Brevet FR2454104A1 — publié le 19801107

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de détection de défauts d'isolation sur un câble électrique, en cours de défilement et, en particulier, sur un câble électrique ayant une tension de service allant jusqu'à 1000 volts. Il peut s'appliquer, en particutier, au contrôle continu de la rigidité diélectrique, sous tension alternative ou continue, d'un conducteur électrique à la sortie d'une ligne d'isolation. La fabrication des conducteurs électriques isolés est effectuée par passage de l'âme conductrice dans une tete 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 sousépaisseur d'isolant ou une absence locale d'isolant. Le premier type de défaut n'entrain généralement aucune conséquence fâcheuse, car une couche d'isolant à base de polyéthylène réduite à un centième de millimètre a encore une tension de claquage de l'ordre de la dizaine de kilovolts. Par contre, l'absence d'isolant, même sous forme d'une fissure très localisée, peut entrainer ultérieurement, par exemple lors de la confection d'un câble, des risques de fuites ou même de court-circuits, surtout en ambiance humide. Il 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", ou "fissure dans l'isolation". Il 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 a relier à la masse l'amie du conducteur et à faire passer le conducteur isolé, sortant de l'extrudeuse, dans un dispositif de contact électrique dit "palpeur" tel que brosse, chaîne de perles, ressorts, anneaux, soit sous un potentiel alternatif de quelques milliers de volts, à une fréquence pouvant aller de 50 Hz à plusieurs milliers de Hertz, soit sous un potentiel continu de quelques milliers de volts. Les divers inconvénients que l'on rencontre avec les modèles actuellement sur le marché sont les suivants Les appareils fonctionnant en courant alternatif à 50 Hz sont réalisés avec des relais électro-magnétiques peu sensibles (10 à 15 mA) et donnent naturellement des temps de réponse trop longs. A la production de l'arc électrique au moment du claquage, il se produit un brûlage du défaut qui empêche toute possibilité d'en retrouver son origine. Suivant la norme française AFNOR/UTE C00-130, il est imposé d'avoir un long palpeur, par exemple pour un câble défoulant à 1000 m/mn, il faut un palpeur de 1,10 m de long au minimum et, pour 400 m/mn, il faut 0,44 m de façon que la portion de câble sous essai soit sounise à au moins une crête de la ten- sion alternative. Il faut donc soit utiliser des palpeurs longs et encombrants, soit réduire la vitesse d'extrusion. Les appareils fonctionnant en courant alternatif a haute fréquence sont généralement peu sensibles à cause de la trop faible pénétration du courant HF dans les fissures des isolations. Pour les appareils à courant continu équipés de relais du même type que ceux des appareils en courant alternatif décrits plus haut, les inconvénients sont identiques, à l'exception près que le problème des tensions de crête n'existe plus. Les appareils équipés de relais électroniques ultra-sensibles, pour des courants inférieurs ou égaux à 0,1 mA, déclenchent soit par le courant de fuite superficiel de l'isolant en présence d'humidité (cas très courant des isolations en chlorure de vinyle à surface mate ou rugueuse), soit par une action de champs parasites. Lorsque le temps de réponse des relais est beaucoup trop rapide, on obtient un comptage double ou triple pour un défaut. Le procédé, objet de l'invention, ne présente pas les inconvénients de l'art antérieur. Il est caractérisé en ce que la tension d'essai obtenue à partir du secondaire d'un premier transformateur dont le primaire est alimenté par le réseau de distribution, est délivrée sous forme dlune tension alternative ou continue et en ce que l'impulsion de courant, qui résulte de la détection d'un défaut d'isolement, est transmise, au travers du secondaire du premier transformateur, au primaire d'un second transformateur avec lequel il est connecté en série mais non couplé magnétiquement, puis recueillie au secondaire du second transformateur, puis redressée, amplifiée, de façon connue, et utilisée pour actionner au moins un moyen de signalisation du défaut d'isolement. Il est également caractérisé en ce que le primaire du second transformateur est approximativement accordé au moyen d'un condensateur de façon à former un circuit résonant parallèle à impédance élevée pour une fréquence de 50 Hz. Il est également caractérisé en ce que le primaire du premier transformateur est alimenté par le réseau de distribution par l'intermédiaire d1un moyen de réglage de la tension. La figure 1 représente un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de