le conducteur à haute tension. Dans une autre version du dispositif de mesure connu, 25 un rayonnement d'ondes ultra-courtes provenant d'un dispositif émetteur placé du côté basse tension est acheminé, après polarisation, vers un guide d'ondes circulaire au potentiel de la haute tension qui est placé dans le champ magnétique produit par le courant à mesurer. Dans le guide d'ondes, le plan de po-30 larisation subit une rotation au moyen d'un bâton de ferrite en fonction du courant à mesurer et ensuite le rayonnement d'ondes ultra-courtes ainsi modulé est de nouveau réfléchi vers le côté basse tension où il est démodulé. Les difficultés inhérentes à ce dispositif connu 35 résident dans le fait que les ensembles participant à la modulation et à la démodulation des rayonnements lumineux ou d'ondes ultra-courtes doivent être placés de façon fixe dans l'espace l'un par rapport à l'autre. Il faut pour cela une stabilisation mécanique, qui par exemple peut être obtenue par un isolateur 40 recevant tous les ensembles du dispositif de mesure connu. En 70 28156 2 2053340 cas d'emploi du dispositif de mesure dans les réseaux à très haute tension, un tel isolateur doit présenter des dimensions considérables pour donner la distance de claquage nécessaire, ce qui fait que sa fabrication est coûteuse et confère de façon dé-5 favorable à tout le dispositif de mesure un prix relativement élevé. Cet inconvénient est évité selon l'invention dans un dispositif de mesure comportant un dispositif modulateur placé au potenciel de la haute tension, grâce au fait que le dispositif 10 modulateur comporte un réflecteur vibrant en fonction du courant à mesurer, et au moyen duquel les rayons lumineux ou d'ondes ultra-courtes incident sont modulés et réfléchis vers le dispositif récepteur. Le dispositif de mesure selon l'invention fait donc usage de l'existence de l'effet Doppler connu pour obtenir 15 au potentiel haute tension une modulation de fréquence des rayons lumineux ou d'ondes ultra-courtes en fonction du courant à mesurer. Une orientation précise des différentes parties coopérant dans le guidage des rayons lumineux ou d'ondes ultra-courtes n'ei pas nécessaire, car le réflecteur peut sans difficultés recevoir 20 des dimensions relativement grandes, et les rayons modulés réfléchis peuvent être facilement dirigés vers le dispositif de réception par emploi d'une disposition de lentilles. L'amplitude de vibration du réflecteur doit être au moins de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde des rayons utilisés. 25 Comme milieu de transmission pour les rayons lumineux ou d'ondes ultra-courtes, entre les dispositifs d'émission et de modulation, on peut emplyer de façon connue l'atmosphère. Cela a le grand avantage de supprimer l'isolateur. Si cet isolateur doit être établi pour une tension très élevée, par exemple 1500kV, 30 il constitue une partie importante des frais de construction du dispositif de mesure servant à déterminer les courants dans les conducteurs à haute tension ; car pour une tension de 1500kV, il faut prévoir pour la distance de claquage d'après les indications de la littérature, une distance d'environ 32 m, ce qui conduit 35 à un isolateur de très grandes dimensions. Cependant si, par exemple à cuase des conditions climatiques particulières au lieu de montage du dispositif de mesure selon l'invention, il se révélait difficile d'effectuer la mesure au moyen du rayonnement lumineux ou d'ondes ultra-courtes dans 40 l'atmosphère libre sans perte de fiabilité, il est avantageux 70 28156 3 2053340 d'employer comme milieu de transmission, dans le cas d'un rayonnement lumineux entre le dispositif d'émission et de modulation et le dispositif de modulation et de réception un faisceau de fibres conductrices de lumière connues, ou des guides d'ondes 5 dans le cas des ondes ultra-courtes. Le réflecteur vibrant en fonction du courant à mesurer, qui fait partie du dispositif de mesure de l'invention, peut être construit de différentes façons. On préfère un réflecteur qui est constitué par un vibreur magnétostrictif