Brevet FR2635192A1 — publié le 19900209

1, Système de mesure de décharges partielles La présente invention a pour objet un système de mesure de décharges partielles. Les décharges partielles se produisent dans les équipements utilisés dans les installations à haute tension des réseaux de transport et de distribution d'énergie élec- trique, par exemple. Dans une chalne diélectrique soumise à la haute tension, un élément est le siège d'un claquage et l'énergie correspondant à la charge capacitive de cet élément est dissipée sous la forme d'une oscillation à fréquence élevée. Les autres éléments de la chalne conser- vent leur intégrité, de sorte que la décharge partielle n'entratne pas de claquage de l'ensemble. L'étude des décharges partielles permet d'évaluer la qualité.d'un équipement et fournit des indications utiles lorsqu'il s'agit de l'améliorer. Il est donc impor- tant de pouvoir effectuer des mesures relatives au:: déchar- ges partielles. Des appareils de mesure spécifiques ont été développés à cette fin. On mentionnera par exemple le système de mesure 9100 de la firme "Tettex: AG", dont une description est donnée dans la publication "Tettex Instru- ments - Information", n 21, d'Avril 1987. Un tel appareil- lage effectue des mesures sur les impulsions de courant et de tension issues des décharges partielles et affiche les valeurs maximales observées. Des impulsions individuelles peuvent également être observées à l'aide d'un oscillos- cope. Par ailleurs, la répétition des décharges partielles est également significative. Dans la communication nO 15- 12, "Recherche d'une corrélation entre l'énergie des décharges partielles et la dégradation d'une isolation papier/huile", de F. Viale et al, faite à la Conférence Internationale des Grands Réseaux Electriques", Session de 1982, on mentionne une intégration de l'énergie des déchar- ges partielles pendant une période donnée. De tels systèmes n'effectuent aucune distinction entre les décharges partielles survenant au cours du temps. Cela emp&che l'expérimenteur d'avoir une vision complète de l'activité des décharges, et laisse & son expérience ou son habileté la sélection de décharges particulièrement signi- ficatives. Il est pourtant de nombreux cas o il serait souhaitable d'obtenir des informations plus complètes sur les décharges partielles, notamment dans les études portant sur la corrélation entre les décharges et les détériora- tions des équipements qui en sont le siège. L'énergie d'une décharge partielle est en effet une mesure de sa nocivité, mais encore faut-il savoir de quel type de décharge il s'agit, c'est-à-dire o elle s'est produite. Cela peut se déduire d'observations faites simultanément en plusieurs points, par exemple. La présente invention a précisément pour un objet un système de mesure de décharges partielles répondant à ce besoin. Le système de mesure de décharges partielles. de la présente invention se caractérise par le fait qu'il comprend: plusieurs dispositifs d'acquisition comprenant chacun une entrée de signal, un dispositif de mise en forme de signal fournissant une valeur de signal, un multiplexeur permettant de fournir successivement sur une voie commune des valeurs de signaux fournies par les différents disposi- tifs d'acquisition, un dispositif de déclenchement d'acqui- sition répondant & l'existence d'un signal de commande d'acquisition fourni par un comparateur lorsque le niveau d'entrée d'un dispositif d'acquisition au moins, dépasse un seuil défini et fournissant un signal de commande d'acqui- sition, un système de mémorisation et de traitement de signaux répondant au signal de commande d'acquisition et effectuant alors un cycle d'acquisition au cours duquel il mémorise les valeurs de signaux fournies par les différents dispositifs d'acquisition, au travers du multiplexeur. Un tel système permet l'enregistrement asynchrone de groupes de valeurs de signaux correspondant chacun & l'une de décharges partielles successives. Il importe cependant de localiser dans le temps les décharges partiel- les. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'un desdits dispositifs d'acquisition dit dispositif d'acquisition de tension fournit la mesure instantanée de la tension alternative du réseau de distribution. Cela permet de localiser un groupe de valeurs de signaux par rapport à la demi-période de la tension alter- native. Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit dispositif d'acquisition de tension comprend des moyens conditionnant la fourniture de la mesure de la tension alternative du réseau de distribution par la présence dudit signal de commande d'acquisition. Selon encore une autre caractéristique de l'inven- tion, ledit dispositif de déclenchement d'acquisition de tension comprend des moyens sensibles à l'apparition d'une valeur de tension maximale sur l'entrée dudit dispositif d'acquisition de tension et fournissant alors un signal de commande d'acquisition additionnel, ledit système de mémo- risation et de traitement de signaux répondant au signal de commande d'acquisition additionnel et effectuant alors un cycle d'acquisition. Cela permettra par conséquent de repérer les groupes de valeurs enregistrés par rapport aux demi- periodes de la tension du réseau. Dans une forme de réalisation, le système de mémo- risation et de traitement de signaux sera un calculateur du commerce convenablement programmé. Les valeurs de signaux seront converties sous forme numérique, de préférence après le multiplexage. Les différents objets, caractéristiques et avanta- ges de la présente invention seront détaillés dans la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui repré- sentent: - la figure 1, le schéma de principe des circuits permettant d'obtenir des signaux à mesurer par le système de l'invention, - la figure 2, Le schéma de raccordement du système de l'invention, dans le cas de mesures portant sur un transformateur, - la figure ', le schéma synoptique d'un dispositif d'acquisition de décharges partielles, - la figure 4, le schéma synoptique d'un dispositif deacquisition de tension alternative d'alimentation, - la figure 5, le schéma d'un dispositif de comman- de d'acquisition, - la figure 6, le diagramme général d'un système de mesure de décharges partielles conforme à la présente invention. On se reportera d'abord à la figure 1 qui repré- sente un équipement en essais Z connecté entre une ligne d'alimentation en haute tension HT et la masse, ainsi que, pour obtenir des signaux de mesure de tension, un diviseur de tension capacitif composé des condensateurs C1 et C2, au point commun desquels est disponible, sur la sortie st, un signal de tension sous la forme d'une tension alternative dont la valeur est une fraction de la haute tension, et que, pour obtenir des signaux de mesure de décharges par- tielles, un diviseur de tension comprenant, de manière connue, un condensateur C3 et une impédance zm au point commun desquels est disponible, sur la sortie sd, à l'occa- sion de chaque décharge partielle se produisant dans l'équipement Z, un signal impulsionnel de décharge partiel- le ayant une forme générale d'oscillation sinusoïdale amortie. La figure 2 représente, en tant qu'équipement en essais, un transformateur triphasé TR, avec ses trois enroulements primaires en triangle epl, ep2, epS, connectés aux trois fils d'une ligne à basse tension a, b, c, et ses trois enroulements secondaires en étoile esl, es2, es3 con- nectés à quatre fils d'une ligne de distribution A, B, C,N. Pour la mesure, on retrouve, selon le montage de la figure 1, des condensateurs C3pl, C3p2, cZp5, C3sl, c53s2, c3s3 et cSn, jouant le rôle du condensateur C5 et des impédances zmpl...,zms3 et zmn, jouant le rôle de l'impé- dance zm, vis-à-vis de sorties de signaux de décharges partielles sdpl à sds3 et sdn. De meme les condensateurs clp et c2p jouent le rôle des condensateurs C1, C2, vis-à- vis d'une sortie de signal de tension. Le dispositif d'acquisition de décharges partielles MAD de la figure 3 traite l'un quelconque des signaux de décharge partielle et le met en forme; par ailleurs, il contribue à l'élaboration d'un signal de commande d'acqui- sition. Ce dispositif, à partir d'une entrée EN, à laquel- le est par exemple connectée la sortie sdsl de la figure 2, comprend un premier amplificateur inverseur ail, opérant une adaptation de niveau. Le signal résultant, à la sortie de l'amplificateur ail, est appliqué à une entrée de deux comparateurs, cel et ce2 recevant par ailleurs deux ten- sions de référence V+ et V-. Si le signal de sortie de l'amplificateur ail dépasse la tension V+, le comparateur cel fournit un signal qui traverse la porte ptl et change de position la bascule bsl. Celle-ci