Brevet FR2133909A1 — publié le 19721201

i 2133909 La présente invention se rapporte à un procédé et à un appareil de mesure à distance de l'intensité d'un courant électrique d'une ligne à haute tension. La mesure de l'intensité et de la phase 5 des courants alternatifs parcourant une ligne à haute tension exige le recours à des transformateurs de courant dont il est déjà connu plusieurs espèces. Ainsi, on connaît les transformateurs ordinaires à noyau magnétique et à empilage de tôles ; ces 10 transformâteurs sont simples, faciles à fabriquer pour des tensions basses, mais quand la tension et l'intensité de fonctionnement s'élèvent, l'isolement devient de plus en plus difficile à réaliser ; le volume, l'encombrement et le prix augmentent. 15 II existe aussi des transformateurs dans lesquels le courant à haute tension est converti en impulsions lumineuses ; ces appareils exigent du côté haute tension des circuits électroniques susceptibles de panne et de déréglage et qui, de plus, sont difficilement accessibles. 20 D'autres transformateurs sont basés sur la variation du plan de polarisation d'une onde lumineuse dans des verres spéciaux soumis à un champ magnétique ; dans ces appareils, la détection s'opère par un dispositif comportant un filtre polarisant et une cellule photoélectrique ; ces 25' appareils travaillent dans de mauvaises conditions par suite de la présence d'un bruit de fond qui limite la fidélité de la reproduction du courant à haute tension. Dans un autre type d'appareils, il est produit des ondes électro-magnétiques de fréquence élevée qui 30 sont amenées près du courant à mesurer pour y subir une modulation et renvoyées au sol vers un amplificateur électronique fournissant un courant basse tension ; le modulateur permet d'obtenir la modulation de phase ou d'amplitude en fonction du courant à mesurer. Ces appareils font une mesure directe et ne 35 possèdent aucune réaction contre la variation des propriétés du modulateur. Dans ces appareils, la fidélité de la mesure diminue selon les variations de température, de la puissance du générateur d'ondes, de la fréquence des ondes, «Se l'atténuation de la transmission. ko Encore dans un autre type d'appareils, des 72 13839 2 2133909 ondes électromagnétiques de fréquence élevée produites par un générateur sont partagées en deux groupes d'ondes dont l'un est envoyé près du courant à mesurer où les ondes sont modulées pour revenir et être comparées dans un détecteur aux ondes du second 5 groupe également modulées et fournir un signal engendrant un courant de modulation des ondes du second groupe, ce qui engendre un courant qui est mesuré. Dans ces appareils, le premier groupe d'ondes est amené près du courant à mesurer et il parcourt un chemin plus long que le second groupe. De ce 10 fait, les variations de fréquence du générateur d'ondes et les variations de longueurs dues aux variations de température ont pour effet de provoquer des variations du signal au détecteur. Il en résulte qu'il n'y a plus reproduction du courant haute tension : au courant engendré reproduisant le courant haute 15 tension s'ajoute un courant qui est fonction des variations de fréquence, des variations de puissance du générateur d'ondes, et des variations des paramètres extérieurs et surtout de la température. La présente invention, qui a comme but 20 de supprimer les inconvénients mentionnés ci-dessus, concerne un procédé de mesure caractérisé en ce qu' il consiste à engendrer des ondes électromagnétiques à haute fréquence, à diviser ces ondes en deux groupes de puissances égales, à amener les ondes du premier de ces deux groupes à proximité im-25 médiate d'un conducteur de transport du courant électrique à haute tension à mesurer, à amener les ondes du premier groupe à parcourir une première boucle ayant un nombre de longueurs d'ondes donné pour les mener à un dispositif de détection, à amener les ondes du second groupe à parcourir une seconde boucle 30 ayant un nombre de longueurs d'ondes égal à celui de la première boucle pour les mener audit dispositif de détection qui engendre deux signaux, à traiter ces deux signaux pour engendrer un premier courant basse tension et un second courant basse tension, à appliquer ledit premier courant basse tension aux ondes du se-35 cond groupe pour les moduler de façon identique aux ondes du premier groupe et à envoyer le courant engendré vers un dispositif de mesure, à appliquer ledit second courant basse teiision à un dispositif correcteur agissant sur l'un ou.l'autre des deux groupes d'ondes de façon à annuler les effets des variations des kO paramètres extérieurs agissant sur le dispositif de mesure. 