Brevet FR2579329A1 — publié le 19860926

Procédé pour la mesure de la distance d'un défaut d'isolement sur une ligne et dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. La présente invention est relative à un procédé pour la mesure de la distance d'un défaut d'isolement sur une ligne électrique. Par distance, on entend la mesure de la longueur entre l'origine de la ligne et le point de la ligne o survient un défaut. Par défaut, on entend aussi bien un défaut monophase à la terre qu'un défaut polyphasé isolé ou polyphasé à la terre. Lorsqu'un défaut survient sur une ligne électrique, le système de protection génère un ordre de déclenchement appliqué aux disjoncteurs protégeant cette ligne. La tension de la ligne, en aval du disjoncteur s'annule alors selon une courbe sinusoïdale amortie. Il en est de même du des courants des diverses phases de la ligne. Le fonctionnement de la présente invention repose sur la remarque faite par la demanderesse, qu'il existe, pour une ligne donnée, une relation mathématique entre la fréquence de l'onde d'oscillation amortie de la tension ou du courant de ligne et la distance de défaut, notamment lors de l'ouverture de la ligne en défaut. La demanderesse a pu vérifier lors d'essais que la distance du défaut calculable à partir de la pseudo-période de la tension ou du courant de la ligne après ouverture du disjoncteur correspond avec une très bonne précision à la distance réelle du défaut. L'invention a donc pour objet un procédé pour la mesure de la distance d'un défaut d'isolement survenant sur une ligne électrique protégée par un disjoncteur caractérisé en ce que l'on mesure, après l'ouverture du disjoncteur la pseudo-période du courant ou de la tension de la ligne, la mesure de cette fréquence étant proportionnelle à la mesure de ladite distance. L'intérêt de cette mesure à l'ouverture du disjoncteur est que la fréquence des oscillations observables dans ce cas est strictement correlée à la position du défaut affectant cette ligne. En effet, lorsque le disjoncteur est fermé, des oscillations amorties de tension ou courant sont observables sur une ligne mais qui peuvent provenir de défauts affectant des lignes adjacentes. Un autre intérêt de l'invention est que la grandeur servant à la mesure est une -2- fréquence et par conséquent, la distance calculable du défaut n'est pas affectée par la précision du réducteur. Avantageusement, la mesure de la pseudo-période est effectuée par moyennage de plusieurs pseudo-périodes, après élimination d'au moins une pseudo-période immédiatement postérieure à l'ouverture du disjoncteur. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mesure de la distance d'un défaut survenant sur une ligne électrique protégée par un disjoncteur, caractérisé en ce qu'il comprend, au moins pour une phase, un transformateur placé en aval du disjoncteur et fournissant un signal image de la tension ou du courant de la ligne et un dispositif électronique reçevant en entrée ledit signal, et fournissant en sortie une grandeur proportionnelle à la pseudo-période dudit signal. L'invention sera bien comprise par les explications données ci- après en référence au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est un schéma par blocs du dispositif de mesure selon un premier mode de réalisation à l'invention. - la figure 2A est un diagramme représentatif du signal image de la tension de la ligne lors de la coupure d'un défaut. - la figure 2B est un diagramme du même signal après équarissage. - les figures 2C et 2F représentent respectivement le signal de tempori- sation, le signal de sortie du premier compteur, le signal de sortie du second compteur et le signal de commande du circuit d'affichage. - la figure 3 est un schéma du dispositif de mesure selon un deuxième mode de réalisation. L'invention repose sur l'observation que, pour une ligne donnée la fréquence de l'onde sinusoidale amortie de courant ou de tension de la ligne après ouverture du disjoncteur est inversement proportionnelle à la distance d séparant le défaut du disjoncteur. L'oscillation de la ligne se fait en quart d'onde de sorte que d est égal à v T/4 o v est la vitesse de propagation de la ligne et T la période de l'oscillation de la tension (ou du courant). Pour une ligne donnée, la vitesse v peut être calculée ou mesurée. Elle dépend des caractéristiques de la ligne et des modes de propagation liés à la nature du défaut. Par exemple sur un type de ligne, l'onde aura, en cas de défaut monophasé une