Brevet FR2150610A1 — publié le 19730413

La présente invention concerne un dispositif pour le contrôle de la résistance d'isolement d'un cible de transport de courant et de l'enroulement statorique d'un moteur immergé alimenté selon un schéma à deux conducteurs et un tube, en particulier destiné à une foreuse électrique. On connatt divers procédés et moyens techniques permettant de contrôler l'état de l'isolement d'un système comportant une installation électrique et une ligne de câble. Dans chaque cas concret, le choix de tels ou tels moyens est déterminé par le but du contrôle, les exigences relatives aux qualités de l'isolement qui sont évaluées d'après un paramètre concret choisi et par les conditions de fonctionnement du système. Dans les systèmes ne comportant pas d'éléments raccordés électriquement avec la "terre", le contrôle de la résistance de l'isolement peut être réalisé à l'aide de n'importe lequel des multiples procédés connus. La particularité spécifique des procédés et des moyens pour le contrôle de la résistance d'isolement des systèmes comportant une phase mise à la terre réside dans la nécessité de déconnecter le système de la section mise à la terre afin de permettre la mesure de l'isolement par rapport à la "terre". Parmi les moyens connus prévus à cet effet, on peut citer, par exemple, les appareils électromagnétiques, dont la commande est branchée sur les phases non mises à la terre du système et dont le contact est relié à la phase mise à la terre. Lors du branchement du système sur le réseau d'alimentation, le dispositif électromagnétique fonctionne en réalisant au moyen de ses contacts le raccordement du système à la nterre", ce qui assure le fonctionnement normal de l'installation électrique. Lorsque le système est débranché du réseau, l'appareil électromagnétique est mis hors circuit et déconnecte le système de la "terre", ce qui permet de contrôler la résistance d'isolement à l'aide de mégohmmètres ordinaires. La commande de l'appareil réalisant le raccordement et le débranchement de la "terre", peut être également indépendant du réseau d'alimentation, par exemple hydraulique, pneumatique, etc. On connaît également un dispositif possédant un plus grand nombre de points communs avec la présente invention et réalisé également sans contacts, au moyen de deux dispositifs à semi-conducteurs, dont l'un est réglable. Lorsqu'ils sont insérés en parallèle et en opposition dans la phase mise à la terre, ces appareils assu rent le passage normal du courant par la phase du système mise à la terre lorsqu'elle est raccordée au réseau d'alimentation, et lors du débranchement du système du réseau d'alimentation, ils permettent de mesurer la résistance d'isolement par rapport à la "terre" au moyen d'un appareil à courant continu. I1 convient de remarquer que pour réaliser le contrôle de la résistance d'isolement au moyen de n'importe lequel des dispositifs indiqués, raccordant le système contrôlé avec la "terre", il faut absolument que le système soit débranché du réseau d'alimentation, ce qui exige l'arrêt du travail et constitue l'inconvénient majeur, commun aux dispositifs indiqués. Parmi les dispositifs n'exigeant pas l'arrêt du travail pour le contrôle de l'isolement, on connait un dispositif à fonctionnement rapide réalisant, de façon analogue à ceux indiqués plus haut, le débranchement du système installation-ligne de câble du réseau d'alimentation, possédant un neutre mis à la terre, avec cette différence que ce débranchement est réalisé durant un intervalle de temps court pendant lequel l'installation électrique (par exemple le moteur électrique) ne modifie pas sensiblement son régime de fonctionnement (par exemple la vitesse de rotation de l'arbre). Ce temps peut être utilisé pour le contrôle automatique de la résistance d'isolement du système par rapport à la "terre" iau moyen d'un dispositif de mesure synchronisé avec le dispositif de débranchement.Parmi les inconvénients de ce dernier dispositif, il faut mentionner le fait qu'il ne peut être utilisé pour les systèmes comportant une installation électrique avec une charge très importante et variant rapidement (comme par exemple pour le moteur électrique d'une foreuse électrique), qui ne saurait tolérer le débranchement de l'installation électrique du réseau d'alimentation même pour un intervalle de temps très court à cause du danger que présente la perturbation de son travail et sa mise hors de service. La