muni d'une sur-10 face réfléchissante, qui est exposé à un champ magnétique d'intensité proportionnelle au courant à mesurer. Cette constitution du réflecteur reçoit la préférence parce que la grandeur qui provoque les vibrations du vibreur magnétostrictif, c'est-à-dire le champ magnétique, est créée par le courant à mesurer lui-même, 15 sans emploi de moyens de circuit supplémentaires. D'autre part un vibreur magnétostrictif présente l'avantage que ses vibrations sont influencées de façon négligeable par l'inertie des masses. Ce dernier avantage s'attache aussi à un réflecteur qui consiste enuivibreur piézoélectrique muni d'une surface ré-20 fléchissante, auquel est appliquée une tension électrique dépendant du courant à mesurer. Par rapport à un vibreur magnétostrictif l'emploi d'un vibreur piézoélectrique est plus complexe car ce dernier ne vibre que pour des variations de la tension qui lui est appliquée, de sorte que le courant à mesurer doit être 25 converti chaque fois en une tension proportionnelle dans le dispositif modulateur situé au potentiel de la haute tension, ce qui est impossible sans circuits supplémentaires. De plus il est possible, dans le cadre du dispositif de mesure de l'invention, d'employer un vibreur à bobine électro-30 magnétique muni d'un miroir, qui est traversée par un courant dépendant du courant à mesurer. Il s'est révélé avantageux, du point de vue de la démodulation à effectuer dans le dispositif récepteur du rayonnement réfléchi lumineux ou d'ondes ultra-courtes, d'associer au 35 dispositif émetteur un diviseur de rayonnement qui subdivise les rayonnements émis par le dispositif d'émission en un rayonnement dirigé vers le réflecteur, et un autre rayonnement dirigé directement sur le dispositif de réception. Des deux rayonnements, seul celui qui passe par le dispositif de modulation du côté 40 haute tension est modulé selon le courant à mesurer, tandis que 70 28156 4 2053340 l'autre rayonnement dirigé directement sur le dispositif de réception reste non modulé. Le rayonnement modulé et le rayonnement non modulé sont dirigés vers le dispositif récepteur dans lequel peut donc se produire de façon avantageusement simple la démodu-5 lation du rayonnement réfléchi par le côté haute tension par mélange ou compensation. On doit comprendre que la démodulation des rayonnements lumineux ou d'ondes ultra-courtes par mélange avec emploi d'un autre rayonnement produit par subdivision du. rayonnement n'est 10 pas le seul moyen de démoduler le rayon refléchi par le dispositif de modulation ; mais on peut appliquer au dispositif de mesure de l'invention tous les procédés de démodulation courants qui se prêtent à la démodulation de fréquence. Pour éviter d'influencer le dispositif de mesure de 15 l'invention par des effets extérieurs, par exemple par la lumière dispersée, il est recommandé de charger les rayonnements lumineux ou d'ondes ultra-courtes émis par le dispositif d'émission avec une modulation de base pour supprimer les parasites. Le dispositif de mesure de l'invention est principale-20 ment destiné à servir de remplacement pour des transformateurs de courant fonctionnant, dans les cas où, du fait de la tension très élevée du réseau, l'isolement des transformateurs de courant classiques exigerait des moyens trop important à mettre en oeuvre. Le dispositif de mesure de l'invention doit donc être capable de 25 déterminer des valeurs de courant dans la gamme habituelle pour les transformateurs de courant classiques ; cette gamme de mesure s'étend en général de 0,05 1^ (courant nominal) à 100 1^. En général cette gamme de mesure ne peut pas être embrassée par emploi d'un seul réflecteur, par exemple un vibreur magnétostric-30 tif. Il est donc avantageux pour obtenir une gamme de mesure étendue de prévoir plusieurs réflecteurs, ou vibreurs, dont chacun sert à déterminer les valeurs dans une sous-gamme déterminée ; le rayonnement incident sur les vibreurs provient de préférence par des diviseurs de rayonnement par les rayons lumineux ou d'on-35 des ultra-courtes du dispositif d'émission, et à chaque vibreur correspond dans le dispositif émetteur une partie réceptrice particulière. Ici il est avantageux que les sous-gammes embrassées par chaque vibreur se chevauchent, afin d'obtenir avec sécurité la détermination des mesures. 