Brevet FR2654517A1 — publié le 19910517

L' invention a pour objet un procédé et une installation de mesure du degré de pollution d'isolateurs électriques exposés à des pollutions extérieures. Les chaînes d'isolateurs de lignes électriques et les colonnes isolantes situées dans les postes se recouvrent progressivement d'un dépôt polluant qui, lorsqu'il est humide, devient conducteur et donne naissance à un courant de fuite. Ce phénomène se rencontre notamment dans les ouvrages installés en bordure de mer, où les embruns déposent progressivement une couche de sel sur les isolateurs. Les installations placées à proximité d'une cimenterie, d'autres usines émettant des poussières, de lieux d'épandage d'engrais, etc... sont le siège de phénomènes similaires. La conductivité de la couche peut, dans certaines conditions météorologiques et pour certains dépôts polluants, atteindre une valeur telle qu'un contournement d'isolateurs est observé, ce qui se traduit par un défaut sur la ligne électrique ou dans le poste. I1 existe en conséquence un besoin pour un procédé ou un appareil de surveillance de l'évolution des dépôts sur les isolateurs, afin par exemple de procéder à un nettoyage avant que ce dépôt ne soit susceptible de provoquer des incidents. On a déjà proposé un procédé de surveillance de l'accumulation de dépôt polluant sur un isolateur, du type suivant lequel on expose une chaine d'isolateurs témoins à la pollution et on mesure périodiquement un courant caractéristique de la pollution de la chaîne d'isolateurs sous une tension déterminée après avoir descendu cette dernière dans une chambre où le dépôt est humidifié par condensation de vapeur d'eau sur les isolateurs. Suivant ce procédé connu, aucune tension électrique n'est appliquée à la chaîne d'isolateurs pendant son exposition à l'atmosphère polluante. Une raison pour laquelle le procédé n'est pas entièrement satisfaisant est que le dépôt polluant sur la chaine témoin n'est pas représentatif du dépôt qui intervient sur une chaine d'isolateurs supportant une ligne sous tension. Par ailleurs la mesure du courant caractéristique exige une chaîne témoin équipée spécialement à cet effet. La présente invention vise à fournir un procédé du type ci-dessus défini, répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il fournit des résultats de mesure effectivement représentatifs du dépôt polluant sur une chaine d'isolateurs en service, n'implique pas de modification d'une chaîne d'isolateurs et permet de suivre l'évolution de la pollution, c'est-à-dire les différents épisodes de pollution sous humidification naturelle. Dans ce but l'invention propose un procédé caractérisé en ce qu'on maintient la chaine d'isolateurs sous la tension électrique nominale de service pour laquelle elle est prévue pendant son exposition à la pollution, on mesure périodiquement le courant de fuite de service sous ladite tension nominale, on humidifie artificiellement périodiquement la chaine d'isolateurs témoins, on mesure, au maximum d'humidification avant le lavage, un courant caractéristique de la pollution de la chaîne d'isolateurs témoins, et on sèche le dépôt avant rétablissement de la tension nominale sur la chaîne. Dans le cas de chaines moyenne tension, la chaîne servant à la mesure sera identique aux chaines en service effectif. Dans le cas de chaines HT ou THT, la mesure sera faite sur une fraction représentative de la chaine complètes à laquelle on appliquera la fraction de tension nominale à laquelle elle est effectivement soumise en service. On peut ainsi ne pas dépasser 20 kV. Le maintien de la tension électrique nominale pendant l'exposition apporte plusieurs avantages. La formation du dépôt s'effectue dans les mêmes conditions que sur une chaîne effectivement en service réel. Le suivi permanent de la pollution permet de connaitre les valeurs de courant de fuite de service sous ladite tension nominale. Celles-ci sont significatives lors de la présence d'une humidification naturelle du dépôt polluant à la surface de la chaine témoin d'isolateurs. On peut ainsi connaître exactement les épisodes de pollution qui se seraient développés sur une chaîne identique à la chaîne témoin, installée sur le réseau. Diverses solutions peuvent être utilisées pour humidifier le dépôt polluant en vue de la mesure d d'un courant de