présente invention a pour buts - de créer un dispositif permettant de contrôler la résistance d'is6lement d'un système dont une phase est mise à la terre, sans débrancher le système du réseau d'alimentation et sans arrêter le travail; - de réaliser le débranchement préventif du système contrôlé, par exemple d'une foreuse électrique et du câble de transport de courant, du réseau d'alimentation en cas de diminution de la résistance d'isolement au-dessous de la valeur admissible; - de contrôler la résistance d'isolement de la gaine d'un câble armé, d'un tube dans lequel sont placés des conducteurs, etc. Ceci est obtenu du fait que dans un dispositif pour le contrôle de la résistance d'isolement d'un câble de transport de courant et de l'enroulement statorique d'un moteur électrique immergé en fonctionnement, on utilise suivant l'invention, comme l'un des conducteurs de transport de courant, la colonne de tubes mise à la terre et raccordée électriquement à ltenroulement du moteur électrique immergé à travers un élément commutateur plongé dans le puits de forage, ce commutateur étant réalisé au moyen d'une valve à semi-conducteur et d'un thyristor à dispositif de commande, ces composants étant branchés en parallèle et en opposition, déconnectant l'enroulement du moteur pour la durée de raccordement de l'élément de masure de la résistance, et on fait appel à un élément commutateur supplémentaire non plongé dans le puits, également réalisé au moyen d'une valve et d'un thyristor à semi-conducteur branchés en parallèle et en opposition, cet élément commutateur étant inséré dans l'une des phases du secteur et la sortie supérieure du conducteur mis à la terre (colonne de tubes) et commandé par un commutateur à semi-conducteur, sous forme de bascule, tandis qu'a' son entrée sont branchées les connexions de sortie mises à la terre d'un capteur de courant réalisé sous la forme d'un transformateur de courant dont l'enroulement primaire ést branché en série avec le conducteur mis à la terre et l'enroulement du moteur.L'un des côtés de la bascule est raccordé à ltélectrode de commande de l'élément commutateur supplémentaire, deux connexions dudit élément de mesure étant raccordées aux deux conducteurs communs de la valve et du thyristor de ce même élément commutateur, tandis qu'une troisième connexion est raccordée à l'extrémité extérieure de la phase, qui n'est pas mise à la terre. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé dans lequel la Fig. unique représente un mode de réalisation du schéma du dispositif proposé. Dans le circuit d'alimentation d'un moteur électrique 1, on utilise une colonne de tubes 2 comme conducteur de transport de courant raccordé à la terre, reliée à un disjoncteur 3, à travers un élément commutateur 47et au moteur 7 à travers un élément commutateur 5. Entre l'élément commutateur 4 et la colonne de tubes 2 est inséré l'enroulement primaire d'un transformateur de courant 6 Une valve à semi-conducteur 7 de l'élément commutateur 4 est branchée en parallèle et en opposition à un thyristor 8 dont l'électrode de commande 9 est raccordée à la sortie d'un- bloc de commande 10. La cathode de la valve 7 et anode du thyristor 8 sont raccordées au disjoncteur 3, tandis que l'anode de la valve 7 et la cathode du thyristor 8 sont mises à la terre à travers ltenroule- ment primaire du transformateur de courant 6. Une valve 11 et un thyristor 12 de I'élément commutateur 5 sont branchés en parallèle et en opposition. L'enroulement primaire d'un transformateur de courant 13 est branché en série avec la valve il, tandis que L'enroulement secondaire est inséré entre la cathode du thyristor 12 et son électrode de commande 14. L'anode de la valve 11 et la cathode du thyristor 12 sont raccordées à la phase mise à la terre du moteur électrique 1, tandis que la cathode de la valve 71 et l'anode du thyristor 12 sont mises à la terre.Le bloc de commande 10 se présente sous la forme d'une bascule comportant deux transistors 15 et 16 dont les émetteurs sont mis à la terre, tandis que leurs collecteurs sont raccordés à travers des résistances 17 et 18 à une source de tension 19 dont le pale nega- tif est mis à la terre. Les bases des transistors 15 et 16 sont mises à la terre à travers des résistances 20 et 21o Le collecteur du transistor 15 est raccordé à travers une résistance 22 à la base du transistor 16, et le collecteur du transistor 16 est raccordé à travers une résistance 23 à la base du