72 13839 3 2133909 L'invention concerne également un appareil pour l'application de ce procédé «t qui comprend un moyen producteur d'ondes électromagnétiques à haute fréquence, un moyen de guidage et de transport des ondes émises jusqu'au voisinage 5 d'un conducteur parcouru par le courant électrique à haute tension à mesurer, un moyen de division des ondes provenant du producteur en un premier et en un second groupes, un moyen de modulation de la phase des ondes du premier groupe subissant l'action du courant à mesurer, un premier moyen de guidage et de 10 transport ramenant les ondes du premier groupe, et un second moyen de guidage et de transport ramenant les ondes du second groupe, un déphaseur fixe pour les ondes du second groupe, un moyen de déphasage des ondes du premier groupe, un moyen de déphasage des ondes du second groupe, un dispositif récepteur 15 et comparateur recevant et comparant les ondes modulées du premier groupe et celles du second groupe également modulées et engendrant deux signaux électriques, un amplificateur différentiel recevant ces deux signaux et relié, d'une part-, au moyen de déphasage modulant les ondes du second groupe par 20 l'intermédiaire d'un amplificateur fournissant audit moyen de déphasage un premier courant basse tension qui est ltLmage du courant à haute tension à mesurer quand le champ de ce courant basse tension est appliqué audit moyen de déphasage modulant les ondes du second groupe et d'autre part, à un dis-25 positif correcteur recevant un second courant basse tension fourni par l'amplificateur différentiel par l'intermédiaire d'un amplificateur additionnel relié audit dispositif.correcteur et amplifiant de façon préférentielle la partie du signal de l'amplificateur différentiel représentant des termes.d'erreur. 30 Une particularité d'un appareil selon l'invention consiste en ce que les trajets des ondes du premier et du second groupes sont identiques en longueurs d'ondes, c'est-à-dire que le nombre de longueurs d'ondes du trajet du premier groupe est égal au nombre de longueurs d'ondes du trajet 35 du second groupe ; grâce à cette particularité, les variations de longueurs dues aux variations de température et les variations de la fréquence du générateur se traduisent par de faibles variations au dispositif récepteur-comparateur. Ce dispositif qui reçoit les ondes modulées des deux groupes les ko traduit en deux signaux appliqués à l'amplificateur différentiel 72 13839 k 2133909 qui fournit un premier signal engendrant le courant reproduisant le courant à mesurer et un second signal qui, à travers le dispositif correcteur, agit pour moduler la phase du premier groupe d'ondes ou pour moduler la fréquence ou l'amplitude des ondes du générateur de façon à annuler l'effet sur les ondes, dû aux variations de température, de fréquence ou de la puissance du générateur. Suivant une autre caractéristique, l'appare possède des moyens de guidage et de transport des ondes constitués pair des guides d'ondes diélectriques pourvus d'un moyen de maintien des modulateurs à une température constante ; dans une réalisation préférentielle, les guides d'ondes diélectriques sont creux et parcourus par un fluide gazeux ou liquide ; suivant une autre réalisation, les guides d'ondes sont pleins et pourvus d'un moyen externe de régularisation de la température. L'invention sera plus aisément comprise par la description suivante des dessins annexés qui montrent, à titre illustratif seulement, quelques exemples de réalisation. Dans ces dessins, les figures 1 à 4 sont de schémas de quatre réalisations exécutées selon l'invention et montrées à titre illustratif seulement. Dans ces dessins les mêmes notations de référence concernent les mêmes éléments. L'appareil de la figure 1 comprend un générateur ou producteur d'.ondes électromagnétiques 1 dont les ondes émises sont envoyées à travers un guide diélectrique creux 2 jusqu'au voisinage d'un conducteur 6a parcouru par le courant à haute tension à mesurer. A proximité de ce conducteur 6a, se trouve un diviseur d'ondes constitué par un guide d'ondes 5 communément appelé T - magique ou T - hybride. Ce