caractérisation du dépôt polluant (courant de conduction et éventuellement de fuite) sous humidification artificielle. Une solution avantageuse consiste à descendre les isolateurs témoins dans un volume dans lequel on fait circuler de l'air saturé en humidité à une température supérieure à celle des isolateurs, pour que la vapeur d'eau se condense sur ces derniers avec une cinétique lente. Pour que la mesure ne perturbe pas le dépôt et que la croissance de ce dernier se poursuive lorsque les isolateurs témoins sont soumis de nouveau aux agressions extérieures, l'humidification doit être interrompue avant lavage de la couche.Pour cela on peut notamment mesurer le courant de conduction pendant des périodes brèves et espacées au cours de l'humidification, calculer la conductance à partir de la tension appliquée et du courant de conduction mesuré et passer à la mesure du courant de fuite de caractérisation, éventuellement sous tension accrue, lorsque la conductance a atteint sa valeur maximale. La différence de température entre l'air humide saturé envoyé dans l'enceinte et les isolateurs à humidifier est choisie à une valeur fonction de la température des isolateurs. Cette fonction-est déterminée par un étalonnage préalable pour un type d'isolateurs et un type de pollution donnés, afin que, d'une part, la cinétique d'humidification soit suffisamment rapide pour que la durée d'un essai ne dépasse pas environ 30 minutes et que, d'autre part, cette cinétique soit suffisamment lente pour éviter un lavage rapide des isolateurs, avant que les mesures électriques ayant pour objet de diagnostiquer la saturation en eau des couches de pollution aient pu être réalisées et exploitées (ce risque existerait si par exemple on utilisait pour l'humidification de la vapeur d'eau au lieu de l'air humide saturé). La périodicité normale de mesure sera généralement de 6 à 12 heures. Les mesures peuvent cependant être omises si le courant de fuite dû à l'humidification naturelle dépasse une valeur déterminée, fixée par l'opérateur, de l'ordre de la dizaine de mA, donnant une information significative. En revanche, des mesures supplémentaires peuvent être effectuées en réponse à la détection de conditions météorologiques particulières (brouillard, vent d'intensité élevée ou d'orientation déterminée, etc...). L'invention propose également un dispositif de surveillance de l'accumulation de dépôt polluant sur un isolateur, comprenant des moyens permettant de déplacer une chaîne d'isolateurs entre une position où elle est soumise aux agressions ambiantes et une enceinte de mesure et des moyens pour faire circuler dans l'enceinte de mesure un courant d'air saturé en humidité à une température supérieure à celle des isolateurs, et des moyens pour appliquer sur la chaine d'isolateurs une tension déterminée et mesurer le courant de fuite, caractérisé par - des moyens pour maintenir la chaine d'isolateurs sous la tension électrique nominale de service pour laquelle elle est prévue pendant son exposition à la pollution et mesurer le courant de fuite de service sous ladite tension électrique nominale, - des moyens pour mesurer la variation de la conductance électrique de la chaine d'isolateurs au cours de l'humidification et pour mesurer le courant de fuite de caractérisation lorsque cette conductance a atteint une valeur maximale. Dans la pratique, il sera fréquemment avantageux d'admettre l'air saturé dans le volume de mesure à une température supérieure d'environ 300C à la température des isolateurs. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier d'exécution de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est un organigramme de principe montrant les phases successives de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention ; - la figure 2 est un schéma montrant la disposition mécanique des divers composants d'un dispositif suivant l'invention ; - la figure 3 est un schéma électrique montrant les composants essentiels destinés à la mise en oeuvre de l'invention ; - la figure 4 est une vue schématique en perspective montrant une enceinte d'essai et un caisson d'humidification utilisables pour mettre en oeuvre l'invention ;; - la figure 5 est une vue en perspective montrant une constitution générale possible du caisson d'humidification de la figure 4 - la figure 6 est un diagramme