détection selon l'invention. Le premier transformateur (1) comporte un enroulenent primaire (2) et un enroulement secondaire (3) élevant la tension primaire, sur lequel est branché un kilovoltmètre (4). L'enroulement primaire (2) est alimenté par le réseau à 220 volts au travers d'un auto-transformateur à curseur (5). Le second transformateur (6), qui n'est pas couplé magnétiquement avec le premier transformateur (1), a son primaire (7) connecté en série entre la base du secondaire (3) du premier transformateur, et la masse. Le primaire (7) est approximativement accordé au moyen du condensateur C1 (8), de façon à former un circuit résonant présentant, à 50 Hz, une impédance relativement élevée, ce qui accroît la sensibilité de la détection.Avec un type de transformateur du commerce, on obtient, par exemple, Z = 60Q ohms pour C1 = 0,1 pF. Le secondalrç- (9) du second transformateur aux bornes duquel apparaît l'impulsion résultant d'un défaut d'isolement, est connecté à un redresseur en pont (10). L'impulsion, redressée, puis filtrée par le condensateur C2 (11), dont la valeur est de l'ordre de 3,3 nF (tension d'essai 400 volts), est amplifiée de façon connue, dans l'amplificateur (12) équipé de semi-conducteurs de types classiques, puis utilisée pour déclencher des alarmes visuelles (13), ou sonores (14), ou un compteur de défauts ou différents organes de sécurité de types connus, non représentés, tel qu'un arrêt automatique de la ligne d'isolement. La tension d'essai, disponible au secondaire (3) du premier transformateur, a une valeur réglable par exemple entre 0 et 15 KV. En pratique, on adopte souvent une valeur de 6 KV efficaces, en conformité avec la norme fran caisse NF C.00130.Cette tension alternative pénètre dans un commutateur (15) représenté de façon simplifiée et schématique pour mieux en expliciter le fonc tionnement > grâce auquel on peut - en connectant directement A à D et en mettant, de préférence, par raison de sécurité, C à la masse, obtenir, à la sortie, la tension alternative non mo difiée ; - en connectant A à B et C à D, obtenir, par redressement dans la diode (16) et filtrage par le condensateur C3 (17), dont la valeur est de ltordre de 4700 pF, avec une tension d'essai de 25 KV, une tension continue sous un po tentiel sensiblement égal à la tension de crête de la tension alternative d'entrée. La résistance (18) de 500 KQ a pour. effet de limiter le courant de court-circuit. La tension continue est positive ou négative par rapport à la masse selon le sens de branchement de la diode (16). Dans le cas représenté, la tension est négative. Bien entendu, ces commutations peuvent être mécani sées et télécomnandées de façon connue. La tension alternative ou continue, sortant du commutateur (15) est envoyée sur le palpeur (19) au travers duquel défile le câble (20) à tester, dont l'âme conductrice (21) est mise à la masse. Le fonctionnement du dispositif est alors le suivant : en courant alternatif, un amorçage sur un défaut d'isolation, à l'intérieur du palpeur, provoque une variation brusque du courant qui traverse l'enroulement secondaire du premier transformateur puis ltenroulement primaire du second transformateur qui est en série. L'impulsion qui en résulte, recueillie au secondaire du second transformateur, détectée et amplifiée, actionne les dispositifs de signalisation de défauts qui sont, en pratique, des relais électromagnétiques placés en sortie de l'amplificateur qui basculent pour un courant de défaut de 0,5 mA sous une tension de 6 KV efficaces, à 50 Hz, pendant une durée de 0,02 secondes. Ce contrôle de sensibilité a été effectué conformément à la norme NF-UE-C.001 30. Cette sensibilité élevée permet de fonctionner avec un palpeur court, par exemple de 22,5 cm à 400 m/mn. Il passera dans celui-ci trois tensions de crête du 50 Hz pour obtenir un courant de détection s'il y a un claquage. Après détection, les relais électroniques sont temporisés de façon à ne comptabiliser qutun défaut pour deux secondes (ce temps peut être modifié). Vu le faible courant de détection, il n > y a pas de brûlage du défaut. En courant continu, un amorçage sur un défaut d'isolation à l'intérieur du palpeur se traduit par une impulsion de décharge puis de recharge du condensateur de filtrage C3 (17). L'impulsion, par le même mécanisme que dans le cas du courant alternatif, est recueillie au secondaire du second transformateur. Dans le cas de la détection en courant continu, et avec les mêmes relais électromagnétiques, on a les mêmes avantages avec en moins le problème d'alternance du 50 Hz. On a réduit volontairement la sensibilité de détection à 0,3 mA pour limiter les inconvénients