Brevet FR2401427A1 — publié le 19790323

La présente invention concerne un procédé et un appareillage permettant la détection en continu, notamment à la sortie d'une ligne de fabrication, des défauts d'isolation de conducteurs électriques pour basse tension. La fabrication des conducteurs électriques isolés est effectuée par passage de l'âme conductrice dans une tête d'extrusion qui applique une couche d'isolant d'une épaisseur de l'ordre de un à cinq dixièmes de millimètres. Deux types principaux de défauts peuvent se manifester : une sous-épaisseur d'isolant ou une absence locale d'isolant. Le premier type de défaut n'entraîne généralement aucune conséquence fâcheuse, car une couche d'isolant à base de polyéthylène réduite à un centième de millimètres a encore une tension de claquage de l'ordre de la dizaine de kilovolts.Par contre, l'absence isolant, même de façon très localisée, peut entraîner ultérieurement, par exemple lors de la confection d'un câble, des risques de fuites ou même de courts-circuits, surtout en ambiance humide. I1 est donc indispensable, au stade de la fabrication des conducteurs isolés, de pouvoir détecter et dénombrer les manques d'isolation. Dans tout ce qui suit, nous utiliserons l'expression "défauts d'isolation" dans le sens de "absence locale d'isolant". I1 existe un certain nombre de méthodes de détection des défauts d'isolation, bien connu des spécialistes. Certaines nécessitent l'immersion du conducteur dans l'eau, d'autres, les plus nombreuses, fonctionnent à sec. De façon générale, les procédés de détection consistent à relier à la masse l'âme du conducteur et à faire passer le conducteur isolé, sortant de l'extrudeuse, dans un dispositif de contact électrique tel quebrosse, chaîne de perles, ressorts, anneaux, sous un potentiel de quelques milliers de volts, à une fréquence pouvant aller de 50 Hz à plusieurs milliers de Hertz. Taus ces dispositifs présentent de nombreux inconvénients et il est bien connu qu'ils ne satisfont pas les usagers. D'une part, le contact, notamment par les chaînes de perles, utilisées le plus fréquemment, ne se fait que suivant une génératrice, et un bon nombre de défauts échappent à la détection. D'autre part, lors de l'essai d'un assemblage, par exemple une quarte téléphonique (assemblage de quatre conducteurs élémentaires), le contact ne peut pas se faire au milieu de l'assemblage. Une couche d'air s'interpose entre l'électrode (les perles) et l'isolant, ce qui équivaut à la mise en série de deux capacités et entraîne, de ce fait, une réduction sensible de la tension d'essai réellement appliquée au défaut, donc, un risque sérieux de ne pas le détecter. I1 est également connu que les essais sous tension alternative de fréquence élevée entraînent une fatigue de l'isolant, génératrice de défauts ultérieurs. En outre, la plupart des procédés de détection connus laissent une trace indélébile sur l'isolant, due à I'étincellage à l'emplacement du défaut, ce qui nuit à l'aspect et à la qualité des produits et entraîne des rebuts, et ils sont également inadaptés aux lignes d'isolation modernes opérant à des vitesses pouvant atteindre 2000 et même 3000 mètres par minute. Si l'on considère, par exemple, une ligne d'isolation fonctionnant à 1600 mètres par minute et une électrode de détection de 30 mm de longueur, on voit qu'un point donné du fil traverse l'électrode en soe microsecondes. Si la détection est effectuée sous une tension de 50 Hz, il est évident que seules les portions du fil passant dans l'électrode à l'instant où la tension alternative passe par son maximum - positif ou négatif - auront été réellement soumises à la tension dtessai. Cela conduit donc à allonger démesurement les électrodes de contact, ce qui entraîne de nombreux inconvénients. L'objet de la présente invention est un procédé de détection de défauts particulièrement bien adapté aux lignes d'isolation modernes opérant à des vitesses pouvant atteindre 3000 mètres par minute, mais également utilisable sur des assembleuses beaucoup plus lentes - quelques dizaines de mètres par minute - caractérisé en ce que le ou les conducteurs isolés à tester passent dans une électrode de longueur réduite soumise à une tension continue de plusieurs kilovolts et que les défauts qui se manifestent par une baisse de la tension d'essai, sont détectés, classés par ordre de taille et envoyés sur un dispositif de comptage et de signalisation optiqueet/ou acoustique. L'appareillage, pour la mise en oeuvre dudit procédé, est constitué d'un générateur de haute-tension continue, comportant un transformateur et un redresseur, d'un double pont diviseur permettant de prélever le signal et d'un ensemble électronique