Brevet FR2641084A1 — publié le 19900629

L'invention concerne la localisation des défauts dans des câbles sous- marins de communications à répéteurs, et notamment des câbles contenant des fibres optiques comme milieu de transmission des informations. Les câbles sous-marins posés dans les eaux peu pro- fondes, par exemple du plateau continental, sont soumises à des détériorations par les filets de pêche des chalutiers, les ancres des navires, etc. Dans le cas des câbles à fibres optiques munis de répéteurs, il n'est pas possible d'utiliser les techniques réflectométriques pour la locali- sation des défauts des fibres qui se trouvent au-delà du premier répéteur. Dans le cas des câbles non optiques à terre au moins, on a mis au point des techniques impliquant des ensembles de "rebouclage" dans les répéteurs qui per- mettent l'exécution de mesures de résistance électrique des tronçons successifs de câbles. Cependant, ce rebouclage utilisé pour la localisation des défauts n'est pas possible dans les systèmes sous-marins à fibres optiques, bien qu'un rebouclage optique, réalisé électroniquement au niveau de régénérateurs, soit utilisé dans des applications de surveillance. Bien que le câble puisse être habituellement ali- menté avec un court-circuit à la mer afin qu'un tronçon défectueux puisse être déterminé par le procédé de surveil- lance optique des répéteurs lorsqu'une fibre est rompue, il est important de localiser plus précisément le défaut, surtout lorsque le câble est enterré, afin qu'une répara- tion du câble dans un même tronçon soit évitée, une telle réparation pouvant être nécessaire lors de l'utilisation des procédés réflectométriques optiques pour la localisa- tion d'un défaut dans un tronçon. Cependant, comme cela se produit parfois, lorsqu'un câble a un tel défaut de mise en court-circuit et lorsque les fibres optiques ne sont pas rompues, seuls des procédés à basse fréquence, par exemple d'"application d'électrodes" et des procédés de mesure de résistance en courant pratiquement continu, peuvent loca- liser le défaut: des mesures successives de résistance peuvent économiser un temps précieux à bord du navire lors de la mise en oeuvre du procédé d'application d'électrodes. Les répéteurs des câbles sous-marins comprennent habituellement des dispositifs de protection contre les surtensions, habituellement des diodes à semi-conducteur qui deviennent conductrices en présence de surtensions si bien que la surtension peut passer en dérivation par rap- port au circuit répéteur. L'invention concerne un procédé de localisation de défauts dans un câble de communications muni de répéteurs, dans lequel les répéteurs comprennent des dispositifs de protection contre les surtensions destinés à protéger le circuit d'alimentation en énergie et du répéteur de signaux contre les surtensions, le procédé comprenant les étapes de suppression des alimentations normales des terminaisons de câble, d'application d'un courant modulé à un ou plusieurs conducteurs électriques à une extrémité avec une polarité et une amplitude qui suffisent pour que les dispositifs de protection contre les surtensions, incorporés aux répé- teurs, soient effectivement mis à un état de faible résis- tance, et de réduction simultanée des effets de la polari- sation au niveau d'un défaut, et d'exécution d'une mesure de résistance électrique à l'extrémité du conducteur et des conducteurs électriques du câble. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui -va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est un schéma d'un circuit à pont d'Owen; et la figure 2 est un schéma d'un circuit à pont de Schering. L'application d'un courant d'amplitude et de pola- rité convenables pour la polarisation dans le sens direct d'une diode à semi-conducteur dans un répéteur de câble sous-marin la met à un état de bonne conduction. Comme les diodes sont normalement en mode à avalanche, dans le sens direct, le circuit normal du répéteur ne fonctionne pas. Par exemple, un courant de 100 mA ou plus met les diodes de protection contre les surtensions à l'état conducteur et forme un trajet de circulation du courant continu dans le répéteur. Une modulation à très faible fréquence est appli- quée au courant à 100 mA. La modulation est inférieure à Hz et elle est par exemple de 0,5 à 1 Hz seulement. Pour ce faible niveau de modulation, il est possible de réaliser une mesure de résistance du câble en courant continu à partir de l'extrémité dans un trajet de circulation effi- cace de courant continu dans le répéteur constituant une partie du câble. La résistance mesurée est la pente de la courbe tension-courant sur une plage qui chevauche l'inten- sité du courant continu de régime permanent, si bien que les effets à faible intensité (par exemple les effets de polarisation) sont évités. La résistance des conducteurs électriques en courant continu dans un câble sous-marin à fibres optiques doit âtre d'environ 1 ohm/km. La résistance en courant continu du trajet formé dans le répéteur doit être faible par rapport à la résistance du câble. Lors des mesures de résistance en courant continu, par exemple dans un pont d'Owen, il faut noter qu'un défaut d'un câble sous-marin n'est pas normalement un court- circuit ou un circuit ouvert. En pratique, l'entrée d'eau de mer dans un câble détérioré provoque une condition résistive due à la conductivité de l'eau de mer, etc. Ce phénomène doit être pris en considération lors du calcul de la position du défaut à partir des mesures de résistances en courant