vitesse de propagation de 260 000 km/s et en cas de défaut triphasé, une vitesse de propagation de 291 500 km/s. -3 La figure 1 est un schéma par blocs d'un mode de réalisation de l'invention selon une solution analogique. On a référencé 1 une phase de la ligne protégée par un disjono- teur 2. Un transformateur de tension 3 (ou un réducteur capacitif) fournit un signal image du courant de la ligne. En se reportant à la figure 2A, qui est un diagramme du signal juste avant et après une ouverture du disjoncteur, on voit que le signal présente, après ouverture du disjoncteur, une forme sinusoidale amortie. Après quelques oscillations (deux par exemple) un régime pseudo- périodique s'établit, rapidement amorti. C'est la valeur de la pseudo- période qui est proportionnelle à la distance du défaut. Il est nécessaire, pour mettre en oeuvre le procédé, de résoudre les problèmes suivants: a) initialiser le dispositif b) éliminer les premières oscillations (par exemple les deux premières), qui ne sont pas caractéristiques du procédé et peuvent conduire à un résultat erronné. c) déterminer un intervalle de mesure correspondant à un nombre entiers de pseudo-périodes. On choisira un compromis: plus le nombre de pseudo- périodes est élevé, plus grande est la précision de la mesure. Mais les oscillations s'amortissant vite, les dernières pseudo-périodes peuvent conduire à un résultat erronné et elles doivent être éliminées. d) la mesure de la distance consiste à mesurer une pseudo-période moyenne. Dans l'exemple décrit, on élimine les deux premières oscillations et on effectue la mesure sur un intervalle correspondant à trois pseudo- périodes. Revenant au dispositif de la figure 1, le signal issu du transfor- mateur 3 est filtré par un filtre passe-haut 4 pour éliminer la fréquence du réseau (50 Hz par exemple). On choisit une limite à 200 Hz par exemple. En sortie du filtre, le signal traverse un circuit équarisseur 5 transformant le signal en signaux à fronts raides. Le signal ainsi transformé est représenté dans la figtré lB. Le signal lB est appliqué à l'entrée d'un circuit de temporisation 6 destiné à initialiser le système et fournissant un signal de remise à zéro du - 4système dès que la durée du signal appliqué à son entrée dure plus que le temps de temporisation tT affiché. Le circuit est remis à zéro toutes les tT secondes. Pour un réseau à 50 Hz, la temporisation tT est choisie égale à 5 millisecondes par exemple. En l'absence de défaut, le signal lB est un signal de demi-période égale à 10 ms. Ce temps est supérieur à 5 ms de telle sorte que le système est remis à zéro. Le signal de sortie du circuit de temporisation est présenté dans la figure 1C. Le circuit de la figure 1 comprend un premier compteur 8, et un second compteur 9, en série avec le compteur 8 par l'intermédiaire d'un circuit ET 11. Une remise à zéro manuelle des compteurs peut être effec- tuée par un bouton-poussoir 10. Le premier compteur 8 sert à l'élimination des nl premières oscillations. Il est, dans l'exemple décrit, règlé pour éliminer les deux premières oscillations (nl = 2) dont les fronts sont notés 1 et 2 dans la figure lB. Ce compteur est remis à zéro par la sortie du circuit de temporisation 6. Le compteur 8 ne fournit à l'entrée du circuit ET 11 un signal "1" (en logique positive) que lorsqu'il a compté deux fronts du signal. Le signal de sortie du compteur 8 est représenté dans le diagramme de la figure 1D. Le second compteur 9 est règlé pour fournir en sortie un signal logique "0" lorsqu'il a compté n2 front du signal lB. Dans l'exemple décrit n2 = 3. Le signal de sortie du compteur 9 est représenté dans le diagramme de la fig. 1E. La sortie du compteur 8 et la sortie du compteur 9 complémentée sont connectées, par un circuit ET 12, à un compteur formé de trois compteurs décimaux 13, 14 et 15 montés en cascades et correspondant respectivements aux centaines, aux dizaines et aux unités. Une autre entrée du circuit ET 12 est alimentée par une horloge 16 fournissant des impulsions, comptées par le compteur 13, 14, 15; la fréquence de l'horloge 16 est avantageusement de 23 364 Hz. Cette valeur permet d'obtenir une indication directe de la distance qui peut être affichée en km. Pour cela les éléments 13, 14 et 15 du compteur sont -5avantageusement reliés à des dispositifs 23, 24 et 25 d'affichage, par exemple du type à 7 segments. Le dispositif peut également être réalisé en version numérique, telle que celle représentée dans la figure 3. On retrouve le