fournit alors un signal vdl qui active un détecteur de crête DC1. En mûme temps, un signal complémentaire vrl bloque la porte pt2. Dès cet instant le détecteur de crête DC1, qui reçoit le signal de sortie de l'amplificateur ail à travers un ampli- ficateur inverseur additionnel à gain unité ai2, maintient sur sa sortie sdl un niveau de signal qui correspond au niveau positif maximal atteint par le signal d'entrée. En même temps, par une porte OU po, le dispositif fournit un signal DP indiquant la détection d'une décharge partielle. La lecture du niveau atteint par la décharge partielle s 'effectue par la fourniture d'un signal AC. Conjointement avec le signal vdl, le signal AC débloque la porte pt3 et provoque le fonctionnement d'un commutateur cmi fermant un contact ctl, de sorte que le niveau de signal présent sur la sortie sdl du détecteur de créte DCI est fourni sur la sortie ST du dispositif. Si le signal d'entrée est négatif et dépasse le seuil V-, par le comparateur ce2, la porte pt2, la bascule bs2, la porte pt4 et le commutateur cm2 fermant le contact ct2, le fonctionnement est le même. le détecteurde créte DC2 recevant directement le signal de sortie de l'amplifi- cateur ail et traitant par conséquent un signal de même polarité que le détecteur de crête DCI, tandis que l'ampli- ficateur auxiliaire ai3 à gain-unité inverse le signal de sortie sd2 du détecteur de crête DC2 pour fournir un signal sd2' de la polarité du signal d'entrée sur la sortie ST. Le signal DP est fourni par la porte po comme précédemment. Ainsi, le dispositif MAD de la figure 3, à l'appa- t rition d'un signal de décharge partielle, sélectionne la polarité de la première alternance de ce signal et, pour cette polarité, retient la valeur de tension crête atteinte qui est préparée comme valeur de signal, tandis qu'un signal de présence de décharge partielle est fourni pour demander une acquisition. L'acquisition permet de lire sur la sortie ST la valeur de signal. Ensuite, un signal RZ remet au repos la bascule bsl ou bs2 et le détecteur de crête DC1 ou DC2 et le dispositif retourne dans son état initial. Le dispositif d'acquisition de tension alternative d'alimentation MAT de la figure 4, met en forme les signaux de tension provenant par exemple de la sortie st du montage de la figure 2 et déclenche l'acquisition lorsque la ten- sion passe par un maximum positif ou négatif. Ces deux aspects sont en fait traités séparément. La mise en forme du signal de tension est réalisée principalement à l'aide d'un circuit d'échantillonnage ECH qui reçoit le signal fourni à l'entrée ENT du dispositif à travers un amplificateur abaisseur d'impédance à gain unité ae. Le signal DP fourni par l'un quelconque des dispositifs conformes à la figure 3 lorsqu'une décharge partielle est signalée change de position une bascule be qui valide le circuit d'échantillonnage ECH. Celui-ci enregistre la valeur de la tension qui lui est fournie à cet instant par l'amplificateur ae et maintient la valeur enregistrée sur sa sortie se. Au moment de l'acquisition, le signal de sortie de la bascule be permet au signal AC de franchir la porte pe et de provoquer le fonctionnement du commutateur ce qui ferme alors son contact cel, founissant la valeur de tension échantillonnée sur la sortie STT. Ainsi, cette partie VT du dispositif de la figure 4 fonctionne en complément de dispositifs MAD tels que celui de la figure 3 et fournit, à l'occasion de chaque décharge partielle, une valeur de la tension alternative relevée sur l'un des conducteurs de la ligne à haute tension alimentant l'équipement en essais; cela permettra de localiser la décharge partielle à l'intérieur d'une demi-période de cette tension alternative. L'invention prévoit encore de détecter et d'enre- gistrer les maxima positifs et négatifs de la tension alternative, afin de permettre une localisation dans le temps des décharges partielles par rapport aux demi- périodes de la tension alternative. A cette fin, dans le dispositif MAT de la figure 4, la tension d'entrée est appliquée, par l'intermédiaire d'un amplificateur abaisseur d'impédance de gain unité ati, à un comparateur cmtl recevant par ailleurs une tension Vr+. Cette tension est relativement faible et permet d'orienter les alternances positives et négatives de la tension alternative vers les circuits destinés à les