Brevet FR2671635A1 — publié le 19920717

La présente invention concerne le domaine des systèmes conçus pour l'analyse des courants de défauts sur les lignes aériennes, notamment les lignes aériennes moyenne tension. Le but de ces systèmes d'analyse est de détecter les courants de défauts homo polaires (c'est-à-dire à la terre) et polyphasés (c'est-à-dire les court-circuits entre deux ou trois phases et isolés par rapport à la terre) sur les lignes aériennes, en particulier mais non exclusivement sur les lignes aériennes moyenne tension. Les systèmes généralement utilisés pour analyser les courants de défauts sur les lignes aériennes sont du type représenté sur les figures l et 2 annexées. Ces systèmes connus comprennent généralement trois traversées isolantes 10 montées chacune sur une ligne de phase respective A, B, C. Chaque traversée isolante 10 est équipée d'un tore fonctionnant en transformateur de courant et est raccordée par un câble respectif 12 à un système électronique d'analyse 20 placé le plus souvent au sol. Les traversées isolantes 10 sont isolées à 24Kvolts par rapport aux lignes de phase A, B, C, respectivement associées. L'entrée sur le système électronique 20 se fait par des transformateurs 22 comme représenté sur la figure 2. La tension de sortie du secondaire de chaque transformateur chargé par une résistance respective R24 permet de détecter les défauts polyphasés, c'est-à-dire isolés par rapport à la terre. La connexion en un point commun 25 d'une borne de sortie du secondaire de chaque transformateur 22 connectée à la terre par une résistance R26 permet d'obtenir une sommation des informations issues des trois transformateurs d'isolement 22 et de détecter les courants de défauts homopolaires. Le but principal de la présente invention est de proposer une nouvelle structure d'analyse permettant à un isolement à faible coût entre les capteurs placés sur les lignes aériennes A, B, C, et le système d'analyse 20. Un but auxiliaire de la présente invention est de proposer de nouveaux moyens permettant de simplifier l'installation du système. Un autre but auxiliaire de la présente invention est de simplifier la structure des moyens jusqu'ici proposés. Ces buts sont atteints selon la présente invention grâce à un système comprenant - trois capteurs de mesure comprenant chacun un bobinage formant transformateur de courant câblé sur une ligne de phase respective, au potentiel de celle-ci, et un module électronique apte à mesurer l'amplitude du courant issu du bobinage de transformateur associé et à générer séquentiellement une onde électromagnétique modulée par un signal représentatif de l'amplitude du courant détecté, ladite modulation de l'onde électromagnétique étant synchronisée sur chaque phase respective afin de transmettre l'information de phase, et - une centrale de mesure éloignée des capteurs de mesure, adaptée pour recevoir l'onde électromagnétique issue de chaque capteur de mesure et analyser les défauts à partir de l'information d'amplitude codée et de l'argument défini par le cadencement synchronisé de cette onde. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels - la figure l représente une vue schématique générale d'un système d'analyse conforme à l'état de la technique, - la figure 2 représente schématiquement la structure d'un système électronique d'analyse connu placé au sol, - la figure 3 représente une vue schématique d'un système d'analyse conforme à la présente invention, - la figure 4 représente une vue schématique sous forme de blocs fonctionnels d'un système conforme à la présente invention et détaille particulièrement la structure de chaque capteur, - la figure 5 représente schématiquement le format de chaque bit de codage de l'onde électromagnétique, et - la figure 6 représente schématiquement le format du message modulant l'onde électromagnétique, selon la présente invention. Comme cela apparaît à l'examen de la figure 3, le système d'analyse conforme à la présente invention comprend essentiellement trois capteurs de mesure 100 placés chacun sur une ligne de phase respective A, B, C, et une centrale de mesure 200. Comme indiqué précédemment, selon la présente invention, chaque capteur de mesure 100 comprend un bobinage 102 formant transformateur de courant câblé sur une ligne de phase respective A, B, C, au potentiel de celle-ci, et un module électronique 150 apte à mesurer l'amplitude du courant issu du bobinage de transformateurs associé 102 et à générer séquentiellement une onde électromagnétique modulée par un signal représentatif de l'amplitude du courant détecté, cette modulation de l'onde électromagnétique étant en outre synchronisée sur chaque phase respective. Par ailleurs, comme indiqué précédemment, la centrale de mesure 200 est éloignée du capteur 100, typiquement placée au sol ou au voisinage de celui-ci, et adaptée pour recevoir l'onde électromagnétique