Brevet FR2603993A1 — publié le 19880318

Procédé de mesure de l'impédance d'une prise de terre, et dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. La présente invention concerne un procédé de mesure de l'impédance d'une prise de terre dans un large domaine de fréquences radio-électriques, par émission d'une onde de courant impulsionnelle, transmission de celle-ci à travers un câble coaxial à la prise de terre, mesure de l'intensité du courant arrivant à la prise de terre, et mesure de la tension entre la prise de terre à étudier et une prise de terre auxiliaire en fonction du temps, par des diagrammes impulsionnels. Elle s'étend en outre à un dispositif de mise en oeuvre de procédé. Le document FR-A-2.514.902, au nom de la demanderesse, décrit un procédé de mesure de l'impédance d'une prise de terre dans un large domaine de fréquences au moyen d'au moins une ligne de transmission et d'un générateur de signaux aux fréquences en cause, la ligne de transmission étant le siège d'ondes incidentes et d'ondes réfléchies, par mesure de l'impédance ramenée à un organe mesurant l'impédance, les phases de l'onde incidente et de l'onde réfléchie étant séparées et équilibrées grâce à un organe de séparation et d'équilibrage, tel qu'un ensemble de coupleurs directionnels et de cables de liaison, la ligne de transmission présentant un conducteur non relié à son extrémité du côté de la prise de terre, et l'autre conducteur de cette ligne de transmission étant relié à la prise de terre.L'impédance de la prise de terre est ainsi déduite du taux d'ondes stationnaires. Ce procédé n'est cependant applicable qu'aux fréquences pour lesquelles le courant de conduction issu de la prise de terre est négligeable devant le courant de déplacement. Le document FR-A-2.562.258 décrit un procédé et un dispositif de mesure de l'impédance d'une prise de terre par une méthode impulsionnelle, en utilisant une prise de terre auxiliaire pour fermer le circuit, permettant ainsi le débit d'un générateur d'impulsions, une autre prise de terre permettant de mesurer le potentiel de la prise de terre étudiée. Mais il ne donne pas la valeur de l'impédance en fonction de la fréquence. La présente invention a pour but de procurer un procédé de mesure de l'impédance d'une prise de terre dans un domaine de fréquence très larges, pouvant s'étendre par exemple de 1kHz à 2MHz, qui procure pour toutes les fréquences du spectre étudié l'amplitude et la phase de l'impédance. Elle a aussi pour but de permettre de mesurer l'impédance d'une prise de terre dans des conditions peu différentes de celles de son utilisation réelle, lors de décharges dues à la foudre ou à toutes impulsions électromagnétiques de niveau élevé dans l'atmosphère, et par suite d'assurer l'optimisation de telles prises de terre. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on relie par ailleurs l'émetteur de l'onde de courant impulsionnelle à une seconde prise de terre auxiliaire, à une distance de la prise de terre à mesurer en impédance qui est double de celle de la première prise de terre auxiliaire, en ce que l'on enregistre sur un oscilloscope l'intensité du courant et la tension en fonction du temps entre la prise de terre à étudier et la première prise de terre auxiliaire, en ce que l'on photographie les courbes obtenues, l'on effectue une transformation dc Fourier des valeurs de la tension et de l'intensité enregistrées en fonction du temps, de façon à obtenir les variations de la tension et de l'intensité en fonction de la fréquence, puis détermine par division celles de l'impédance de la prise due terre en fonction de la fréquence. Il répond en outre de préférence à au moins l'une des caractéristiques suivantes - On transforme les valeurs analogiques des courbes de la tension et de l'intensité en données numériques, puis effectue la transformation de Fourier des valeurs obtenues pour obtenir les variations de la tension et de l'intensité en fonction de la fréquence, en amplitude et en phase. - On enregistre separément les variations de l'intensité et de la tension, d'une part pendant la montée de l'impulsion, d'autre part pendant sa durée totale, et l'on effectue des transformations de Fourier relatives aux courbes de variation obtenues pendant le premier et le second intervalle. - on