traiter. Le comparateur cmtl, lorque cette tension est dépassée, fournit un signal vel qui valide le dispositif de détection de maximum dm1. Un dispositif de ce type est vendu par "Precision Monolithics, Inc." sous la référence PKD-01. Ce dispositif surveille le signal qui lui est fourni par l'amplificateur ati, avec les constantes de temps appro- priées, et fournit un signal mxl lorsque l'amplitude de ce signal commence & décroître. A travers un porte pm, ce signal mxl fournit un signal MAX indiquant un maximum (positif, dans ce cas> de la tension alternative évaluée et- demandant une acquisition. De plus, le dispositif DM1 échantillonne le signal alternatif et maintient sur sa sortie sml l'échantillon obtenu au moment o il fourni le signal mx1. Le signal mxl, par la porte pxl, valide la porte pyl. Lors de l'acquisition, un signal CR est fourni au dispositif de la figure 4 et, par la porte pyl, il actionne le commutateur cxl qui ferme le contact txl. La valeur maximale positive de la tension alternative est ainsi transférée sur la sortie STT. La tension d'entrée reproduite à la sortie de l'amplificateur atl est également appliquée a un compara- teur cmt2 décelant le franchissement d'un seuil Vr- et fournissant en conséquence un signal ve2 validant le dispo- sitif DM2 identique au dispositif DM1. Ce dispositif DM2 reçoit la tension d'entrée par l'intermédiaire d'un ampli- ficateur inverseur de gain unité at2. Son fonctionnement est ainsi le même que celui du dispositif DM1. Il fournit ainsi un signal mx>2 lorsque la tension d'entrée passe par un maximum négatif et la porte pm fournit alors le signal de demande d'acquisition MAX. La valeur échantillonnée maintenue sur la sortie sm2 du dispositif DM2 est inversée par l'amplificateur lnverseur atS. Lors de l'acquisition, la porte px2 étant validée par les signaux ve2 et max2 valide elle-même la porte py2 qui transmet le signal CR au commutateur CX2 lequel ferme le contact tx2, et la valeur maximale négative de la tension d'entrée du dispositif de la figure 4 est transmise sur sa sortie STT. Le dispositif MAT de la figure 4 provoque ainsi une acquisition de tension maximale à chaque demi-période de la tension d'alimentation. Le comptage de ces demi-périodes permettra de suivre le déroulement du temps jusqu'à l'apparition d'une acquisition de décharge partielle, pour localiser cette décharge partielle dans une demi-période définie. La localisation à l'intérieur de la demi-période résultera, on le rappelle. de la valeur de tension issue du dispositif d'échantillonnage ECH, comparée aux valeurs de tensions maximales voisines. Le dispositif logique de commande d'acquisition LA de la figure 5 sert d'interface entre des dispositifs MAD et MAT conformes aux figures 3 et 4 et un ordinateur à usage général convenablement programmé ORD. Si la bascule bc2 est bien au repos, un signal DP provenant d'un disposi- tif tel que celui de la figure 3, par la porte pcl, change de position la bascule bcl qui bloque une porte pc2. La bascule bcl fournit le signal AC mentionné précédemment par lequel chaque dispositif MAD tel que celui de la figure 3 fournit sur sa sortie ST un signal de décharge partielle correspondant à l'amplitude crête de la première alternance du signal impulsionnel causé par la décharge partielle, tandis que le dispositif MAT de la figure 4 fournit la valeur de la tension alternative à cet instant, maintenue par le circuit d'échantillonnage ECH. Le signal AC est également transmis vers l'ordina- teur ORD, pour provoquer l'exécution d'un cycle d'acquisi- tion grâce auquel les valeurs ainsi présentées sont enre- gistrées. Ensuite, avec un retard suffisant, fourni par un étage de retard ER, le dispositif LA fournit le signal RZ, lequel remet la bascule bcl aurepos en même temps que les dispositifs MAD et MAT des figures 3 et 4. - Dans le cas o le signal MAX est fourni par le dis- go positif de la figure 4, et si, ou dés que, la bascule bcI est au repos, la porte pc2 conduit et la bascule bc2 change de position, bloquant la porte pcl et fournissant le signal CR. Un cycle d'acquisition semblable au précédent 5 est accompli. Il se conclut par la fourniture d'un signal RZ' par le circuit à retard ER' du module LA lui-même, qui remet en position initiale la bascule bc2, ainsi que le dé- tecteur de maximum DM1 ou DM2 du dispositif de la figure 