continu. Cependant, étant donné les valeurs élevées du courant continu permises dans ce procédé, la résistance du défaut est réduite au minimum. L'impédance d'entrée d'un câble en court-circuit.est Rs + jXs = Z0thyd Z0 étant l'impédance caractéristique, Y la constante de propagation et d la longueur jusqu'au court-circuit. Aux très faibles fréquences, Y est très faible si bien qu'on peut développer Z0thyd sous forme d'une série: Rs + jXs = Z0[(Yd) - (1/3)(yd)3 + (2/15)(yd)...] s. si bien que Z0 = /(R + jwL) /jwC et d = [/(R + jwL)jwC]d R étant la résistance du câble par unité de longueur, L l'inductance par unité de longueur et C la capacité par unité de longueur (R et C sont connus avec précision mais L peut présenter une certaine incertitude). Lorsqu'on utilise les identités précédentes et compte tenu du fait que R + jwL = Z0y, on obtient Rs+jXs=(R+jwL)d[1-(1/3) (R+jwL)jwCd2 2 4 +(2/15)[(R+jwL)jwC]2d4...] C'est la partie réelle de cette expression qui est intéressante pour la détermination de Rs et, si l'on néglige les autres termes, on obtient Rs=Rd[l+(2/3)(w LC)d -2(2/15) (wCR) d +(2/5)(w2LC)2s4] A une fréquence suffisamment faible (ou pour une longueur suffisamment courte), les termes en L et C forment une correction peu importante et on peut déterminer d à partir de cette équation une fois mesurée la valeur Rs, bien qu'après certains calculs. L'amplitude des termes de correction affecte la précision de la mesure. Par exemple, à une fréquence de 0,5 Hz, on a R = 0,658 Q/km, C = 0,192 pF/km et L = 4 mH/km et D = 700 km si bien que - (2/15) (wCR) 2d4 = - 5, 04.10 2 2 -3 (2/3) (w LC)d = 2,48.103 2 2 4 (2/5) (w2LC)2d4 = négligeable. La correction totale est alors de -2,56.10-3 soit 0,26 %. Comme C et R sont connus avec précision, le terme qui les contient seuls ne provoque aucune imprécision, puisqu'il est de toutes manières faible. Cependant, L peut présenter un défaut de précision de quelques 20 % ou une incertitude du terme de correction de 5.10 -4. Sur une lon- gueur de 700 km, cela correspond à une erreur sur la dis- tance de 0,35 km. Il s'agit d'une incertitude tolérable. (En outre, comme Xs peut étre mesuré, on peut aussi résoudre l'équation en L par séparation des termes imaginaires des équations qui précèdent, avec obtention de deux équations simultanées permettant la résolution en d et L). A une telle basse fréquence, le courant renvoyé s'étend à une très grande distance du câble si bien que l'impédance du circuit de retour par la terre est minuscule (et peut être très bien calculée). Le pont d'Owen (figure 1) parait le plus commode pour cette mesure. Le générateur représenté par la branche verticale gauche doit donner un courant continu modulé par un courant alternatif. Ce pont supprime le courant continu des bornes du détecteur, représenté au milieu du pont, bien que le générateur ou le détecteur (le premier de préfé- rence) doive être isolé par rapport à la terre et doive avoir une capacité par rapport à la terre qui est faible par rapport à la capacité du câble. A l'équilibre, on a les relations: Rs = RbCb/Ca et Ls = RaRbCb Il faut noter que les dispositifs destinés à éli- miner les courants parasites, par mise initiale à l'équi- libre ou d'une autre manière, ne sont pas représentés. Des valeurs convenables sont telles que Ca et Cb sont tous deux voisins de 20 pF. Rb a alors une valeur à peu près égale à la résistance du câble. Pour de très longs tronçons de câble, la réactance de courts-circuits peut être une capacité, et ce phénomène peut être compensé par incorporation d'une inductance en série avec le câble, permettant la mise initiale à l'équilibre, ou par utilisa- tion d'un pont de Schering (figure 2). Etant donné. les différences sur les valeurs des impédances, un détecteur à gain élevé est nécessaire: cependant, comme la largeur de bande peut être très faible, cette disposition est pos- sible. Pour des raisons de précision, la méthode par sub- stitution est recommandée, c'est-à-dire que Rs contient une résistance variable de référence. L'équilibre initial est réalisé avec mise du câble en court-circuit à l'extrémité d'émission (avec Rb et Ra), et le câble est ensuite inclus et un autre équilibre est déterminé (avec Rs et Ra). La réduction de valeur de Rs représente la résistance du défaut: Rs doit être initialement assez supérieur à la résistance du défaut. REVENDICATIONS 1. Procédé de localisation de défauts dans un câble de communications à répéteurs dans lequel les répéteurs comportent des dispositifs de protection contre les surten- sions destinés à protéger le circuit d'alimentation et répéteur de signaux contre les surtensions, caractérisé en ce qu'il comprend la suppression des alimentations normales des terminaisons de câble, l'application d'un courant modulé à un ou plusieurs conducteurs électriques à une extrémité avec une polarité et une amplitude telles que les dispositifs de protection contre les surtensions incorporés aux répéteurs sont mis en fait à l'état conducteur de faible résistance, et que les effets de polarisation aux défauts sont simultanément réduits, et l'exécution d'une mesure de résistance électrique à l'extrémité du conducteur et des conducteurs électriques du câble. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le courant est modulé à une fréquence inférieure à.. Hz. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le courant est modulé à une fréquence comprise entre 0,5 et 1 Hz. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la mesure de résistance est réalisée par un pont d'Owen.