Brevet FR2461260A1 — publié le 19810130

La présente invention a pour objet un dispositif de détection et de mesure de décharge couronne, permettant de dé terminer l'existence d'une décharge de ce type, apparaissant soit de façon intempeStive, soit à la suite d'une action volontaire, et de mesurer son intensité. On sait que la décharge couronne est une décharge électrique qui s'établit dans un gaz entre deux électrodes de ravon de courbure très différent ou entre deux électrodes recouvertes d'une couche diélectrique entre lesquelles existe une tension alternative. De telles décharges se produisent naturellement dans les systèmes électriques à haute tension où elles constituent un phénomène nuisible. On les produit de façon délibérée dans certains appareils pour utiliser leurs effets secondaires, tels que la génération d'ozone ou l'oxydation de surface lorsqu'elles se produisent en atmosphère oxydante ou la production d'ions. Les conditions d'apparition de l'effet couronne et ses effets rendent sa détection et sa mesure difficiles. L'effet couronne ne se manifeste qu'à partir d'un seuil de tension-et l'application d'une tension insuffisante ne la produit pas,alors qu'un courant circule déjà dans le circuit, soit du fait des pertes, soit (en courant alternatif) du fait des capacités. La présente invention vise à fournir un dispositif de détection et de mesure de décharge couronne, susceptible d'être adapté aussi bien à un système où règnent des tensions continues qu'à un système où règnent des tensions alternatives, fournissant une indication certaine sur l'apparition de l'effet couronne et pouvant donner une indication relativement pré cise sur son intensité. Dans ce but l'invention propose notamment un dispo sitif qui comprend des premiers moyens détecteurs conçus pour mesurer un extremum du courant qui parcourt un circuit, des seconds moyens détecteurs prévus pour mesurer la valeur moyenne du courant dans ce même circuit, et des moyens pour faire la différence des valeurs simultanées des signaux provenant des deux détecteurs. Dans son application à un circuit alimenté en tension continue, le dispositif utilise le fait que la décharge couron ne donne naissance à un courant qui comprend une composante continue et une composante impulsionnelle. Si la composante continue du courant de décharge couronne n'est que difficilement discernable de la composante olunique due aux résistances de fuite du circuit, la composante impulsionnelle est, elle, caractéristique de la décharge couronne. Le circuit détecteur d'extremum permet de mesurer son intensité et de la comparer à la valeur moyenne. Dans ce cas les premiers moyens peuvent être constitués soit par un détecteur de crete, soit par un détecteur de vallée. Le signal égal à la différence de ceux fournis par les premiers et seconds moyens sera sensiblement nul si le circuit ne comporte que des courants de fuite.Si une décharge couronne se superpose aux fuites, la valeur d'extremum est notablement altérée et une différence apparait; son-amplitude donne une indication sur l'intensité de l'effet couronne. La mesure est évidemment valable aussi bien pour une tension positive que pour une tension négative. Dans le cas d'une alimentation en tension alternative, on pourra utiliser-le dispositif dans toute la mesure où les temps de réaction de la décharge couronne restent négligeables par rapport à la période de la tension d'alimentation, ce qui limite l'application du dispositif aux systèmes dans lesquels la fréquence ne dépasse pas 20 z environ. De plus, les courants capacitifs, qui sont en quadrature avec la composante fondamentale du courant de décharge couronne,doivent être annulés ou compensés. Enfin, le dispositif doit comporter deux voies de mesure correspondant respectivement aux alternances positives et négatives du courant de décharge. Dans tous les cas, les seconds moyens détecteurs pourront être constitués par un circuit de filtrage, notamment par un circuit résistance-capacité. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de dispositifs qui en constituent des modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère au dessin qui l'accompagne dans lequel - la figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif de détection d'effet couronne dans un circuit alimenté par une tension continue, - la figure 2 est un schéma de principe d'un circuit de création d'un courant de compensation permettant d'annuler la composante capacitive du courant parcourant la cellule dans laquelle s'effectue la mesure, utilisable dans un dispositif de détection d'effet couronne dans un circuit alimenté par une tension alternative,(tel que celui montré en figure 4), - la figure 3 est un schéma de principe d'un séparateur d'alternances positives et négatives, également utilisable dans un dispositif de mesure tel que celui montré en figure 4, - la figure 4 est un schéma de principe d'un dispositif de détection d'effet couronne dans un circuit alimenté en courant alternatif, - la figure 