montrant l'évolution de la conductance c de la chaîne d'isolateurs au cours du temps, lors de l'humidification. Le mode d'exécution de l'invention qui sera décrit comporte les séquences d'opérations schématisées en figure 1 et peut être mis en oeuvre à l'aide d'un dispositif du genre montré en figure 2. Le but recherché est de déterminer l'évolution de la pollution d'une chaîne d'isolateurs exposés aux agre sions extérieures. Pour cela une chaîne comportant des isolateurs 10 identiques à ceux dont la pollution est à surveiller est prévue pour être déplaçable entre une position d'exposition aux intempéries (en traits pleins sur la figure 2) et une position de mesure de courant de caractérisation (en pointillés sur la figure 2). Dans le cas montré en figure 2, la chaine destinée aux mesures comporte quelques isolateurs seulement et elle peut être complétée par un tronçon isolant 12.Le dispositif permet de l'amener alternativement dans une position haute, à quelques mètres au-dessus du sol, où elle est exposée aux intempéries, et dans une position basse où elle est dans un volume 14 délimité par une enceinte d'essai 16 munie d'un couvercle 18 permettant de limiter les fuites entre le volume 14 et l'atmosphère ambiante. Le procédé qui sera décrit à titre d'exemple comprend des phases de suivi de la pollution et des phases de caractérisation. Pour le suivi de la pollution, la chaîne d'isolateurs 10 est exposée à la pollution du site et la tension électrique en service normal est appliquée à la chaîne d'isolateurs. Le courant de fuite de la chaîne est mesuré, par exemple à l'aide du montage représenté schématiquement sur la figure 2 qui shunte le dernier isolateur. Ce montage comporte une résistance l8a de création de tension de mesure, un éclateur de protection 20 et un appareil de mesure de tension 22. Le courant de fuite reste toujours très faible aussi longtemps que la couche polluante n'est pas humidifiée. Dans la pratique, pour une chaine d'isolateurs destinée à une ligne dont la tension nominale est de 20 kv, les valeurs crêtes les plus fréquentes des courants de fuite ne dépassent pas 500 milliampères ; elles peuvent atteindre 2 Ampères dans des cas exceptionnels, notamment en cas d'humidification naturelle complète d'un dépôt important et très conducteur. La mesure du courant de fuite (et de la tension appliquée à la chaine d'isolateurs) s'effectue avantageusement par échantillonnage à une fréquence élevée, d'au moins 10 kHz, destinée à permettre de déterminer le courant maximum de fuite. Au cours du suivi, il est avantageux de mesurer, en même temps que les grandeurs électriques, des données météorologiques telles que - vitesse du vent, - direction du vent, - température, - degré hygrométrique, - pression atmosphérique. Il suffit généralement de disposer des valeurs moyennes de ces paramètres sur une période comprise entre quelques minutes et une heure. Une phase de caractérisation peut être déclenchée - lorsque le courant de fuite ne dépasse pas une valeur fixée au cours du suivi, - lorsqu'un intervalle de temps déterminé s'est écoulé depuis l'essai de caractérisation précédent, - lorsque des conditions météorologiques sont décelées. Au cours du suivi, il est utile de mémoriser la valeur maximale du courant instantané de fuite pour chaque polarité de la tension alternative appliquée et la charge du courant. Pour cela une surveillance est effectuée pendant le suivi et périodiquement on stocke la valeur maximale des courants, la charge électrique correspondante, la date et l'heure. La phase de caractérisation commence par la mise hors tension de la chaine d'isolateurs. Cette dernière est ensuite descendue dans le volume d'essai 14 puis humidifiée jusqu'à saturation (mais l'humidification est stoppée avant qu'il n'y ait lavage de la couche). Le courant de fuite est alors mesuré, sous une tension plus faible que la tension nominale de service. Comme on l'a indiqué plus haut, l'humidification doit être conduite de façon à imbiber totalement la couche, mais sans perturber celle-ci, afin que l'historique de la pollution de la chaine d'isolateurs témoins soit conservée au cours d'essais successifs. Un mode d'humidification qui donne de bons résultats consiste à faire circuler dans le volume 14 de l'air saturé en humidité, (à une température supérieure à celle