permettant de séparer le défaut de la tension d'essai et de l'appliquer aux dispositifs de comptage et d'alarme. Les figures ci-jointes permettront de préciser la mise en oeuvre du procédé et la structure de l'appareillage. La figure 1 représente le dispositif générateur de la haute-tension continue d'essai et le pont de prélèvement du signal de défaut. La figure 2 représente l'alimentation du dispositif électronique. La figure 3 représente le dispositif électronique de détection de comptage et de signalisation des défauts. La figure 4 représente, sensiblement en grandeur réelle, une électrode de détection de défauts. Le générateur de haute-tension continue comporte, à partir de l'alimentation sur le secteur, un interrupteur disjoncteur (1) et deux interrupteurs (2) et (3) de sécurité coupant l'alimentation en cas d'ouverture de la boîte de protection entourant l'électrode, un transformateur d'isolation (4), alimentant un autotransformateur à curseur (5) alimentant lui-meme le transformateur élé vateur de tension (6) sous une tension réglable à la valeur choisie. Une prise (7) sur l'enroulement primaire assure la mesure de tension par le voltmètre (8). Le redresseur, qui est du type double alternance, comporte un pont de diodes D1, trois condensateurs de filtrage C1, C2, C3 de 0,1 microfarad, connectés en série et munis de trois résistances d'équilibrage de potentiel R1, R2 et R3 de 100 mégohms.La tension d'essai est prélevée à l'extrémité (9) de la résistance R4, dont la valeur se situe normalement entre 1 et 1,5 mégohms. Les résistances R5 de 12 mégohms et R6 de 165 kilohms constituent un pont diviseur et le signal, résultant des défauts, qui est une fraction de la tension d'essai, est prélevé au point de jonction (10) des résistances R5 et R6. La résistance R6 est, en fait, constitué de deux résistances de valeur égale (330 kilohms) en parallèle, l'une sur le circuit d'alimentation, l'autre à l'en- trée du circuit de détection. Cette disposition n'a rien d'obligatoire. L'ensemble des résistances R4, R5, R6 et des résistances R6, R10, R9 et des diodes Zener D7 et D8 dont le rôle sera précisé un peu plus loin, constitue un circuit en double pont qui permet d'extraire le signal et de l'injecter dans le détecteur. L'alimentation du dispositif électronique comporte un transformateur abaisseur de tension (11) délivrant, à partir du secteur à 220 v, une tension de 16 volts qui est redressée par un pont de diodes (12). La tension redressée (13) est directement utilisée pour l'alimentation des relais de commande de comptage et d'alarme. La tension pour l'alimentation des circuits électroniques est séparée par la diode D2, filtrée par le condensateur électrochimique C4 de 100 microfarads et stabilisée à 12 volts par la diode Zener D3 et la résistance R8 de un kilohm, puis filtrée par le condensateur électrochimique C5 de 100 microfarads. La chute de tension dans les trois diodes au silicium D4, D5 et D6 (type 1 N 4002 par exemple) permet d'obtenir une tension négative d'environ 2 volts qui est envoyée sur la ligne (14). Cette tension négative permet d'ajuster le seuil de sensibilité. S'il apparaît que la tension au point 10 présente du bruit provenant de parasites d'origine exté'rieure, on peut, en court-circuitant une ou deux des diodes D4-D5-D6, réduire la tension négative, donc la sensibilité. Le signal prélevé au point 10 du pont est envoyé à l'entrée du détecteur. Les deux diodes Zener D7 et D8 permettent d'assurer un décalage de 2 x 12 volts de la tension continue résiduelle, ce qui augmente très sensiblement le rapport signal/tension résiduelle, donc la sensibilité de détection. Le signal ainsi séparé est envoyé sur la base du transistor T1, par exemple du type 2 N 2222, polarisé par les deux résistances R9, de 1,8 kilohms et R10, de 10 kilohms. La diode D9, par exemple du type 1 N 914, limite l'inversion de pola rité de T1 en l'absence de signal.Le collecteur de T1 comporte une double porte constituée par les résistances de charge Ril et R12 de 22 kilohms et quatre diodes D10, D11, D12, D13 qui permet d'envoyer le signal à la fois sur le circuit d'alarme et sur le circuit de comptage. Le circuit de comptage comporte un circuit monostable constitué par les transistors T2 (du type NPN 2 N 2222) et T3 (du type PNP 2 N 2907) et les résistances de polarisation R13 et Ri4 de 10 kilohms pour T2, R15, de 2,2 kilohms et Rt6, de 10 kilohms pour T3, le circuit de réaction R17 de 10 kilohms et C6 de 1 microfarad.Ce circuit monostable permet de convertir le signal de défaut, qui est constitué par des variations de tension plus ou moins rapides et plus ou moins régulières, en un signal rectangulaire capable d'actionner le