Brevet FR2104792A1 — publié le 19720421

La présente invention concerne un dispositif de mesure de courants et, en particulier, de courants continus, de très forte intensité de l'ordre de grandeur de 100 kA et plus. Pour permettre la mesure de courants électriques d'intensité relativement élevée sur des lignes, au moyen d'appareils de mesure normaux, la conversion de l'intensité du courant s'effectue, dans l'exploitation pratique, à l'aide de transformateurs de courant électromagnétiques. Ceux-ci sont des transformateurs fonctionnant en court-circuit dans lesquels le nombre d'ampèretours du côté primaire correspond à un nombre approprié d'ampèretours du coté secondaire et ceci de telle façon qu'un courant relativement intense appliqué du côté primaire soit transformé gracie au rapport des nombres de spires en un courant plus faible convenant à la mesure qu'on recueille du coté secondaire.Pour les courants intenses, on utilise, de préférence, des transformateurs à primaire unifilaire, c'està-dire dont l'enroulement primaire est constitué par une unique spire se présentant, par exemple, sous la forme d'un conducteur rectiligne entouré d'un noyau magnétique sur lequel sont enroulées un nombre approprié de spires secondaires. Pour la mesure de courants continus, on se sert également d'un montage analogue mais basé sur le principe du transducteur dans lequel, en utilisant le coude de saturation du matériau magnétique prévu, on tire le flux de courant magnétique antagoniste secondaire nécessaire à la compensation du flux de courant magnétique engendré par le courant continu d'un réseau de courant alternatif auxiliaire, le courant alternatif qui circule étant directement utilisé comme grandeur de mesure de l'intensité du courant continuO Toutefois, si les courants primaires à mesurer atteignent des gammes d'intensité extremement élevées de 100 kA et plus, le prix de revient des spires à enrouler sur le côté secondaire devient excessif et, en outre, l'échauffement du au courant passant dans les enroulements secondaires et l'influence des dissymétries de champ et des champs perturbateurs font natte des difficultés croissantes. Par ailleurs, il est connu d'utiliser pour la mesure de courant à potentiels élevés et qui, par conséquent, exigent des mesures d'isolement extrêmement compliquées et coûteuses, d'utiliser ce qu'on appelle des transducteurs magnéto-optiques, dans lesquels la différence de potentiel entre la haute tension et la terre est- annulée par un rayonnement, clest-à-dire que-, du ôté haute tension, est engendré un signal de rayonnement proportionnel au courant qui est capté au potentiel de la terre par un récepteur approprié. Liune de ces solutions connues consiste à placer, dans le-champ magnétique du conducteur de courant sur lequel règne la haute tension, un matériau présentant l'effet Faraday, ctest-à-dire une substance transparente mais qui, sous l'influence d'un champ magnétique, fait tourner le plan de pola risation --de la lumière qui le traverse. Les solutions consistent alors à placer une telle substance dans le champ magnétique du -conducteur suer lequel regne la haute tension, à l'irradier avec un faisceau lumineux polarisé à partir du potentiel de la terre et à recueillir à nouveau ce faisceau après sa réflexion sur le potentiel de la terre. La rotation du plan de polarisation qui se produit dans le matériau représente alors une mesure proportionnelle à l'intensité du courant sur le conducteur. Si lton tient compte, dans le cas des courants très intenses, du prix de revient élevé de la fabrication des enroulements à très grand nombre de spires et des frais également élevés qu'implique l'évacuation de la chaleur de dissipation, on peut alors considérer comme économique un dispositif de mesure de courant dans lequel le flux de courant magnétique primaire n'a pas besoin d'trie compensé par un flux de courant magnétique secondaire aussi intense et dans lequel, suivant l'invention, la mesure s effectue au moyen de lumière polarisée et d'un matériau présentant l'effet Faraday se trouvant dans le champ magnétique. Si, par ailleurs, suivant un développement du principe de l'invention, le matériau optiquement actif est A- disposé sur un parcours fermé autour du flux de courant magnétique primaire à mesurer, on recueille sur ce parcours exactement le- flux de courant magnétique primaire bouclé &commat;e =g Hds car pour la rotation du plan de polarisation d'un faisceau lumineux suivant ce parcours, la relation a = CoBHd6 est valable, C étant une constante du matériau (constante de Verdet). Les champs perturbateurs qui interviennent et les dissymétries de disposit-if restent alors sans effet. -Pour des raisons pratiques, l'agencement effectif d'un tel appareil déterminant une circulation se présente sous la forme d'un cadre. Pour la réalisation pratique d'un tel cadre, on peut choisir une forme quadrangulaire dont les angles sont munis de surfaces de réflexion inclinées à 45". Ces surfaces sont avantageusement rodées et polies de l'extérieur. Toutefois, on peut également former le cadre, au lieu de lui donner une forme quadrangulaire, de pièces incurvées de telle manière qu'il se produise une réflexion totale à l'intrieur de sa section droite, réflexion qui assure une circulation