des isolateurs, de façon à provoquer une condensation sur ces derniers), à surveiller le courant de conduction sous une tension déterminée et à arrêter le processus d'humidification lorsque la conductance commence à décroître (ce qui indique une saturation en humidité de la couche de pollution). Dans la mesure où les conditions de mesure du courant sont telles qu'elles ne provoquent pas un assèchement de certaines zones par effet Joule, l'évolution dans le temps de la conductance c est du genre montré schématiquement en figure 6. L'humidification est arrêtée au bout du temps T, dès que la conductance a atteint un maximum. Le volume d'humidification peut être défini par une enceinte 16 comportant une virole cylindrique fermée par un couvercle 18, suffisamment étanche et calorifugée pour que les pertes thermiques soient faibles. Sur la virole est monté un ventilateur 24 permettant de faire circuler de l'air prélevé à l'atmosphère dans l'enceinte. A l'enceinte est accolé un caisson d'humidification 26 destiné à faire circuler de l'air saturé en humidité dans l'enceinte 16, à une température supérieure à celle des isolateurs. Dans la pratique, le débit et la température de l'air admis seront tels que l'humidification complète se produise en une durée de 30 minutes au plus, avec une température d'admission dans l'enceinte 16 supérieure de 30"C environ à celle des isolateurs. Le caisson d'humidification peut avoir la constitution montrée en figure 5. Le caisson comporte alors un réservoir d'eau déminéralisée 28 alimentant une cuve à niveau constant 30. Un thermoplongeur 32 de production de vapeur, pouvant également être utilisé pour éviter le gel de l'eau dans la cuve, est immergé dans la cuve 30. La vapeur produite à partir de la cuve 32 se mélange à l'air qui est aspiré à l'atmosphère ou recyclé depuis l'enceinte 16, par un ventilateur 34. L'air saturé en humidité par mélange dans la chambre 36 est chassé à travers un filtre interchangeable 38 vers une cheminée 40 d'admission dans l'enceinte 16 et de retour vers le ventilateur 34 et la chambre de mélange. Le filtre 38 retient les gouttelettes qui reviennent à la cuve 30.Deux ventilateurs distincts sont prévus, l'un pour le recyclage et l'autre pour réchauffer de l'air extérieur dans un aérotherme lorsque l'on veut sécher les isolateurs en fin d'essai. Un thermoplongeur supplémentaire 42 peut être prévu pour éviter le gel de liteau dans le réservoir 28. Les mesures électriques nécessaires au cours de l'humidification et au cours des mesures de courant de caractérisation ultérieures peuvent être effectuées à l'aide d'un circuit du genre schématisé en figure 3, alimenté par un transformateur 44 fournissant une basse tension de 380 volts. Une première sortie du transformateur 44 alimente, par l'intermédiaire d'un disjoncteur 46, un circuit 48 d'alimentation d'auxiliaires, fournissant par exemple la tension nécessaire au fonctionnement d'un anémomètre 50 de mesure de la vitesse et de la direction du vent, d'un capteur 52 de mesure de la température atmosphérique ea (ou de la température des isolateurs), d'un capteur 54 de mesure du degré hygrométrique h de l'atmosphère, etc.Les résultats de mesure sont centralisés par une unité centrale 56 comportant une mémoire de stockage des résultats. Une autre sortie du transformateur 44 alimente un circuit de mesure de courant de fuite. Elle comporte, en aval d'un contacteur 58 de mise en service, un dispositif 60 de réglage de cycle temporel, dont le rôle sera indiqué plus loin, et un auto-transformateur réglable à distance 62, par exemple à l'aide d'un moteur non représenté. La sortie de l'auto-transformateur 62 attaque un transformateur élévateur de tension 64 permettant de fournir à volonté soit la tension nécessaire aux mesures de surveillance de l'humidification, soit la tension en vue de la mesure du courant de caractérisation, suivant le rapport du transformateur 62. Le courant de fuite et la tension appliquée doivent être mesurés simultanément. Le courant peut être mesuré en utilisant un circuit en shunt, du genre montré en figure 2, et une chaine de mesure ayant un filtre passe-bande 67 et un convertisseur analogiques dont les données de sortie sont traitées et mémorisées par l'unité de calcul 56. Une cadence d'échantillonnage de 10 kHz, provoquée par une horloge non