du courant de fuite superficiel. Dans des cas particuliers, ces courants peuvent être éliminés par la mise en place d'anneaux de garde dans le palpeur. Lorsqu'on utilise un palpeur à chaînettes de perles métalliques rapprochées les unes des autres, on peut facilement constater visuellement la très bonne ionisation interne par l'effet CORONA lorsque la tension est suffisante (6 KVi. En présence d'un défaut en défilement, l'arc électrique jaillit toujours avant que celui-ci ne commence à pénétrer entièrement dans le palpeur et ne s'éteint qu'après en être sorti de quelques millimètres. Un palpeur de quelques centimètres de longueur est largement suffisant dans ce cas. Un système de décharge du condensateur de filtrage C3 (17) doit être conçu d'une manière automatique pour éviter les dangers possibles d'électrocution à l'ouverture de la boîte contenant le palpeur. De même, il est obligatoire de mettre convenablement l'âme du câble en essai à la terre pour la méme raison. La sensibilité et la sécurité de fonctionnement de ce dispositif, la possibilité de choisir, à tout instant, entre la détection sous tension d'sssai alternative ou continue, en font un détecteur quasi-universel. Il peut, en effet, s'adapter aux normes en vigueur dans chaque pays ou aux exigences particulières d'un utilisateur et il permet de garantir, à la livraison, que le nombre de défauts par unité de longueur est inférieur à la limite qui a été spécifiée. Il permet d'opérer sur des lignes d'isolation fonctionnant à une vitesse linéaire pouvant aller jusqu'à 1000 et même jusqu'à 1500 mètres par minute. On peut le disposer dans un boîtier métallique étanche, de faibles dimensions, qui trouve sa place à proximité immédiate de la ligne d'isolation. REVENDICATIONS 10/ - Procédé de détection de défauts d'isolation sur un conducteur électrique en cours de défilement, dans lequel ledit conducteur, dont l'âme conductrice est mise à la terre, passe au travers d'un palpeur, de tout type connu, soumis à une tension d'essai au moins égale à 2,5 kilovolts et, de préférence, au moins égale à 6 KV, caractérisé en ce que la tension d'essai, obtenue à partir du secondaire d'un premier transformateur dont le primaire est alimenté par le réseau de distribution, est délivrée sous forme d'une tension alternative ou redressée et filtrée et en ce que l'impulsion du courant qui résulte de la détection d'un défaut d'isolement est transmise, au travers du secondaire du premier transformateur, au primaire d'un second transformateur avec lequel il est connecté en série mais non couplé magnétiquement, puis est recueillie au secondaire du second transformateur, redressée et amplifiée de façon connue et utilisée pour actionner au moins un moyen de signalisation. 20/ - Procédé de détection de défauts d'isolation selon revendication 1, caractérisé en ce que le primaire du premier transformateur est alimenté par le réseau de distribution par lintermédiaire d'un moyen de réglage de la tension. 3 / - Procédé de détection de défauts d'isolation selon revendication 2, caractérisé en ce que le primaire du second transformateur est approximativement accordé au moyen d'un condensateur de façon à former un circuit résonant parallèle à impédance élevée, pour une fréquence de 50 Hertz. 4 / - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de détection de défauts d'isolation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un premier transformateur dont le primaire est relié au réseau de distribution et dont le secondaire, qui fournit une haute tension d'essai au moins égale à 2,5 kilovolts, et de préférence, au moins égale à 6 KV, est connecté en série avec le primaire d'un second transformateur, sans être couplé magnétiquement avec lui, un palpeur, de tout type connu, connecté à la haute tension d'essai et, connecté au secondaire du second transformateur, un moyen de détection, d'amplification et de signalisation des défauts d'isolation. 5 / - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de détection de défauts d'isolation selon revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de réglage de la haute tension d'essai. 6 / - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de détection de défauts d'isolation selon revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de redressement et de filtrage de la haute tension d'essai et un commutateur permettant de connecter le palpeur à la haute tension d'essai alternative ou redressée et filtrée. 7 / - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de détection de défauts d'isolation selon revendication 4, caractérisé en ce que le primaire du second transformateur comporte un condensateur connecté en parallèle.