transistor 15. Aux bases des transistors 15 et 16 sont raccordées par leurs cathodes des valves 24 et 25 dont les-anodes sont raccordées à l'une des bornes de l'enroulement secondaire du transformateur de courant 6, la seconde borne de cet enroulement étant mise à la terre.Le collecteur du transistor 15 est raccordé à travers une résistance 26 à l'électrode de commande 9 du thyristor 8. Un bloc de mesure 29 est raccordé à l'une des phases non mises à la terre, au point commun à l'anode du thyristor 8 et à la cathode de la valve 7 et à travers la terre au point commun à 1'anode de la valve 7 et de la cathode du thyristor 8. Le bloc de mesure 29 est réalisé au moyen d'un redresseur 30 non stabilisé, d'un dispositif de mesure d'amplitude de tension 31, d'un relais différentiel 32 et d'un indicateur de rapports 33 avec une échelle en unités de résistance. Le redresseur 30 est réalisé au moyen d'un transformateur de tension 34 dont l'enroulement primaire est branché sur le disjonc teur 3 entre la phase mise à la terre 2 et l'une desfingBron mises à la terre, par exemple la phase 27, son enroulement secondaire étant raccordé à l'entrée d'un pont redresseur 35. L'un des pâles du pont 35 est mis à la terre, l'autre est raccordé à l'un des enroulements du relais 32 et l'une des bobines de l'indicateur de rapport 33 branchés en série, les deux bobines du dispositif de mesure ayant un point commun mis à la terre. La seconde bobine de l'indicateur 33 est branchée en série avec le second enroulement du relais 32, à l'émetteur d'un transistor 36 qui est branché selon un montage à,émetteur-suiveur. En outre, le dispositif de mesure d'amplitude de tension transistorisé 31 comporte une source de tension continue 37 insérée entre le transistor 36 et la terre, une résistance 38 branchée entre l'émetteur du transistor 36 et la terre, une résistance 39 et un condensateur 40 branchés en parallèle à travers lesquels la base du transistor 36 est raccordée à la terre, ainsi qu'une valve 41 raccordée par sa cathode à la base du transistor 36 et par son anode à la phase 2 du disjoncteur 3. Le fonctionnement du dispositif est le suivant. Lors de la fermeture du disjoncteur 3 à la source d'alimentation à courant alternatif (non représentée sur le dessin), le moteur électrique 1 est alimenté en courant à travers les phases non mises à la terre 27 et 28 et la phase 2 mise à la terre; en outre, le passage de 1'alternance négative de courant par la phase 2 est assuré par les valves 7 et 11, et celui de l'alternance positive est assuré par les thyristors 8 et 12, si le potentiel de commande est amené à partir du bloc 10 à l'électrode de commande 9. La tension de l'enroulement secondaire du transformateur 6 qui varie en fonction de la fréquence du réseau d'alimentation, est amenée à l'entrée du bloc de commande 10, de la sortie duquel la tension alternative à fréquence deux fois inférieure à la fréquence d'entrée, est envoyée à l'électrode de commande 9 du thyristor 8. Etant donné qu'au moment où commence l'alternance positive de la tension d'alimentation, le thyristor 12 est débloqué du fait qu'une tension de commande est envoyée à son électrode de commande 14 en provenance de l'enroulement secondaire du transformateur 13 lorsqu'une alternance négative du courant passe par la valve 11, ce thyristor étant maintenu débloqué par l'alternance positive du cou rant, alors le raccordement de ltenroulement du moteur électrique 1 à la phase 2 mise à,la terre est assuré par le débloquage du thyristor 8 lors de l'application à son électrode de commande 9 de la valeur maximale de la tension provenant de la sortie du bloc 10, le raccordement étant réalisé pendant une période sur deux de la tension du réseau d'alimentation. Lorsque la tension provenant du bloc 10 est absente sur l'électrode 9, c'est-à-dire toutes les deux périodes de la tension d'alimentation, le thyristor 8 reste bloqué, la phase 2 n'est pas parcourue par l'alternance positive du courant et par conséquent le thyristor 12 non maintenu à l'état débloqué par cette alternance, est également bloqué. Ainsi, durant une période sur deux de la tension du réseau d'alimentation, tout le système se trouve débranché de la section mise à la terre de la,phase 2 pour un intervalle de temps ne dépassant pas la moitié de la période de la tension du réseau, ce qui permet de contrôler la résistance d'isolement du système par rapport à la terre. il convient de remarquer que la