40 Comme il faut s'attendre en général que le dispositif 70 28156 5 2053340 de mesure de l'invention fonctionne dans l'air libre et soit exposé en conséquence à des fluctuations de température relativement grandes, il faut tenir compte de l'effet du comportement thermique des vibreurs sur la précision de mesure. Pour exclure 5 d'avance des imprécisions de mesure ayant cette origine, il est prévu pour la correction du comportement thermique des vibreurs un autre vibreur de comportement thermique connu. Dans un réflecteur présentant un vibreur magnétostrictif il s'est révélé avantageux que le réflecteur contienne un 10 tube en matière magnétotrictive traversé par le conducteur à haute tension, et muni d'une surface refléchissante de son côté tourné vers le dispositif d'émission et de réception. Il s'est révélé particulièrement avantageux de donner au tube du réflecteur une section rectangulaire et de le munir 15 d'une surface réfléchissante du côté tourné vers le dispositif d'émission et de réception. Comme on l'a déjà signalé ci-dessus, l'emploi du dispositif de mesure de l'invention a lieu principalement à l'air libre. Il est donc avantageux de protéger la surface réfléchis-20 santé contre tout encrassement et contre les influences atmosphériques par un écran protecteur ; car en cas d'encrassement de la surface réfléchissante, le dispositif de mesure devient inutilisable. En général on doit s'attendre que les vibrations du réflecteur donnent lieu à un nettoyage automatique. Si contre toute 25 attente, cela ne se produisait pas, on peut effectuer dans les cas particulièrement graves un dépoussiérage par tourbillonnement. Pour expliquer l'invention on représente dans la figure 1 un exemple de réalisation du dispositif de mesure de l'invention sous sa forme fondamentale ; dans la figure 2 on mon-30 tre une forme de réalisation du dispositif de mesure de l'invention constituée de façon avantageuse du point de vue de la démodulation ; la figure 3 reproduit un exemple de réalisation dans lequel, pour obtenir une grande gamme de mesure, on emploie plusieurs réflecteurs ou vibreurs. Dans la figure 4 on représente 35 un exemple de réalisation comportant un seul réflecteur, et dans la figure 5 on reproduit également un seul réflecteur avec une protection contre l'encrassement. Dans la figure 1, on reconnaît un dispositif d'émission au potentiel de la basse tension, formé par exemple par un 40 laser 1 dont le rayonnement laser 2 est dirigé sur une surface 70 28156 6 2053340 réfléchissante 3 d'un dispositif de modulation 4 qui est placé au potentiel de la haute tension. Le dispositif de modulation est placé sur un conducteur haute tension 5 qui est traversé par le courant a mesurer Jl. 5 D'une façon qui n'est pas montrée en détail dans la fi gure 1 , la surface réfléchissante 3 est mise en vibrations en fonction du courant Jl à mesurer, ce qui fait que le rayon laser 2 incident sur la face réfléchissante 3 est modulé en fréquence par suite de l'effet Doppler et est réfléchi comme rayon modulé LO en fréquence 6 du côté basse tension. Ici, il arrive sur un dispositif de réception 7 dans lequel se produit une démodulation ; aux bornes K> et K2 du dispositif récepteur 7 apparaît donc une grandeur de mesure proportionnelle au courant Jl qui circule dans la ligne haute tension 5. 