représentée, est généralement satisfaisante. Les parties mécaniques du dispositif peuvent avoir la constitution montrée schématiquement en figure 2 : la chaîne d'isolateurs 10 est supportée par un câble en acier 70 qui passe sur des poulies 72 et est équilibrée par un contrepoids 74 guidé par des rails 76. Les déplacements de la chaine d'isolateurs sont commandés par un câble électrique de mise sous tension 78 relié au transformateur d'alimentation 64. Le câble 58 passe sur des poulies de renvoi et sur une poulie folle 80 dont l'étrier 82 est relié par un câble à un moto-réducteur 84. Le palan ainsi constitué permet de déplacer la chaîne d'isolateurs 10. On décrira maintenant une constitution possible de séquence complète d'essais, à partir de l'instant où une mesure de caractérisation est décidée par l'unité centrale alors que l'auto-transformateur 62 est réglé pour que la tension appliquée soit la tension nominale de service. 1") La tension appliquée à la chaine d'isolateurs 10 est alors coupée et la chaîne descendue dans le volume 14 pour humidification de la couche polluante. L'humidification doit être effectuée de façon ménagée et lente, pour éviter de laver les isolateurs. Pour cela, la production de vapeur par le thermo-plongeur 32 est commandée en fonction des températures Oi des isolateurs et 0e de l'air saturé admis dans le volume 14, par une boucle de régulation qui peut avoir la constitution schématisée en figure 3. Cette boucle comporte un capteur fournissant un signal représentatif de Oi à un organe de calcul 86 (pouvant être incorporé à l'unité centrale 56) qui fournit unevaleur de consigne de ee correspondante. Les valeurs de consigne de Oex fonction de e. sur le domaine de variation de cette dernière, sont établies au préalable lors d'essais d'étalonnage et mémorisées dans l'unité centrale 56. Un soustracteur 88 élabore, par comparaison entre la valeur réelle de Oet fournie par un capteur, et la valeur de consigne, un signal d'erreur à partir duquel un réseau PID détermine la puissance électrique à appliquer au thermoplongeur 32.Le programme enregistré dans l'unité de calcul et la fonction de transfert du réseau PID seront généralement choisis pour que la durée d'humidification soit inférieure à 30 minutes. La progression de l'humidification est surveillée par mesure du courant de conduction. Pour éviter de sécher la couche polluante par effet Joule suivant des bandes, l'application de la tension sur la chaîne d'isolateurs ne doit pas s'effectuer de façon continue pendant un temps long. A cet effet, la durée de l'application de la tension sur les isolateurs est de quelques alternances de courant exposées de façon réglable les unes des autres. Les mesures sont réalisées pendant le temps d'application de la tension. Le montage représenté en figure 3 permet de régler la tension appliquée à l'aide de l'auto-transformateur 62. La durée du rapport cyclique sont réglés à l'aide du dispositif de commande à thyristors 60. Au cours de l'humidification, l'unité de calcul 56 détermine, pour chaque mesure, la valeur moyenne de la conductance (par division entre le courant et la tension) et la compare avec le résultat précédent. Dès que la conductance commence à décroitre, au bout du temps T (figure 6), l'humidification est arrêtée. La valeur maximale de conductance relevée avant arrêt de l'humidifi- cation donne une première estimation du degré de pollution de la couche. 2") Une estimation plus précise du degré de pollution est alors effectuée (étape 90 sur la figure 1). Pendant que la tension appliquée à la chaîne d'isolateurs est coupée, l'auto-transformateur 62 est éventuellement réglé pour une nouvelle valeur de tension de mesure. Puis le courant de fuite est mesuré sous la nouvelle tension, pendant une durée T2, et la valeur maximale du courant instantané pour chaque polarité est relevée. Des circuits d'alarme peuvent être prévus si le courant de fuite dépasse un ou des seuils déterminés. 