périodicité de débranchement du système de la terre est choisie, d'une part, en tenant compte de l'influence minimale du débranchement de la phase 2 sur le régime de travail du moteur électrique 1 et, d'autre part, en tenant compte de la fréquence nécessaire de contrôle de la résistance d'isolement. La modification de la périodicité des débranchements du système contrôlé de la terre peut être obtenue en utilisant les multiples variantes connues de combinaisons de bascules dans le bloc 10. Le contrôle de la résistance d'isolement du système par rapport à la terre peut être réalisé au moyen du bloc de mesure 29. Le principe de mesure de la résistance d'isolement du système par rapport à la terre au moyen du bloc 29 est le suivant. La valeur de l'alternance positive de la tension sur le thyristor bloqué 8 dépend de la valeur de la résistance d'isolement. Ceci s'explique du fait que le branchement en série de la résistance équivalente de l'élément commutateur 4 lorsque le thyristor est à l'état bloqué, avec la résistance équivalente d'isolement du système contrôlé shuntée par la résistance équivalente de l'élément commutateur 5, se trouve branchée à la tension entre phases de la source d'alimentation.Par conséquent, la tension mesurée sur l'élément bloqué de commutation 4 dépend du rapport entre les valeurs indiquées des résistances et sera d'autant plus grande que l'état d'isolement est plus mauvais, et lorsque la résistance d'isolement tombe à zéro, elle peut atteindre la valeur d'amplitude de la tension entre pha- ses appliquée. L'alternance positive de la tension sur l'élément 4 lorsque le thyristor 8 est bloqué, charge à travers la valve 41 le condensateur 40, la valve 41 étant prévue pour éviter la décharge du condensateur 40 à travers le thyristor 8, lorsque ce dernier est débloqué. Par conséquent, le condensateur 40 se décharge principalement à travers la résistance 39 et la tension sur ce condensateur lorsqu'elle est appliquée à l'entrée de l'étage émetteur-suiveur, détermine la tension de sortie de celui-ci et de ce fait la valeur du courant circulant dans l'enroulement du relais 32 et dans la bobine de l'indicateur 33. L'enroulement du relais 32 et la bobine de l'indicateur 33 se trouvent dans le circuit du redresseur 30 grâce à leur branchement différentiel par rapport au second enroulement et à la seconde bobine de ces mêmes éléments, permettent d'exclure l'influence des fluctuations de la tension du réseau d'alimentation sur les résultats de mesure. Les contacts (non représentés sur le dessin) du relais 32 insérés dans le circuit de commande du disjoncteur 3, réalisent en cas de diminution de la résistance d'isolement en dessous de la valeur tolérée, le débranchement du système contrôlé du réseau d'alimentation. - REVENDICATION. Dispositif pour le contrôle de la résistance d'isolement d'un câble de transport de courant et de l'enroulement statorique d'un moteur électrique immergé en fonctionnement, dans lequel on utilise comme l'un des conducteurs de transport de courant une colonne de tubes mise à la terre et raccordée électriquement à l'enroulement du moteur à travers un élément commutateur plongé dans le puits de forage, ce commutateur étant réalisé au moyen d'une valve et d'un thyristor à semi-conducteur branchés en parallèle et en opposition, le thyristor étant doté d'un système de commande, et déconnectant l'enroulement du tube pour la durée de mise en circuit d'un élément de mesure de la résistance d'isolement, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte un élément commutateur supplémentaire non plongé dans le puits de forage, également réalisé au moyen d'une valve et d'un thyristor à semi-conducteur branchés en parallèle et en opposition inséré entre l'une des phases du réseau d'alimentation et la borne supérieure du conducteur mis à la terre (colonne de tubes), et commandé par un commutateur à semi-conducteur branché par son entrée entre les connexions de sortie mises à la terre et non mises à la terre d'un capteur de courant qui est réalisé sous la forme d'un -transformateur de courant dont le circuit primaire est branché en série avec le conducteur mis à la terre et ltenroule- ment du moteur, deux des connexions dudit élément de mesure étant raccordées aux deux conducteurs communs de la valve et du thyristor de ce même élément commutateur supplémentaire, tandis qu'une troisième connexion est raccordée à l'extrémité extérieure de la phase non mise à la terre.