complète du faisceau lumineux applique~ AUne matérialisation. avantageuse de ce principe consiste à fabriquer le cadre en matériau analogue aux fibres optiques bien eonnues, capable de guider la lumière longitudinalement même dans des éléments incurvés. Pour renforcer l'effet, il peut être avantageux de faire passer le cadre guide-lumibre plusieurs fois autour du condocteur de façon que l'effet de rotation du plan de polarisation proportionnel au courant soit renforcé dans une mesure correspondant au nombre de spires. Le faisceau lumineux émergeant du cadre et qui est modulé par le signal de mesure est capté au moyen d'un détecteur approprié en vue de dbterminer l'angle de rotation du plan de polarisation. Ce détecteur peut hêtre constitué par exemple par un filtre polarisant derrière lequel est montée une cellule photo-blectrique. Le signal capté par la cellule photo-élec- trique est alors amplifié dans un amplificateur de valeur de mesure, qui fournit la puissance nécessaire à la mesure. Toutefois, on peut obtenir une plus grande précision, grâce à un procédé de compensation dans lequel le faisceau lumi- neux émergeant est ramené'dans le plan de polarisation initial dans un second élément présentant l'effet Faraday disposé à la suite et autour duquel est bobiné un enroulement de compensation. Un indicateur approprié assure alors que le plan de polarisation initial et le plan de polarisation de la lumière après la traversée du système cotncident rigoureusement de sorte que le courant de compensation à utiliser représente alors un signal directement proportionnel au courant à mesurer. Pour réduire les frais de compensation, la trajectoire de la lumière dans le second élément précité peut entre prolongé par des réflexions multiples sur les surfaces extremes polies. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description åétalllée qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une vue de face du dispositif de mesure suivant l'invention, et - la figure 2 en est une vue de profil. Sur la figure 1, un cadre rectangulaire en matériau présentant l'effet Faraday I entoure le conducteur 2 qui conduit un courant-de grande intensité, de sorte qu'une intégrale de circulation totale }kd6 est déterminée par le cadre. Ce cadre présente, dans ses quatre angles, des surfaces de réflexion inclinées de 450, rodées et polies, de sorte qu'un rayon lumineux 4 doit effectuer le tour complet suivant la trajectoire S ( > d6 ). A l'emplacement 5, le cadre présente une surface de coupe polie inclinée de 45" par laquelle le faisceau lumineux pénètre dans le cadre et en ressort après un tour complet. Sur la figure 2 sont représentées, sur une vue de profil du cadre, cette surface polie et la trajectoire du faisceau lumineux, sous la forme d'un schéma de principe. En 6 est représenté schématiquement le dispositif de compensatlonwqul est constitué par un élément présentant l'effet Faraday et par un enroulement engendrant dans celui-ci le champ magnétique nécessaire à la rotation du plan de polarisation. Le courant mesuré dans l'appareil de mesure 7 nécessaire pour ramener à sa position initiale le plan de polarisation de la lumière après sa rotation dans le cadre 1 est une grandeur de mesure directement proportionnelle au courant passant sur le conducteur 2. Contrairement au principe de la conversion de courant continu par transducteur connue, suivant lequel le sens du courant à mesurer ne peut entre déterminé qu'à grands frais au moyen d'appareils supplémentaires, le dispositif de mesure suivant l'invention indique, en outre, directement le sens du courant primaire à mesurer. De plus, on peut mesurer directement des cou-rants mixtes, c'est-à-dire des courants alternatifs comprenant des composantes de courant continu importantes. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'home de l'art au dispositif qui vient d'entre décrit uniquement è titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de courants et, en particulier, de courants continus de très forte intensité, caractérisé en ce que la mesure s'effectue au moyen de lumière polarisée et d'un matériau présentant l'effet Faraday se trouvant dans le champ magnétique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau présentant l'effet Faraday entoure le conducteur de courant suivant un parcours ferméS(d6). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le cadre est quadrangulaire et présente dans ses angles des surfaces de réflexion inclinées de 45 . 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les surfaces de réflexion sont rodées et polies de l'extérieur. 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le cadre est formé d'éléments incurvés de telle manière qu'il se produit une réflexion totale. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le cadre est réalisé sous la forme d'un système optique à fibres, 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le faisceau lumineux est guidé de manière à faire plusieurs fois le tour du conducteur. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'angle de rotation du plan de polarisation est déterminé dans un dispositif de compensation. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le matériau présentant l'effet Faraday est du cristal anglais ou flint-glass.