15 Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 2 on a prévu à nouveau comme dispositif d'émission un laser 8 dont le rayonnement 9 arrive d'abord sur un diviseur de rayonnement 10 placé au potentiel de la basse tension. Dans ce diviseur de rayonnement 10, le rayonnement laser 9 est subdivisé en un rayonnement 20 13 dirigé sur la surface réfléchissante 11 d'un dispositif modulateur 12 au potentiel de la haute tension, et en un autre rayonnement 14 qui va directement vers le dispositif récepteur '5. Le rayonnement laser 13 allant du côté haute tension, y est modu» lé en fréquence par la surface réfléchissante vibrante 11 en 25 fonction du courant à mesurer J2 passant dans le conducteur 16, de sorte que le rayon réfléchi 17 est modulé en fréquence selon le courant à mesurer J2. Sur le dispositif récepteur 15 arrive donc le rayonnement non modulé 14 et le rayonnement modulé en fréquence 17, de sorte que la démodulation produite parle mélange 30 fournit aux bornes de sortie K3 et K4 une grandeur de mesure qui est proportionnelle au courant à mesurer J2 circulant dans le conducteur haute tension 16. Un exemple de réalisation du dispositif de mesure selon l'invention ayant une gamme de mesures relativement étendue 35 est représenté dans la figure 3. Dans cet exemple de réalisation il est prévu un dispositif d'émission formé par exemple par un laser 18 dont le rayonnement laser 19 est subdivisé dans le diviseur de rayonnement associé 20 en un rayonnement 24 dirigé sur la surface réfléchissante 21 d'un premier vibreur 22 d'un dispositif 40 de modulation 23, et en un autre rayonnement 25 qui tombe d'abord 70 28156 7 2053340 sur un miroir 26 et de là est projeté sur la surface réfléchissante 27 d'un autre vibreur 28 du dispositif modulateur 23. Les surfaces réfléchissantes 21 et 27 réfléchissent les rayonnements 30 et 31 respectivement modulés en fréquence selon l'intensité du courant J3 passant dans le conducteur haute tension 29, vers 5 le dispositif récepteur 32 dans lequel à chaque vibreur 22 et 28 du côté haute tension correspond une partie de récepteur séparée 33, 34. Aux deux parties de récepteur 33 et 34 est associé un démodulateur 35 qui fournit à ses bornes de sorties K5 et K6 une grandeur de mesure proportionnelle au courant J3 circulant dans 10 la ligne haute tension 29, c'est-à-dire un courant i3. Dans la figure 4 est représentée une forme de réalisation d'un réflecteur en forme de vibreur magnétostrictif. On reconnaît un conducteur haute tension 36 en forme de rail de section rectangulaire, qui traverse un tube 37 en matière magnétostrictive. 15 Du côté 38 du tube 37 tourné vers le dispositif émission et réception (aucun des deux n'est représenté dans la figure) on a prévue une surface réfléchissante 39 sur laquelle est réfléchi un rayon 40 émis par le dispositif d'émission. La surface réfléchissante 39 est solidaire du tube 37 en matière magnétostrictive 20 et vibre donc avec le tube 37. Comme ces vibrations se produisent en fonction de l'intensité du champ magnétique qui est produit par le courant J4 passant dans le conducteur 36, il se produit par suite de l'effet Doppler une modulation de fréquence du rayon 40 sur la surface réfléchissante 39. 25 Dans la figure 5 est représenté en section un vibreur magnétostrictif 41 ayant encore une section rectangulaire, sans conducteur primaire, qui porte une surface réfléchissante 43 sur le côté 42 tourné vers les dispositifs émission et réception, non représentés dans la figure. Pour protéger la surface réfléchis-30 santé 43 de tout encrassement et des agents atmosphériques, le tube 41 ou sa face inférieure 42 est entourée d'un écran protecteur 44 qui présente seulement une ouverture 45 pour l'entrée et la sortie du rayon 46. Cet écran protecteur 44 sert en même temps d'égouttoir. 35 L'invention fournit un dispositif de mesure propre à me surer les courants dans les réseaux à haute tension, dans lequel les moyens à mettre en oeuvre pour la modulation au potentiel de la haute tension sont avantageusement très faible. D'autre part, 40 l'entretien du dispositif modulateur placé au potentiel haute 70 28156 s 2053340 tension n'impose pas d'exigences particulières. Enfin, le dispositif de mesure de l'invention n'exige pas d'isolateur, ce qui assure une économie considérable. 