corrige les indications enregistrées sur l'oscilloscope en tenant compte des self-inductances des conducteurs de liaison. L'invention s'étend en outre à un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur d'impulsions, un câble coaxial le reliant à la prise de terre dont l'impédance est à mesurer, une sonde de courant reliée d'une part au câble coaxial au voisinage de cette prise de terre, d'autre part à un oscilloscope, une première prise de terre auxiliaire, une sonde de tension mesurant la tension entre le câble coaxial au voisinage de la prise de terre dont l'impédance est à mesurer et aette première prise de terre auxiliaire et reliée par ailleurs à l'oscilloscope, une seconde prise de terre auxiliaire à une distance de la prise de terre à mesurer en impédance, double de la distance de la première prise de terre auxiliaire à cette dernière, et reliée au générateur d'impulsions, un dispositif de photographie des courbes d'intensité et de tension en fonction du temps, un dispositif lecteur de ces courbes en données numériques, un calculateur muni d'un programme de calcul de le transformée de Fourier des valeurs de la tension et de l'intensité en fonction du temps, puis de division pour chaque couple des valeurs de la tension par l'intensité. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, un procédé et un dispositif de mesure de l'impédance d'une prise de terre selon l'invention. La figure 1 représente schématiquement le dispositif de mesure. Les figures 2 et 3 représentent respectivement les courbes de montée de l'intensité et de la tension en fonction de temps. Les figures 4 et 5 représentent respectivement les courbes de variation de l'intensité et de la tension sur toute la durée d'une impulsion. Les figures 6 et 7 représentent les courbes de variation de l'impédance en amplitude et en phase en fonction de la fréquence qui correspondent aux impulsions représentées dans les figures 4 et 5. Dans la figure 1, le groupe électrogène 1 est relié au générateur d'impulsions 2. Ce dernier doit être capable de délivrer une énergie d'au moins 200 joules sous forme d'une onde de temps de montée 8 microsecondes et de durée totale 20 microsecondes, analogue à une onde de coup de foudre. Il doit pouvoir fournir une intensité de 10 000 ampères dans un court-circuit. Le courant de sortie doit être réglable. Le générateur "Keytek 711" commercialisé par la société C S P répond à ces conditions. Ce générateur est relié par un câble coaxial 3 à la prise de terre 4 dont l'impédance est à mesurer, schématisée par un piquet vertical ; la jonction entre le câble coaxial et la prise de terre peut s'effectuer par une transition conique 5. Le retour du courant au générateur d'impulsions s'effectue par la prise de terre auxiliaire 6, à la distance 2a de la prise de terre 4, et du conducteur 7. L'intensité délivrée par le générateur d'impulsions est mesuré par la sonde de courant disposée en 8 sur le câble coaxial 3 et reliée par le conducteur 8A à l'oscilloscope 9. Celui-ci peut être l'appareil commercialisé sous la référence "Tektronix 7834" par Tektronix. Ce dernier est relié par le conducteur 10 au groupe électrogène 1 et au générateur d'impulsions 2. La tension de l'impulsion arrivant à la prise de terre 4 est mesurée par une sonde de tension 11, reliée d'une part par le conducteur 12 au câble coaxial 3, et d'autre part par le conducteur 13 à la prise de terre auxiliaire 14, à des distances a de la prise de terre 4 d'une part, de la prise de terre auxiliaire 6 d'autre part. L'indication enregistrée par la sonde de tension 11 est transmise par le câble coaxial 15 à l'oscilloscope 9. On effectue des photographies des courbes d'intensité et de tension obtenues sur l'oscilloscope, d'une part sur la montée des impulsions (échelle 500 nanosecondes par division), d'autre part sur l'impulsion dans sa totalité (échelle 20 microsecondes par division). On obtient les courbes des figures 2 à 5 (montée de l'impulsion d'intensité I et de l'impulsion de tension V en fonction du temps t, variation de l'intensité I et de la tension V sur toute la durée de l'impulsion en fonction du temps t). Ces courbes sont ensuite numérisées à l'aide d'un lecteur manuel optique. On effectue ensuite à l'aide d'un ordinateur une transformation de Fourier, d'une