3 ) A l'issue de l'essai de caractérisation, la tension appliquée aux isolateurs est coupée et la chaine d'isolateurs est séchée par circulation d'air à l'aide du ventilateur à aérotherme 34. Enfin, la chaine d'isolateurs est ramenée en place par mise en action du moto-réducteur 84 et la tension de service est appliquée de nouveau. L'invention ne se limite pas au mode particulier de réalisation qui a été décrit à titre de simple exemple et il doit être entendu que la portée du présent brevet s'étend à toutes variantes restant dans le cadre des équivalences. En particulier l'humidification peut être effectuée par d'autres moyens que la circulation d'air saturé en humidité. La progression de cette humidification peut s'effectuer par observation visuelle. Les mesures de courant peuvent s'effectuer avec maintien permanent de la tension, soit en admettant une tension de mesure faible, soit en admettant un caractère impulsionnel du courant. REVENDICATIONS 1. Procédé de surveillance de l'accumulation de dépôt polluant sur un isolateur, suivant lequel on expose une chaîne d'isolateurs témoins (10) à la pollution et on mesure périodiquement un courant de fuite de caractérisation de la chaine d'isolateurs sous une tension déterminée après avoir descendu ce dernier dans un volume (14) où le dépôt est humidifié par condensation de vapeur d'eau sur les isolateurs, caractérisé en ce qu'on maintient la chaîne d'isolateurs sous la tension électrique nominale de service pour laquelle elle est prévue pendant son exposition à la pollution; on mesure périodiquement le courant de fuite de service sous ladite tension nominale; on humidifie artificiellement périodiquement la chaine d'isolateurs témoins; on mesure, au maximum d'humidification avant le lavage, un courant caractéristique de la pollution de la chaîne d'isolateurs témoins; et on sèche le dépôt avant rétablissement de la tension nominale sur la chaîne. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mesure le courant de fuite de caractérisation à intervalles réguliers, et/ou à la suite de l'observation de conditions météorologiques particulières, telles qu'un degré hygrométrique élevé ou la présence de pluie, mais lorsque le courant de fuite de service est inférieur à une valeur déterminée. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, pour humidifier le dépôt polluant en vue de la mesure du courant de fuite de caractérisation, on fait circuler dans le volume (14) de l'air saturé en humidité, à une température supérieure à celle des isolateurs. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on interrompt l'humidification, avant lavage de la couche en mesurant le courant de fuite sous tension faible au cours de l'humidification, en calculant la conductance, et en interrompant l'humidification dès que la conductance a atteint sa valeur maximale. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que 1'on donne à 1'air saturé une température telle que la durée d'humidification complète est inférieure à 30 minutes. 6. Procédé selon la revendication 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que, au cours de l'humidification, on mesure le courant de fuite sous une tension plus faible que la tension de service et pendant des intervalles de temps représentant plusieurs alternances du courant, séparés les uns des autres. 7. Dispositif de surveillance de l'accumulation de dépôt polluant sur un isolateur, comprenant des moyens (78-84) permettant de déplacer une chaîne d'isolateurs entre une position où elle est soumise aux agressions ambiantes et une enceinte de mesure (16), des moyens (26-34) pour faire circuler dans l'enceinte de mesure un courant d'air saturé en humidité à une température supérieure à celle des isolateurs (10), et des moyens pour appliquer sur la chaine d'isolateurs une tension déterminée et mesurer le courant de fuite, caractérisé par - des moyens (44,58,60,62,64) pour maintenir la chaîne d'isolateurs sous la tension électrique nominale de service pour laquelle elle est prévue pendant son exposition à la pollution et mesurer le courant de fuite de service sous ladite tension électrique nominale de service, - et des moyens (66,67,68) pour mesurer la variation de la conductance électrique de la chaine d'isolateurs au cours de l'humidification et pour mesurer le courant de fuite de caractérisation lorsque cette conductance a atteint une valeur maximale. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens pour maintenir la chaine d'isolateurs sous la tension nominale de service comprennent un dispositif de commande à thyristors (60), un auto-transformateur (62) muni d'un moteur de réglage de la tension au primaire d'un transformateur-élévateur (64).