5 donne l'allure de la variation des grandeurs électriques au point du dispositif de la figure 4 désigné par la même lettre de référence que celle qui apparalt sur chaque ligne de la figure 5. Le dispositif de détection et de mesure montré en figure 1 est destiné à détecter l'apparition de l'effet couronne dans un circuit soumis à une tension continue. Un courant prélevé dans ce circuit est appliqué à l'entrée 10 du dispositif, reliée à la masse par une résistance 11 de mesure. La tension apparaissant aux bornes de la résistance 11 est appliquée à des premiers moyens, constitués par un circuit 12 détecteur d'extremum,et età des seconds moyens détecteurs, destinés à fournir la valeur moyenne du courant, constitués par un filtre RC classique, comprenant une résistance 13 et un condensateur 14. Le circuit 15, qui peut être constitué par un circuit électronique analogique classique, fournit la différence des signaux provenant des premiers moyens 12 et des seconds moyens 16. Dans le mode de réalisation illustré en figure 1, les premiers moyens comportent un amplificateur opérationnel 17 bouclé sur une diode 18 et alimentant un second amplificateur 19 par l'intermédiaire d'une seconde diode 20. En aval de la diode 20 sont-placés un condensateur mémoire 21 et une résistance 22 de fuite permettant à la valeur mesurée d'évoluer au cours du temps. Une résistance 23 reboucle l'ensemble des deux amplificateurs opérationnels 17 et 19. On voit qu'aucun signal n'apparat sur la sortie 24 du circuit soustracteur 15 aussi longtemps que le courant appliqué à l'entrée 10 n'a qu'une composante continue. Si au contraire des impulsions apparaissent, elles se traduisent par un signal de différence sur la sortie 24, signal dont l'ampli tude mesure l'intensité de l'effet couronne et peut être fourniepar un appareil classique. Il faut noter que l'amplificateur opérationnel 17 peut être monté pour fonctionner soit en détecteur de crête, soit en détecteur de vallée. Dans le-cas d'un courant positif, la crête et la vallée correspondront respectivemeat au maximum et au minimum algébriques du courant. Si le courant est négatif, la crête et la vallée correspondront respectivement au minimum et au maximum algébriques. Dans tous les cas on obtient un signal utilisable. Lorsqu'on souhaite transposer les dispositions montrées en figure 1 à un dispositif de mesure pour circuit soumis à une tension alternative, il est nécessaire - de le compléter par des composants qui annulent ou compensent les courants capacitifs (qui sont en quadrature avec la composante fondamentale du courant de décharge couronne), - d'effectuer une duplication des circuits de façon à traiter séparément les alternances positive et négative du courant de décharge couronne. La compensation du courant capacitif peut s'effectuer par de nombreux procédés. On peut en particulier injecter, dans l'entrée de courant du dispositif de mesure, un courant en opposition de phase, avantageusement de façon apériodique pour compenser à la fois le fondamental et les harmoniques. Si un transformateur d'alimentation est prévu, on peut profiter de la présence d'un enroulement fortement couplé au secondaire délivrant une tension de compensation proportionnelle à la tension de sortie. Une autre solution consiste à prévoir dans le dispositif de mesure un circuit de compensation 25 comprenant un diviseur de tension apériodique suivi d'un inverseur de signal. Un tel circuit 25 est montré en figure 2. Il comporte un diviseur résistance-capacité 26, suivi d'un inverseur à amplificateur opérationnel 27 bouclé sur un circuit à résistance 28 et capacité 29. Les valeurs de 28 et 29 sont ajustées de façon que la phase de la tension de compensation fournie soit de 180 . Cette tension est appliquée à un condensateur 30 de façon à fournir un courant de compensation. La capacité du condensateur 30 est ajustée de façon à annuler le courant lorsque l'alimentation est inférieure au seuil provoquant l'effet couronne. La séparation des courants moyens positif et négatif peut être assurée par le montage montré en figure 3. Ce montage 31 comporte un an,pliiEicateur opérationnel 32 et deux diodes 33. Le dispositif complet peut avoir la constitution montrée t figure 4. On trouve, à partir de l'entrée de tension 34, un inverseur apériodique 25 qui peut être du type montré en figure 4, destiné à injecter un courant de compensation dans l'entrée de courant lova. Celle-ci est suivie de la résistance de mesure lla, qui sera très généralement choisie pour donner une tension de l'ordre de 1 volt efficace quand elle est traversée par le courant à mesurer. Le dispositif comporte avantageusement un montage de protection contre les surtensions 35, constitué sur la figure 4 par deux diodes Zener montées en série1tete-beche. Ces diodes limitent les cretes de tension à l'entrée du dispositif à un domaine prédéterminé, typiquement - 15 V. Le dispositif comporte trois branches de mesure dont l'une, qui fournit le courant moyen correspondant d'une