issue de chaque capteur de mesure 100 et analyser les défauts à partir de l'information d'amplitude codée et de l'argument défini par le cadencement synchronisé de l'émission. On va tout d'abord décrire plus précisément, la structure des capteurs de mesure 100 conforme à la présente invention. Comme représenté schématiquement sur la figure 4, de préférence, chaque capteur 100 comprend un tore 110 en matériau ferromagnétique engagé sur une ligne de phase A, B ou C respective. Plus précisément, et de façon connue en soi, les tores 110 sont engagés sur des bretelles de raccordement, représentées schématiquement sur la figure 3, des lignes aériennes A, B et C. De telles bretelles de raccordement ont typiquement une longueur de l'ordre du mètre et sont conçues par exemple pour raccorder entre elles deux sections de câbles de lignes aériennes au même potentiel, ou encore une section de câble de ligne aérienne à un interrupteur aérien. Le tore 110 porte deux enroulements de fils électriquement conducteurs, typiquement de cuivre émaillé. L'un des enroulements 102 précité sert de transformateur de courant et est utilisé pour détecter l'amplitude et la phase du courant passant dans chaque ligne aérienne A, B et C. Le second enroulement 104 représenté sur la figure 4 est utilisé pour assurer l'auto-alimentation de chaque capteur 100, plus précisément du module électronique 150. Pour se faire, comme cela est représenté schématiquement sur la figure 4, l'enroulement 104 formé sur le tore 110 est raccordé à un module d'alimentation 120. Ce module d'alimentation 120 peut être formé de toute structure connue en soi comprenant essentiellement des moyens de redressement et de filtrage. La tension continue et stabilisée présente entre les deux bornes de sortie 122, 124 du module d'alimentation 120 alimente le module électronique 150. Les liaisons d'alimentation n'ont pas été représentées sur la figure 4 pour simplifier l'illustration. Le tore 110 en matériau ferromagnétique peut être réalisé à l'aide de toute structure connue de l'homme de l'art. De préférence, le tore ferromagnétique 110 est formé d'une bande de matériau ferromagnétique spiralée et enrobée d'une résine semi-souple, typiquement du polyuréthane. Pour assurer un centrage quasi-parfait du tore 110 sur chaque ligne de phase A, B, C, plus précisément sur chaque bretelle de raccordement associée, le tore 110 est de préférence muni d'un surmoulage en matériau thermoplastique, tel que de l'epoxy. Le module d'électronique 150 formé d'un circuit intégré unique ou de composants fixés sur une petite plaquette de circuit imprimé est rendu solidaire du surmoulage formé sur chaque tore 110. De préférence, comme cela est représenté sur la figure 4, chaque module électronique 150 comprend un micro-contrôleur 152, une mémoire de programmes associés 154, une base de temps 156 et une interface d'émission 158. L'enroulement de détection 102 est chargé par une résistance R160. La fonction première du micro-contrôleur 152 est de mesurer la tension aux bornes de la résistance R160, qui est représentative de l'amplitude du courant circulant dans chaque ligne de phase A, B, C. La fonction seconde du micro-contrôleur 152 est de formater un message destiné à moduler l'émission, sur la base de la mesure précitée. Le formatage sera précisé par la suite. La fonction troisième du micro-contrôleur 152 est de piloter l'interface d'émission 158 pour générer une onde électromagnétique modulée en fonction de l'amplitude de la tension détectée aux bornes de la résistance R160. On rappelle par ailleurs que comme indiqué précédemment, cette modulation est synchronisée sur la phase de chaque ligne respective A, B, C. De préférence, le micro-contrôleur 152 intègre dix échantillons de tension ou plus mesurés aux bornes de la résistance R160, par alternance, pour générer un signal représentatif de la valeur efficace du courant. Le micro-contrôleur 152 travaille en numérique et possède pour cela un convertisseur analogique numérique qui transforme en valeurs numériques la tension mesurée aux bornes de la résistance R160. L'interface d'émission 158 peut faire l'objet de nombreux modes de réalisation. De préférence, il s'agit d'un transistor oscillateur bloqué ou non en fonction de la valeur du bit de codage à transmettre. Plus précisément encore, chaque module 150 émet une onde électromagnétique à chaque alternance et pendant un temps limité pour éviter tout recouvrement entre les émissions issues des trois capteurs 100. Comme indiqué précédemment, le début de chaque émission est synchronisé sur la phase associée pour founir une information d'argument de courant à la centrale de mesure 200. Très préférentiellement, le début de chaque émission est synchronisé sur l'instant de passage à zéro front montant du courant de phase associée. Ainsi, chaque capteur 100 mesure au cours d'une période donnée