T - magique est alimenté par la porte E, 5a, ou par la porte H, 5b ; on peut aussi alimenter cycliquement l'une ou l'autre porte afin d'obtenir des effets spéciaux. Ce T - magique divise les ondes en deux groupes. Les ondes du premier groupe traversent un déphaseur à ferrite 6 alimenté par le champ du courant à haute tension à mesurer passant dans le conducteur 6a. Ces ondes traversent ensuite un guide diélectrique creux 4 et sont ramenées à un déphaseur ou modulateur 12 avant de revenir à un T - hybride 7 Les ondes du second groupe traversent un 72 13839 5 2133909 guide diélectrique creux 3, un déphaseur fixe 9a puis un déphaseur à ferrite 8 avant d'arriver au T - hybride 7- Le déphaseur 8 est identique au déphaseur 6 ; le déphaseur fixe 9a produit, pour la longueur d'onde 5 considérée, un déphasage fixe tel que les signaux recueillis à la porte E, 7a et à la porte H, 7b du T - hybride 7, sont i-dentiques. Grâce à ce dispositif, les signaux recueillis à la porte E et à la porte H du T - hybride 7 sont identiques, ce qui est important pour les mesures. 10 Les signaux recueillis en 7a et en 7b sont appliqués à un amplificateur différentiel 9 et leur différence fournit un premier courant basse tension qui alimente un amplificateur 10 qui engendre un courant basse tension qui, par le conducteur 11, est appliqué au déphaseur à ferrite 8 ; 15 quand le champ du courant passant dans le conducteur 11 est appliqué .audit déphaseur 8, il constitue directement l'image du courant haute tension à mesurer. L'amplificateur différentiel 9 est aussi raccordé à un circuit correcteur comprenant un élément 13 20 de passage des courants continus et qui est relié à un amplificateur additionnel 14 alimentant un déphaseur 12 avec un second courant basse tension. Par ce circuit correcteur, le courant traversant le conducteur 11 ne subit pas l'action due aux variations des parcours des deux groupes d'ondes ou aux 25 variations de fréquence ou de puissance du générateur 1. Il est aussi possible d'empêcher 1'action de ces causes perturbantes sur le courant parcourant le conducteur 11 en insérant sur celui-ci un élément tel qu'un condensateur lia empêchant le passage de courants continus. 30 Ainsi que signalé ci-dessus, le T - magi que 5 peut être alimenté cycliquement par la porte E, 5a, ou par la porte H, 5b. De ce fait, la détection des ondes ramenées peut se faire par la porte E, 7a ou par la porte H, 7b du T - magique 7 ; à cet effet, il suffit de commuter suivant un cycle 35 identique au cycle de commutation du T — magique 5, les entrées d'un circuit d'échantillonnage et de maintien et d'appliquer les sorties de ce circuit aux entrées de l'amplificateur 9 pour réaliser la reproduction du courant à mesurer. L'appareil de la figure 2 est semblable 40 à celui de la figure 1 dont il est une variante car le dispositif 72 13839 2133909 de détection est différent. Dans ce cas, le signal de comparaison de-s deux groupes d'ondes modulées est recueilli à une porte seulement du T-hybride soit, par exemple, en- 7b ; ce signal- est ap-5 pliqué à une entrée de l'amplificateur di-f'férentiel 9 dont l'autre entrée est reliée à une source de tension 15. Comme dans la figure 1 le signal provenant de l'amplificateur 9 est appliqué à 1'ampldficateur 10 qui.fournit dans le conducteur 11 un courant reproduisant le courant à mesurer. 10 Une autre modification peut être aussi apportée aux réalisations des figures 1 et 2 par le déphaseur fixe 9a qui augmente son déphasage quand la fréquence du générateur 1 augmente et qui diminue son déphasage quand cette fréquence diminue. La sortie de l'amplificateur l4 est alors 15 raccordée directement par le conducteur l4a au générateur 1 qui est ainsi piloté, ce qui annule l'effet des variations des différents facteurs agissant sur l'appareil de mesure. Dans ce cas, le déphaseur 12 est inutile et il est supprimé. La figure 3 se rapporte encore à une 20 autre réalisation. Le générateur 1 émet deux groupes d'ondes électromagnétiques de même valeur respectivement vers des circulateurs l6 et 17- Le premier groupe d'ondes passe par le circulateur l6, un guide diélectrique creux 4, un circulateur l8, 25 le déphaseur à ferrite 6 alimenté par le courant à mesurer passant dans le conducteur 6a, un circulateur 19, un guide diélectrique creux 3, le circulateur 17, le déphaseur fixe 9a, pour alimenter le T - magique 7- Le second