part aux alternances positives, d'autre part aux alternances négatives, est constituée par un filtre 16a suivi d'un séparateur 31 qui peut avoir la constitution montrée en figure 3. Les deux autres branches comportent des détecteurs 12a et 12b dé valeur d'extremum, l'un pour l'alternance positive, l'autre pour l'alternance négative. Chaque détecteur 12a ou 12b est suivi d'un filtre passe-bas, constitué par un circuit résistancecapacité pour introduire un déphasage égal à celui du circuit 16a. Enfin, les sorties des branches attaquent, par l'intermédiaire de commutateurs respectifs 35, 36, 37 et 38, les entrées de circuits soustracteurs 39 et 40. Les circuits soustracteurs attaquent eux-memes un sommateur 41 dont le signal de sortie permet d'identifier la présence d'une décharge couronne. L'utilisation de quatre interrupteurs 35, 36, 37, 38 permet de traiter séparément ou simultanément les signaux de sortie des circuits 12a, -1'2b et 31. On peut ainsi faire apparaitre, à la sortie 42 du sommateur 41 - la composante positive ou négative non impulsionnelle, qu'on peut qualifier de "synchrone" ; on fait apparaître la partie positiVe, la partie négative et le total suivant qu'on ferme 35 seulement , 38 seulement ou 35 et 38. - la valeur moyenne ; on fait apparaître la partie positive, la partie négative ou le total suivant qu'on ferme uni quement 36, uniquement 37, ou 36 et 37. - la composante impulsionnelle ; on fait apparaître la partie positive en fermant 35 et 36, la partie négative en fermant 37 et 38, et le total en fermant les quatre interrupteurs. Le signal de sortie 42 peut être utilisé pour visualiser les phénomènes à l'aide d'un oscilloscope, pour alimenter un voltmètre efficace ou un wattmètre ou tout autre appareil de mesure. En cas d'utilisation d'un wattmètre, celui-ci sera monté pour multiplier les signaux obtenus en 42 par la tension au point B en introduisant un circuit déphaseur pour canpenser celui des circuits analcgues à 16a. On peut ainsi faire apparaltre les puissances correspondant à chaque composante du coursant. La figure 5 montre, d'une façon très schématique, l'allure des signaux apparaissant en divers points du dispositif de la figure 4. On voit que le courant (ligne B) reste nul aussi longtemps que la tension alternative instantanée (ligne A) est inférieure à un seul prédéterminé.Au point G on voit apparaître un signal où les impulsions ont disparu par filtrage. Le séparateur donne les alternances positives et négatives (non représentées). En D et E, apparaissent les signaux minimum positif et minimum négatif. Les essais effectués en interposant, entre une électrode plate et une électrode à forte courbure, des feuilles de diélectrique d'épaisseur et de nature très variables (papier, pour condensateur polyéthylène basse densité, terphane, etc. de 10 à quelques dizaines de um) ont montré que le dispositif suivant l'invention permet de détecter l'apparition de l'effet couronne et de mesurer son intensité. L'invention ne se limite pas aux modes particuliers de réalisation qui ont été représentés et décrits à titre d'exemples, il peut etre entendu que la portée du présent brevet s'é tend à toutes variantes restant dans le cadre des équivalences. REVENDICDATIONS 1. Dispositif de détection et de mesure de décharge couronne, caractérisé en ce qu'il comprend des premiers moyens détecteurs prévus pour mesurer un extremum du courant qui parcourt un circuit, des seconds moyens détecteurs prévus pour mesurer la valeur moyenne du courant dans ce même circuit, et des moyens pour faire la différence des valeurs simultanées des signaux provenant des deux détecteurs. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les seconds moyens détecteurs sont constitués par un circuit de filtrage, notamment par un circuit résistancecapacité. 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, destiné à un circuit alimenté en tension continue, caractérisé en ce que les premiers moyens sont constitués soit par un détecteur de crête, soit par un détecteur de vallée. 4. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, destiné à un circuit alimenté en tension alternative, caractérisé en ce que les premiers moyens comportent deux voies correspondant respectivement aux alternances positives et négatives du courant de décharge. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les seconds moyens comprennent un séparateur des courants moyens positif et négatif, chaque sortie étant appliquée à une entrée d'un soustracteur distinct dont l'autre entrée reçoit le signal de sortie de ladite voie correspondante. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que chacune des entrées des soustracteurs comporte un interrupteur de sélection. 7. Dispositif suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les sorties des soustracteurs attaquent les entrées d'un sommateur. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de compensation de courant capacitif, pouvant être constitué par un circuit d'injection de courant.