70 28156 9 2053340 RF-VEtCTCATIONS 1) Dispositif de mesure pour des courants circulant dans des conducteurs à haute tension, dans lequel des rayonnements lumineux ou des rayonnements d'ondes ultra-courtes émis 5 par un dispositif émetteur placé au potentiel de la basse tension sont modulés,en fonction du courant à mesurer, dans un dispositif modulateur situé au potentiel haute tension, et sont ensuite transformés dans un dispositif récepteur placé au potentiel basse tension, en une grandeur correspondant au courant à mesurer, 10 caractérisé en ce que le dispositif modulateur comporte un réflecteur vibrant en fonction du courant à mesurer, et au moyen duquel les rayons lumineux ou d'ondes ultra-courtes incident sont modulés et réfléchis vers le dispositif récepteur. 2) Dispositif de mesure selon la revendication i, ca-15 ractérisé en ce que comme milieu de transmission pour les rayonnements lumineux ou d'ondes ultra-courtes entre le dispositif d'émission et de modulation et le dispositif de modulation et de réception on utilise l'atmosphère libre. 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé 20 en ce que comme milieu de transmission, on utilise dans le cas de rayonnements lumineux entre le dispositif d'émission et de modulation et le dispositif de modulation et de réception des faisceaux de fibres optiques, et dans le cas d'ondes ultra-courtes des guides d'ondes. 25 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1,2,3, caractérisé en ce que le réflecteur est un vibreur magnétostrictif muni d'une surface réfléchissante exposée à un champ magnétique d'intensité dépendant du courant à mesurer. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 30 1,2,3, caractérisé en ce que le réflecteur est un vibreur piézoélectrique muni d'une surface réfléchissante et auquel est appliquée une tension électrique dépendant du courant à mesurer. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1,2,3, caractérisé en ce que le réflecteur est un vibreur à bo- 35 bine électromagnétique équipé d'un miroir et qui est traversé par un courant dépendant du courant à mesurer. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1,2,3,4,5,6, caractérisé en ce qu'au dispositif d'émission est associé un diviseur de rayonnement et en ce que le diviseur 40 de rayonnement subdivise les rayonnements émis par le dispositif 70 28156 10 2053340 d'émission en un rayonnement dirigé sur le réflecteur et un autre rayonnement dirigé directement sur le dispositif récepteur, lequel est utilisé comme moyen de comparaison pour la démodulation par mélange ou compensation. 5 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1,2,3,4,5,6,7, caractérisé en ce que les rayonnements lumineux ou d'ondes ultra-courtes émis par le dispositif d'émission sont chargés d'une modulation de fond pour supprimer les parasites. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendica-10 tions 1,2,3,4,5,6,7,8, caractérisé par le fait que pour obtenir une gamme de mesures étendues il est prévu plusieurs vibreurs, parmi lesquels chacun sert à établir les valeurs de mesure d'une sous-gamme déterminée, que les vibreurs reçoivent leurs rayonnements par l'intermédiaire de diviseurs de rayonnements pour les 15 rayons lumineux ou d'ondes ultra-courtes du dispositif d'émission ou par l'intermédiaire d'émetteurs associés à chaque vibreur, et qu'à chaque vibreur est associé dans le dispositif récepteur une partie de récepteur particulière. 10) Dispositif selon l'une quelconque des revendica-20 tions 1,2,3,4,5,6,7,8,9, caractérisé en ce que pour corriger le comportement thermique des vibreurs on utilise un autre vibreur de comportement thermique connu. 11) Dispositif selon les revendications 4,7,8,9,10 prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que le réflecteur 25 en forme de vibreur magnétostrictif comporte un tube en matière magnétostrictive traversé par le conducteur haute tension qui présente une surface réfléchissante du côté tourné vers le dispositif d'émission et de réception. 12) Dispositif selon la revendication 11, caractérisé 30 en ce que le tube présente une section rectangulaire. 13) Dispositif selon 1' une quelconque dea revendications 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12, caractérisé en ce que la surface réfléchissante est protégé par un écran contre l'encrassement et contre les agents atmosphériques.