groupe d'ondes passe par le circulateur 17 le guide diélectrique creux 3, le circu-30 lateur 19, un guide d'ondes 6b, le circulateur l8, le guide diélectrique 4, le circulateur l6, le déphaseur à ferrite 8 identique au déphaseur 6 pour arriver au T - magique 7- Les portes E et H de ce- T - magique 7 fournissent leurs signaux à l'amplificateur différentiel 9 alimentant l'amplificateur 10 35 engendrant dans le conducteur 11 relié au déphaseur 8 un courant qui est l'image du courant à mesurer quand le champ du courant parcourant ledit conducteur est appliqué audit déphaseur 8. L'appareil décrit dans les figures 1 et 2 permet la mesure du courant alternatif ; il peut aussi servir 40 à mesurer des courants continus après suppression des éléments 72 13839 7 2133909 correcteurs 12, 13 et l4. Une autre réalisation employant des détecteurs d'ondes et des atténuateurs modulateurs est représentée schématiquement dans la figure 4. 5 Les ondes émises par le générateur 1 pas sent par le guide 2, le T - magique 5 qui les divise en deux groupes. Le premier groupe d'ondes passe par l'atténuateur à ferrite 6 alimenté par le courant à mesurer 10 puis par le guide diélectrique creux 4 pour arriver à un détecteur d'ondes 20. Le second groupe d'ondes passe par le guide 3 pour arriver à un détecteur d'ondes 21 qui fournit un signal agissant par 21a pour maintenir constante la puissance 15 et la fréquence produite par le générateur 1 ; du détecteur 21, les -ondes passent dans l'atténuateur à ferrite 8 identique à l'atténuateur à ferrite 6 et arrivent à un détecteur 23- Les signaux des détecteurs 20 et 23 sont appliqués à l'amplificateur différentiel 9 qui alimente l'am-20 plificateur 10 qui fournit dans le conducteur 11 un courant reproduisant le courant à mesurer parcourant le conducteur 6a quand le courant dudit conducteur II module le second groupe d'ondes par l'atténuateur à ferrite 8. La construction d'un appareil suivant 25 l'invention ne comporte aucune difficulté due à la haute tension car en agissant sur la longueur des guides d'ondes diélectriques l'appareil est aisément adapté à la tension à franchir. A l'endroit de la haute téhsidn, le dispositif ne comporte que des éléments de circuit passifs ne 30 nécessitant aucune source d'énergie et ne se déréglant' pas. Le dispositif détecteur est simple et efficace. Le signal utile est obtenu par différence de deux signaux, ce qui évite les problèmes posés par la détection de signaux faibles qui ont tendance à se noyer dans le bruit de 35 fond. Le système agit par comparaison, ce qui exclut les erreurs de mesure dues aux variations des caractéristiques des déphaseurs à ferrite ou modulateurs qui sont d'ailleurs sollicités d'une manière identique. 40 Une autre particularité du dispositif est 72 13839 8 2133909 qu'il comporte un circuit de compensation des dérives dues aux paramètres extérieurs agissant sur les éléments qui le constituent . Le procédé de détection utilisée ainsi que les circuits de compensation permettent l'utilisation de déphaseurs ou d'atténuateurs à ferrite, à éléments semi-conducteurs ou à éléments dits Y I G sous forme de guides d'ondes classiques ou en strip-line ou lignes en bandes. Enfin, on peut signaler qu'un appareil selon l'invention permet l'usage de relais et instruments de mesure identiques à ceux utilisés pour la mesure de courants avec les transformateurs classiques connus. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés. On pourra au besoin recourir à d'autres modes et à d'autres formes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 72 13839 9 2133909 REVENDICATIONS 1°) Procédé de mesure à distance de l'intensité d'un courant électrique à haute tension caractérisé en ce qu'on engendre des ondes électromagnétiques à haute fréquence, 5 on divise ces ondes en deux groupes de puissances égales, on amène les ondes du premier de ces deux groupes à proximité immédiate d'un conducteur de transport du courant électrique à haute tension à mesurer, on amène les ondes du premier groupe à parcourir une première boucle ayant un nombre de longueurs 10 d'ondes donné pour les mener à un dispositif de détection, on amène les ondes du second groupe à parcourir une seconde boucle ayant un nombre de longueurs d'ondes égal à celui de la première boucle pour les mener audit dispositif de détection qui engendre deux signaux, on traite ces deux signaux pour engendrer un 15 premier courant basse tension et un second courant basse tension, on applique ledit premier courant basse tension aux ondes du second groupe pour les moduler de façon identique aux ondes du premier groupe, on envoie le courant engendré vers un dispositif de mesure, on applique ledit second courant basse ten-20 sion à un dispositif correcteur agissant sur l'un des deux groupes d'ondes de façon à annuler les effets des variations des paramètres extérieurs agissant sur le dispositif de mesure. 