l'amplitude du courant circulant dans la ligne de phase associée A, B et C et transmet l'amplitude du courant mesurée pendant cette période donnée, au cours de la période consécutive, par modulation d'une onde électromagnétique synchronisée sur le passage à zéro front montant de ladite période consécutive. La liaison établie entre chaque capteur de mesure 100 et la centrale de mesure 200 est ainsi, selon la présente invention, une liaison radio par voie Hertzienne. On évite ainsi toute liaison électrique moyenne ou haute tension entre les capteurs de mesure 100 et la centrale de mesure 200. Plus précisément encore la transmission d'informations entre les capteurs de mesure 100 et la centrale de mesure 200 est opérée par modulation d'une porteuse qui peut être de 100%, à l'aide d'un message binaire représentatif de l'information considérée. La fréquence de la porteuse est avantageusement identique pour les trois capteurs 100. Cette fréquence est de préférence supérieure à 1MHz. Comme indiqué précédemment, chaque capteur 100 émet l'onde électromagnétique pendant un temps limite pour éviter tout recouvrement entre les émissions des trois capteurs 100. Plus précisément encore, la durée d'émission de chaque capteur 100 est de préférence inférieure à 3,33 ms pour éviter en toute sécurité un recouvrement en cas de décalage de phase entre les lignes. Comme indiqué précédemment, le début de chaque émission est de préférence synchronisé sur le passage à zéro front montant de l'onde de courant. Selon une caractéristique interessante de la présente invention, le codage est du type binaire à trois moments. C'est-à-dire que, comme cela est représenté schématiquement sur la figure 5, chaque bit de codage de la porteuse est divisé en trois temps de base TB. Le premier temps TBl est utilisé pour assurer la synchronisation. La porteuse est toujours présente pendant le temps TB1 comme représenté sur la figure 5. Le second temps TB2 sert à définir la valeur du bit. De préférence, mais de façon non limitative, ce codage pouvant être inversé, la porteuse est présente si le bit représentant la valeur à transmettre est à 1, comme visible sur la gauche de la figure 5, tandis que la porteuse est absente si le bit représentant la valeur à transmettre est à zéro comme représenté sur la droite de la figure 5. Enfin, le temps TB3 pendant lequel la porteuse est toujours absente, représente la fin de chaque bit. De préférence, selon la présente invention, les temps TB1 et TB2 sont de valeur fixe et égale. La durée de base des temps TB1 et TB2 est typiquement de l'ordre de 30pus + 5%. En revanche, le temps final TB3 peut varier avec de préférence une valeur minimale égale à la durée de base des temps TB1 ou TB2. Le format du message codant l'information à transmettre et utilisé pour moduler la porteuse à 100% peut faire l'objet de nombreuses variantes. De préférence, comme représenté sur la figure 6 le format de chaque message de codage comprend une étape initiale 160 d'émission de la porteuse, suivie d'une étape 162 d'émission de deux bits codant la phase A, B ou C considérée, puis une étape 164 d'émission de huit bits codant l'amplitude du courant détecté au cours de la période précédente, suivie enfin d'une étape 166 d'émission d'un bit de parité. Ainsi, la durée totale TO du message comprenant les étapes 160, 162, 164 et 166 est typiquement inférieure à 3,33ms. Le début T1 de l'étape initiale d'émission 160 est synchronisé sur le passage à zéro front montant de l'onde de courant de la phase associée. Cette disposition permet l'accrochage de la centrale de mesure 200. La durée de l'étape initiale 160 est typiquement de l'ordre de trois bits. Soit de l'ordre de 300cils. On va maintenant décrire la structure et le fonctionnement de la centrale de mesure 200. La centrale de traitement 200 comprend essentiellement un module d'alimentation, un micro-contrôleur et des moyens de mémoire. La centrale de mesure 200 est de préférence alimentée par un transformateur moyenne tension/basse tension et d'une batterie de secours. La centrale de mesure 200 réceptionne les informations provenant de chacun des trois capteurs de mesure 200 et mémorise ces informations. En comparant la valeur définie par les huit bits de codage générés par chaque capteur au cours de l'étape 164 avec une valeur de référence donnée, la centrale de mesure 200 détecte les défauts polyphasés. Par ailleurs, pour détecter les défauts homopolaires, la centrale de mesure 200 affecte l'amplitude de chaque courant définie par les huit bits précitées d'un coefficient proportionnel au déphasage (cosinus) par rapport à l'un des courants considéré arbitrairement courant de référence et calcule la somme algébrique des trois valeurs obtenues. Cette somme algébrique doit être égale à zéro lorsque les trois lignes de phase A, B, C sont normalement équilibrées. Tout écart par rapport à une