4. La figure 6, enfin, donne un diagramme illustrant un ordinateur ORD, pourvu d'une interface INT contenant un multiplexeur MTX, ainsi qu'un convertisseur analogique- numerique CAN. Les dispositifs d'acquisition MAD et MAT des figures 5 et 4 et la logique de commande d'acquisition LA de la figure 5 sont connectés à l'interface INT. L'inter- face INT convertit les signaux CR et AC de la logique LA en demandes d'interruption en échange desquelles l'ordinateur ORD adresse les dispositifs MAD/MAT, par l'intermédiaire du multiplexeur MTX et obtient, au moyen du convertisseur CAN interposé, des valeurs numériques correspondant aux gran- deurs analogiques disponibles sur les sorties ST et STT. Les signaux CR et AC peuvent d'ailleurs provoquer des cycles d'acquisition identiques dans lesquels, en reprenant la configuration illustrée à la figure 2, huit voies, traitées par sept dispositifs MAD et un dispositif MAT font l'objet d'un cycle d'enregistrement. Si le cycle d'enregis- trement est causé par l'apparition d'une décharge partiel- le, les huit voies fournissent des informations significa- tives différentes de zéro. Si le cycle d'enregistement est causé par l'établissement d'un maximum de la tension alter- native d'alimentation, les sept premières voies fournissent des valeurs nulles (puisque le signal AC n'est pas présent) et seule la voie correspondant au dispositif MAT founit un signal non nul (c'est l'amplitude maximale positive ou négative observée de la tension alternative). De tels enregistrements seront ainsi aisément reconnus, pour le 1 1 comptage des demi-périodes de la tension alternative et la localisation dans le temps des enregistrements concernant les décharges partielles. Il est bien évident que les descriptions qui précè- dent n'ont été données qu'à titre d'exemple non limtatif et que de nombreuses variantes peuvent etre envisagées sans sortir pour autant du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Système de mesure de décharges partielles carac- térise par le fait qu'il comprend plusieurs dispositifs d'acquisition (MAD) incluant chacun une entrée de signal (EN) et un dispositif de mise en forme.de signal (DCI, DC2) fournissant une valeur de signal, un multiplexeur (MTX) permettant de fournir successivement sur une voie commune des valeurs de signaux fournies par les différents disposi- tifs d'acquisition, un dispositif de déclenchement d'acqui- sition (LA) répondant à l'existence d'un signal de commande d'acquisition (vdl, vd2) fourni par un comparateur (cel, ce2) lorsque le niveau d'entrée d'un dispositif d'acquisi- tion au moins, dépasse un seuil défini (V+. V-> et fournis- sant un signal de commande d'acquisition (AC), un système de mémorisation et de traitement de signaux (ORD) répondant au signal de commande d'acquisition et effectuant alors un cycle d'acquisition au cours duquel il mémorise les valeurs de signaux fournies par les différents dispositifs d'acqui- sition, au travers du multiplexeur. 2. Système de mesure conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'un desdits dispositifs d'acquisi- tion dit dispositif d'acquisition de tension (MAT. VT) fournit la mesure instantanée de la tension alternative du réseau de distribution. S. Système de mesure conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que ledit dispositif d'acquisition de tension (MAT) comprend des moyens (be) conditionnant la fourniture de la mesure de la tension alternative du réseau de distribution par la présence dudit signal de commande d'acquisition (AC). 4. Système de mesure conforme & la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que ledit dispositif de déclenche- ment d'acquisition de tension comprend des moyens (DM1, DM2) sensibles à l'apparition d'une valeur de tension maximale sur i'entrée (ENT) dudit dispositif d'acquisition de tension (MAT) et fournissant alors un signal de commande d'acquisition additionnel (CR). 5. Système de mesure conforme à l'une des revendi- cations 1, 3, 4, caractérisé en ce que ledit système de mémorisation et de traitement de signaux (ORD) est un calculateur du commerce convenablement programmé. 6. Système de mesure conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que les valeurs de signaux sont conver- ties sous forme numérique, entre le multiplexeur et ledit système de mémorisation et de traitement de signaux.