2°) Appareil pour l'application du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend 25 un moyen producteur d'ondes électromagnétiques à haute fréquence, un moyen de guidage et de transport des ondes émises jusqu'au voisinage d'un conducteur parcouru par le courant électrique à haute tension à mesurer, un moyen de division des ondes provenant du producteur en un premier et en un second groupes, un 30 moyen de modulation de phase des ondes du premier groupe subissant l'action du courant à mesurer, un premier moyen de guidage et de transport ramenant les ondes du premier groupe, et un second moyen de guidage et de transport ramenant les ondes, du second groupe, un déphaseur fixe pour les ondes du second groupe, 35 un moyen de déphasage des ondes du premier groupe, un moyen de déphasage des ondes du second groupe, un dispositif récepteur et comparateur recevant et comparant les ondes modulées du premier groupe et celles du second groupe également modulées et engendraiit deux signaux électriques, un amplificateur différentiel rece-40 vant ces deux signaux et relié, d'une part au moyen de déphasage 72 13839 2133909 modulant les ondes du second groupe par l'intermédiaire d'un amplificateur fournissant audit moyen de déphasage un premier courant basse tension qui est l'image du courant à haute tension à mesurer quand le champ de ce courant basse tension est 5 appliqué audit moyen de déphasage modulant des ondes du second groupe et d'autre part, à un dispositif correcteur recevant un second courant basse tension fourni par l'amplificateur différentiel par l'intermédiaire d'un amplificateur additionnel relié audit dispositif correcteur et amplifiant 10 de façon préférentielle la partie du signal de l'amplificateur différentiel représentant des termes d'erreur. 3°) Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de guidage et de transport des ondes provenant du producteur, le premier moyen de guidage et 15 de transport ramenant les ondes du premier groupe et le second moyen de guidage et de transport ramenant les ondes du second groupe sont des guides d'ondes diélectriques pourvu d'un moyen de maintien des modulateurs à une température constante. k°) Appareil suivant la revendication 3, 20 caractérisé en ce que les guides d'ondes diélectriques sont creux et parcourus par un courant d'un fluide de régularisation de la température. 5°) Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de division des ondes émises par 25 le producteur est un guide d'ondes du type connu sous le nom de T - magique ou T - hybride, fournissant un premier et un second groupes d'ondes. 6°) Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de division constitué par un 30 T - hybride est placé au voisinage du conducteur parcouru par le courant haute tension à mesurer. 7°) Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de modulation des ondes du premier groupe est un modulateur placé près du conducteur du 35 courant à mesurer pour être soumis à l'action du champ dudit courant. 8°) Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de déphasage des ondes des premier et second groupes sont des déphaseurs. 40 9°) Appareil suivant la revendication 8, 72 13839 11 2133909 caractérisé en ce que le déphaseur agissant sur les ondes du second groupe est identique au modulateur placé près du conducteur du courant à mesurer. 10°) Appareil suivant la revendication 2, 5 caractérisé en ce que ledit récepteur et comparateur des ondes modulées est un T - magique dont les portes alimentent l'amplificateur différentiel engendrant deux courants dont l'un alimente le déphaseur du second groupe d'ondes et l'autre alimente le déphaseur du premier groupe d'ondes à travers 10 un dispositif correcteur. 11°) Appareil suivant la revendication 2, caractéi'isé en ce que les guides d'ondes diélectriques sont pleins et pourvus d'un moyen externe de régularisation de la température.