transformateur 3, le filtre 4 et le circuit équaris seur 5. Le circuit s'organise autour d'un circuit numérique compteur- horloge "CTC" à 4 éléments. L'élément CTC 1 reçoit le signal; il est chargé à 1 et, à chaque transision "o" à"1" du signal, il déclenche une interruption à laquelle est associée un sous-programme SP1. L'élément CTC O est attaqué par une horloge 30 à fréquence de l'ordre du MHz et provoque également toutes les n périodes d'horloge une interruption à laquelle est associée un sous-programme d'inter- ruption SP2. Au cours de chaque interruption due à l'élément CTC1, la date du front est caleulée dans le sous-programme SP1 par un calculateur programmé CPU. Des mémoires RAM et ROM peuvent être nécessaires. La différence des dates successives est calculée et l'unité centrale, selon son programme, sélectionne les différences les plus significatives. Un dispositif d'affichage 40 permet d'afficher le résultat. Le calculateur CPU, les mémoires ROM et RAM, le circuit d'affi- chage 30 et le circuit CTC sont reliés à une ligne classique comportant un bus de donnée (DATA) un bus d'adressage (ADR) et un bus de contrôle et de commande (CTRL). L'élément CTC 2 du circuit CTC reçoit un signal OD d'initiali- sation à l'ouverture du disjoncteur. L'élément CTC 3 reçoit un signal d'acquittement ACQ lorsque la lecture a été faite. Avantageusement, chaque phase d'une ligne électrique triphasée sera munie d'un dispositif de localisation selon l'invention (soit en version numérique, soit en version analogique). On pourra compléter ces dispositifs par un organe qui détermine le type du défaut et qui introduit une correction appropriée dans le résultat. -6- REVENDICATIONS 1/ Procédé pour la mesure de la distance d'un défaut d'isolement survenant sur une ligne électrique protégée par un disjoncteur caracté- risé en ce que l'on mesure, après l'ouverture du disjoncteur, la pseudo- période du courant ou de la tension de la ligne, la mesure de cette pseudo-période étant proportionnelle à la mesure de ladite distance. 2/ Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la mesure de la pseudo-période est effectuée par moyennage de plusieurs pseudo-périodes, après élimination d'au moins une pseudo-période immédiatement posté- rieure à l'ouverture du disjoncteur. 3/ Dispositif pour la mesure de la distance d'un défaut survenant sur une ligne protégée par un disjoncteur caractérisé en ce qu'il comprend, au moins pour une phase de la ligne, un transformateur (3) placé en aval du disjoncteur (2) et fournissant un signal image de la tension ou du courant de la ligne, et un dispositif électronique recevant en entrée ledit signal et fournissant en sortie une grandeur proportionnelle à la pseudo-période dudit signal. 4/ Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit signal image est envoyé sur un filtre passe-haut (4). 5/ Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4 caractérisé en ce que ledit signal est adressé à un circuit équarisseur (5). 6/ Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le signal (lB) de sortie du circuit équarisseur (5) est envoyé sur un circuit de temporisation réglé à une valeur tT et sur un premier compteur (8) des fronts dudit signal de sortie (lB), ledit circuit de temporisation remettant ledit premier compteur (8) à zéro après un temps tT, ledit premier compteur (8) fournissant en sortie un signal logique "1" lorsqu'il a compté un nombre nl de fronts du signal (lB), ledit premier compteur (8) étant relié en sortie à une première entrée d'un premier circuit ET 11 reçevant sur une autre entrée ledit signal lB, la sortie du premier circuit "ET" (11) étant reliée à l'entrée d'un second compteur (9) fournissant en sortie un signal logique "O" lorsqu'il a compté un nombre n2 donné de fronts, la sortie du second compteur étant reliée à une entrée d'un second circuit "ET" 12 recevant sur une autre entrée des impulsions venant d'une horloge (16), la sortie du second circuit "ET" 12 -7- étant connectée à un troisième compteur (13, 14, 15). 7/ Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que le troisième compteur (13, 14, 15) est associé à un organe (24, 25, 26) de visuali- sation. 8/ Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le signal de sortie (lB) du circuit équarisseur (5) est adressé à un circuit numérique compteur-horloge (CTC) associé à un calculateur programmé (CPU) dont le programme caleule les durées entre les fronts du signal (lB) et sélectionne les valeurs les plus représentatives.