compteur. Le signal, sortant du monostable est appliqué à la base du transistor T4, du type 2N 2222, normalement bloqué au repos par les résistances de polarisation R18 de 10 kilohms et R19 de 2,2 kilohms. Le bobinage (15) du relais commandant le compteur constitue la charge du collecteur de T4. Une diode D14, du type 1 N 4002, permet d'absorber l'extra courant de rupture qui apparaît dans le bobinage (15) et pourrait endommager le transistor T4. Le signal de défaut prélevé sur la porte d'entrée du monostable, au point de jonction de D10 et R11, par la diode D11, est envoyé dans le circuit d'alarme par un circuit à constante de temps C7-R20 qui ne réagit pas à des signaux courts ou non répititifs, mais réagit à des signaux longs ou à des signaux courts répétitifs. En réglant la constante du temps du circuit, on peut déterminer le seuil de détection. Avec des valeurs de 1 microfarad pour C6 et 22 kilohms pour R20, on déclenche l'alarme pour un défaut diisolation égal ou supérieur à 4 centimètres à une vitesse de 1600 m/minute. Le circuit de déclenchement d'alarme comporte un bistable constitué par les deux transistors T5 (2 N 2222) et T6 (2 N 2907) et leurs circuits de polarisation et de réaction (R21, R22 de 4,7 kilohms, R23, de 2,2 kilohms, R24, de 10 kilohms, R25 de 47 kilohms, C8 de 1 microfarad). Le transistor T7, qui reçoit sur sa base polarisée par les résistances R26, de 10 kilohms, et R27, de 2,2 kilohms, le signal continu provenant du bistable, commande la bobine (16) du relais du système d'alarme, shuntée par la diode de protection D14 (1 N 4oye2). Le signal rectangulaire peut également être envoyé sur d'autres dispositifs tel que comptage, ou comptage après sélection, ou interruption de la ligne d'isolation, à la suite d'un défaut important ou d'un nombre de défauts prédéterminé. L'interrupteur (17) permet, par mise à la masse momentanée, du point de jonction entre les résistances R21 et R25 d'interrompre le signal d'alarme sonore et/ou visuelle destiné au surve-illant de la ligne d'isolation. L'électrode (21) de détection de défauts est reliée au point (9) du générateur de tension d'essai. L'âme conductrice (18) du conducteur isolé (19) est mise à la terre par l'extrémité non encore isolée. A la sortie de l'extru- deuse, représentée symboliquement en (20), le conducteur isolé, dont le diamètre extérieur est, par exemple, de l'ordre du millimètre, passe dans l'électrode (17) dont la longueur est, dans le cas présent, de 30 mu et le diamètre intérieur, de 6 mm. Tout défaut d'isolation se traduit par une décharge entre l'élec- trode (17) et le conducteur (18). Cette décharge provoque une baisse instantanée de tension au point (9) suivie d'une remontée de tension à sa valeur normale qui est, par exemple, de 8000 volts, mais qui est fonction du diamètre intérieur de l'électrode.La tension au point (10), en l'absence de défaut, est de ltor- dre de 30 volts. Les dimensions de l'électrode ne sont pas critiques. Une électrode tubulaire, dont le diamètre intérieur est compris, par exemple, entre 2 et 10 fois le diamètre extérieur du conducteur à tester, convient parfaitement. Sa longueur peut être extrémement réduite, et descendre jusqu'à quelques millimètres. On a ainsi pu utiliser une simple rondelle mécanique de 1,5 mm d'épaisseur. Pour une électrode de diamètre intérieur donné, il est possible de tester des conducteurs isolés dans une gamme de diamètre étendue, sans modifier la tension d'essai. Il n'y a, en principe, pas de limitation du côté des conducteurs de petit diamètre ; du côté des conducteurs de diamètre plus élevé, la seule limitation est dûe à des considérations mécaniques et à la nécessité d'éviter un frottement de Itisolant contre l'électrode qui pourrait provoquer une abrasion dudit isolant. En pratique, le rapport de 2 à 10 entre le diamètre intérieur de l'électrode et le diamètre extérieur du conducteur convient dans la quasi-totalité des cas. Lorsqu'on utilise un compteur-totalisateur mécanique, la vitesse de comptage est limitée à quelques dizaines de défauts par seconde. Par exemple, si le compteur est limité à une vitesse de 25 défauts par seconde > on ne peut différencier que des défauts au moins distants de 40 millisecondes, soit environ 1 mètre à raison de 1600 mètres par minute. Au-delà, on peut utiliser des compteurs électroniques, de tous types connus, à affichage numérique direct, dont la vitesse de comptage n'est pratiquement pas limitée. Il est également indispensable que les circuits électroniques de détection et de mise en forme des défauts aient eux-mêmes une rapidité suffisante. A 1600 mètres par minute, un point donné du fil traverse l'électrode en 500 microsecondes. Si