part de la variation de la tension en fonction du temps en variations en fonction de la fréquence, en amplitude et en phase, d'autre part de la variation de l'intensité en fonction du temps en variations en fonction de la fréquence, également en amplitude et en phase, puis détermine par division l'impédance en amplitude et en phase, en tenant compte de la composante inductive des conducteurs de liaison. On peut utiliser à cet effet un ordinateur Hewlett Packard H P 1000. On obtient en fin de compte les courbes des figures 6 et 7 de variation de l'amplitude Z et de la phase Y de l'impédance en fonction de la fréquence f. La méthode selon l'invention permet de soumettre la prise de terre dont l'impédance est à mesurer à des impulsions de tension et d'intensité très voisines de celles auxquelles elle peut être soumise dans des conditions de fonctionnement normal, par exemple lors d'un coup de foudre. Elle est applicable à des fréquences pouvant s'étendre de 1kHz à 2MHz. REVENDICATIONS 1/ Procédé de mesure de l'impédance d'une prise de terre (14) dans un large domaine de fréquences radio-électriques, par émission (2) d'une onde de courant impulsionnelle, transmission de celle-ci à travers un câble coaxial (4) à la prise de terre, mesure de l'intensité du courant arrivant à la prise de terre, et mesure de la tension entre la prise de terre à étudier et une prise de terre auxiliaire, en fonction du temps, par des diagrammes impulsionnels, caractérisé en ce que l'on relie par ailleurs l'émetteur de l'onde de courant impulsionnelle à une seconde prise de terre auxiliaire (6), à une distance de la prise de terre à mesurer en impédance qui est double de celle de la première prise de terre auxiliaire, en ce que l'on enregistre sur un oscilloscope (9) l'intensité du courant et la tension en fonction du temps entre la prise de terre à étudier et la première prise de terre auxiliaire, en ce que l'on photographie les courbes obtenues, l'on effectue une transformation de Fourier des valeurs de la tension et de l'intensité enregistrées en fonction du temps, de façon à obtenir les variations de la tension et de l'intensité en fonction de la fréquence, puis détermine par division celles de l'impédance de la prise de terre en fonction de la fréquence. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on transforme les valeurs analogiques des courbes de la tension et de l'intensité en données numériques, puis effectue la transformation de Fourier des valeurs obtenues pour obtenir les variations de la tension et de l'intensité en fonction de la fréquence, en amplitude et en phase. 3/ Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on enregistre séparément les variations de l'intensité et de la tension, d'une part pendant la montée de l'impulsion, d'autre part pendant sa durée totale, et en ce que l'on effectue des transformations de Fourier relatives aux courbes de variation obtenues pendant le premier et le second intervalle. 4/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on corrige les indications enregistrées sur l'oscilloscope en tenant compte des self-inductances des conducteurs de liaison. 5/ Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur d'impulsions (2), un câble coaxial (3) le reliant à la prise de terre (4) dont l'impédance est à mesurer, une sonde de courant (8) reliée d'une part au câble coaxial au voisinage de cette prise de terre, d'autre part à un oscilloscope (9), une première prise de terre auxiliaire (14), une sonde de tension (11) mesurant la tension entre le câble coaxial au voisinage de la prise de terre (4) dont l'impédance et à mesurer et cette première prise de terre auxiliaire (14), et reliée par ailleurs à l'oscilloscope, une seconde prise de terre auxiliaire (6) à une distance de la prise de terre à mesurer en impédance, double de la distance de la première prise de terre auxiliaire à cette dernière, et reliée au générateur d'impulsions, un dispositif de photographie des courbes d'intensité et de tension en fonction du temps, un dispositif lecteur de ces courbes en données numériques, un calculateur muni d'un programme de calcul de le transformée de Fourier des valeurs de la tension et de l'intensité en fonction du temps, puis de division pour chaque couple de valeurs de la tension- par l'intensité.