valeur nulle, de cette somme algébrique indique l'existence de défauts homopolaires, c'est-à-dire de défauts à la terre. Les résultats de l'analyse fournis par la centrale de mesure 200 peuvent être mis à disposition par toute technique connue. La centrale de mesure 200 peut se contenter de mémoriser la détection de défaut. Cependant de préférence, en cas de détection de défaut, la centrale de mesure 200 transmet elle-même un signal d'alarme à un poste de surveillance, par liaison filaire ou Hertzienne. La centrale de mesure 200 doit bien entendu tenir compte, lorsqu'elle affecte le coefficient de correction proportionnel au déphasage avant de calculer la somme algébrique des trois courants, du fait que la valeur de courant codée par les huit bits émis à l'étape 164 correspond à l'amplitude du courant au cours de la période antérieure à la période débutant à l'instant T1. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit. REVENDICATIONS 1. Système d'analyse de courant de défauts sur des lignes aériennes, notamment des lignes aériennes moyenne tension, caractérisé par le fait qu'il comprend - trois capteurs de mesure (100) comprenant chacun un bobinage (102) formant transformateur de courant câblé sur une ligne de phase respective (A, B, C) au potentiel de celle-ci et un module électronique (150) apte à mesurer l'amplitude de courant issu du bobinage de transformateur associé (102) et à générer séquentiellement une onde électromagnétique modulée par un signal (164) représentatif de l'amplitude du courant détecté, ladite modulation de l'onde électromagnétique étant synchronisée sur chaque phase respective, afin de transmettre l'information de phase, et - une centrale de mesure (200) éloignée des capteurs de mesure (100) adaptée pour recevoir l'onde électromagnétique issue de chaque capteur de mesure (100) et analyser les défauts à partir de l'information d'amplitude codée et de l'argument défini par le cadencement synchronisé de cette onde. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque capteur de mesure (100) comprend un tore (110) en matériau ferromagnétique engagé sur une ligne de phase associée et sur lequel est enroulé un bobinage de transformateur (102). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'un second bobinage (104) est prévu sur le tore (110) pour assurer l'auto-alimentation du module électronique (150). 4. Système selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que le tore (110) est immobilisé et centré sur une ligne de phase associée (A, B, C) grâce à un enrobage et/ou un surmoulage en matériau thermoplastique. 5. Système selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que le tore (110) est réalisé en un matériau ferromagnétique sous forme de bande spiralée. 6. Système selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que chaque module électronique (150) comprend un microcontrôleur (152), une mémoire de programmes (154), une base de temps (156) et une interface d'émission (158). 7. Système selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le micro-contrôleur (152) intègre plusieurs échantillons du signal par alternance. 8. Système selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le module électronique (150) génère une onde porteuse modulée. 9. Système selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la durée d'émission de chaque électromagnétique est inférieure à 3,33ms. 10. Système selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que les débuts de chaque émission d'une onde électromagnétique est synchronisée sur le passage à zéro front montant de l'onde de courant associee. 11. Système selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que chaque bit de codage de l'onde électromagnétique est du type à trois moments : un premier temps de synchronisation, un second temps définissant la valeur du bit et un temps final. 12. Système selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que le format de chaque message de modulation de la porteuse comprend une étape initiale (160) d'émission de la porteuse, une seconde étape (162) de codage de la phase, une troisième étape (164) de codage de la valeur du courant considéré, et une étape finale (166) de bit de parité. 13. Système selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que la centrale de mesure (200) compare l'amplitude de chaque courant codé par la modulation d'une porteuse avec une valeur de seuil pour détecter les défauts polyphasés. 14. Système selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que la centrale de mesure (200) mémorise les informations d'amplitude de courant reçues par l'intermédiaire de la modulation, affecte l'amplitude de chaque courant d'un coefficient proportionnel au déphasage par rapport à un courant de référence et calcule la somme algébrique des trois valeurs ainsi obtenues pour détecter les défauts de courant homo polaires.