l'on veut détecter correctement des défauts d'une dimension nettement inférieure au millimètre, il faut que les circuits puissent traiter un signal d'une durée inférieure à 500 microsecondes et, de préférence, inférieure à 100 microsecondes, ce qui est bien le cas des circuits décrits cidessus, dont la bande passante est de l'ordre de plusieurs mégahertz. La mise en oeuvre de l'invention ntest pas limitée à la détection des défauts sur un seul conducteur isolé. On peut, en effet, tester simultanément plusieurs conducteurs isolés individuellement (cas des quartes téléphoni ques). Ce sera, par exemple, le cas à ltentrée d'une assembleuse ou d'une toroneuse où un grand nombre de conducteurs isolés convergent pour former un câble. Il est également possible de détecter des défauts sur des assemblages élémentaires tels que les paires et les quartes de fils téléphoniques (assemblage de deux ou quatre conducteurs isolés qui seront ensuite regroupés en torons puis en câbles). L'invention s'applique à tous les types de conducteurs isolés pour basses tensions, comportant une faible épaisseur d'isolant et présentant, de ce fait, un risque non négligeable de manque d'isolant. Elle convient parfaitement au contrôle continu des fils et câbles téléphoniques, de signalisation, de télécommunications et d'alimentation électrique sous basse tension, jusqu'à environ 500 volts. Elle est rigoureusement non destructive, non dommageable pour l'isolant ou pour le conducteur et présente un degré élevé de fiabilité. Elle permet de détecter des défauts très inférieurs au seuil considéré comme non conséquent pour les utilisations des produits testés. REVENDICATIONS 1/ Procédé de détection continue des défauts d'isolation de conducteurs électriques pour basse tension, dans lequel on applique une tension élevée provenant d'un générateur à forte résistance interne, entre l' me du conducteur et une électrode extérieure, caractérisé en ce que la tension continue filtrée, est appliquée sur une électrode de longueur réduite n'ayant pas de contact avec le conducteur à tester, et en ce que le signal résultant des défauts d'isolation est prélevé, sous la forme d'une baisse de tension, dans un circuit diviseur en double pont, introduit dans un circuit d'adaptation à la suite duquel il peut déclencher tout dispositif de signalisation, de comptage, d'alarme ou autre. 2/ Procédé de détection continue de défauts d'isolation selon revendication 1, caractérisé en ce que l1électrode de détection est une électrode tubulaire de diamètre intérieur compris entre 2 et 10 fois le diamètre extérieur du conducteur à tester. 3/ Procédé de détectioncontinue de défauts d'isolation, selon revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le signal de baisse de tension, provenant du circuit d'adaptation, passe dans un circuit discriminateur réglable et dans un circuit monostable de mise en forme, à la suite duquel il peut déclencher tout dispositif de signalisation, de comptage, d'alarme ou autre. 4/ Procédé de détection continue de défauts d'isolation, selon revendication I ou 2 ou 3, caractérisé en ce que l'on opère avec une même tension d'essai lorsque le rapport du diamètre intérieur de l'électrode au diamètre extérieur du conducteur à tester varie dans un rapport de 2 à 10. 5/ Dispositif de détection continue de défauts d'isolation de conducteurs électriques pour basse tension, comportant un générateur de tension continue élevée, à forte résistance interne, caractérisé en ce qu'il comporte, d'une part un dispositif de filtrage de la tension continue, connecté à une électrode tubulaire de longueur réduite entourant sans contact le conducteur à tester et, d'autre part, un circuit diviseur en double pont, dont la sortie est reliée à un dispositif d'adaptation et de traitement du signal pouvant commander tout dispositif de signalisation, de comptage, d'alarme ou autre. 6/Dispositif de détection continue de défauts d'isolation, selon revendication 5, caractérisé en ce que le circuit d'entrée du dispositif d'adaptation et de traitement du signal comporte au-moins une diode Zener connectée en série. 7/ Dispositif de détection continue de défauts d'isolation selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le circuit d'entrée comporte une cellule a constante de temps prédéterminée constituée par l'association d'une capacité et d'une résistance. 8/ Dispositif de détection continue de défauts d'isolation selon l'une des revendications 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que la sensibilité de détection peut être ajustée par réglage de la tension négative appliquée a la base du transistor d'entrée du circuit d'adaptation et de traitement des signaux.