Brevet FR2674700A1 — publié le 19921002

La présente invention concerne le domaine des systèmes conçus pour la détection des défauts d'isolement par rapport à la terre des matériels électriques installés sur des lignes d'énergie, notamment sur les lignes à moyenne tension. La présente invention trouve en particulier, mais non exclusivement, application à la détection des défauts d'isolement de parafoudreslou d'isolateurs. Le but de ces systèmes de signalisation est de déceler les matériels défectueux qui permettent le passage d'un courant de ligne à la terre, appelé courant de fuite, et créent de ce fait un défaut sur ces lignes. Actuellement, il existe des systèmes électroniques de signalisation sophistiqués et donc onéreux qui, installés tous les n kilomètres sur les lignes permettent de localiser le tronçon de ligne en défaut. Ces systèmes électroniques de signalisation possèdent généralement un processeur complexe qui analyse les courants de chaque ligne de phase pour détecter les défauts polyphasés et les défauts homopolaires. Lorsqu'un défaut est visualisé par un tel système de signalisation, un exploitant doit vérifier le tronçon de ligne de n kilomètres pour localiser très précisément le matériel en défaut et effectuer le dépannage. Ces systèmes électroniques de signalisation sophistiqués sont conformes à la norme EDF HR 45146. Ces systèmes de signalisation ne donnent pas totalement satisfaction, en particulier du fait qu'ils nécessitent un temps d'intervention ultérieur assez long pour localiser le matériel défectueux. I1 existe aussi des matériels possédant eux-mêmes un indicateur qui signale leur état, correct ou en défaut. Ces indicateurs exploitent généralement l'effet Joule du courant de fuite. De par leur principe, ces indicateurs ne sont activés que pour des courants de l'ordre de 60 à 100 ampères. Pour cette raison, les indicateurs de signalisation exploitant l'effet Joule ne donnent pas non plus totalement satisfaction. Le but principal de la présente invention est de proposer une nouvelle structure de mesure du courant de fuite, avec une signalisation associée, permettant de travailler sur de très faibles courants de fuite, de l'ordre de l'ampère. Ce but est atteint selon la présente invention grâce à un dispositif de signalisation de défaut drun matériel électrique caractérisé par le fait qu'il comprend - un élément de raccordement du matériel à une ligne, - un capteur de courant faible perte formé d'un tore en matériau ferromagnétique placé sur l'élément de raccordement, d'un bobinage enroulé sur le tore - un circuit électronique comportant un pont redresseur dont les entrées sont reliées au bobinage, et un condensateur relié à la sortie du pont redresseur pour intégrer l'énergie du courant de fuite détecté, et - un ensemble de signalisation conçu pour être initié par l'énergie intégrée dans le condensateur. Selon un mode de réalisation préférentiel, le dispositif de signalisation conforme à la présente invention comprend - une broche en matériau électriquement conducteur de raccordement du matériel à une ligne, - un capteur de courant faible perte formé . d'un tore en matériau ferromagnétique placé sur la broche, et . d'un bobinage enroulé sur le tore, - un circuit électronique placé sur la broche et comportant . un pont redresseur dont les entrées sont reliées au bobinage, et . un condensateur relié à la sortie du pont redresseur pour intégrer l'énergie du courant de fuite détecté, et - un ensemble de signalisation porté par la broche et conçu pour être initié par l'énergie intégrée dans le condensateur. Grâce à sa simplicité et à son faible coût, le dispositif de signalisation conforme à la présente invention peut être asocié à chacun des matériels installés sur la ligne. I1 permet donc de déceler directement le matériel défectueux sur la ligne. Par ailleurs, la totalité du dispositif de signalisation étant intégrée à la broche, la mise en place du dispositif est opérée automatiquement lors du raccordement du matériel sur la ligne, sans exiger d'opération additionnelle. Ce dispositif de signalisation est ainsi directement opérationnel après raccordement du matériel. On notera également que le dispositif de signalisation conforme à la présente invention est auto-alimenté par le courant de fuite intégré dans le condensateur. Ainsi, il n'est pas tributaire du bon fonctionnement d'une source d'énergie externe additionnelle. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, l'ensemble de signalisation comprend un composant pyrotechnique. 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 1 représente une vue éclatée en perspective d'un dispositif de signalisation conforme à un mode de réalisation préférentiel de la présente invention, - la figure 2 représente le schéma électrique d'un capteur de courant et d'un circuit électronique conforme à la présente invention, - la figure 3 représente une vue de dessous du dispositif de signalisation conforme au mode de réalisation préférentiel de la présente invention, - la figure 4 représente une vue de dessus du même dispositif, - la figure 5 représente une vue schématique en coupe long-itudinale du même dispositif de signalisation conforme au mode de réalisation préférentiel de la présente invention, - la figure 6 représente une vue de dessus d'un dispositif de signalisation conforme à un second mode de réalisation de la présente invention, et - la figure 7 représente une vue schématique en coupe longitudinale, selon le plan de coupe référencé VII-VII sur la figure 6 du dispositif conforme au second mode de réalisation de la présente invention. On va dans un premier temps décrire le premier mode de réalisation du dispositif de signalisation conforme à la présente invention représenté sur les figures 1 à 6 annexées. Comme indiqué précédemment, le dispositif de signalisation conforme à la présente invention comprend essentiellement une broche de raccordement 100, un capteur de courant faible perte 200, un circuit électronique 300 et un ensemble de signalisation 400. La broche de raccordement 100 est conçue pour raccorder le matériel à surveiller à une ligne. I1 peut s'agir par exemple d'une broche conçue pour raccorder un parafoudre ou un isolateur entre une ligne d'énergie électrique et la terre. Dans ce cas, la broche 100 peut être placée côté ligne d'énergie ou côté terre. Cependant la présente invention n'est pas limitée à cette application. La broche 100 peut également être conçue pour raccorder le carter d'un matériel à la terre. Il peut s'agir par exemple de raccorder le boîtier d'un transformateur (en principe isolé par rapport aux lignes d'énergie) à la terre. La broche de raccordement 100 est bien entendu réalisée en matériau électriquement conducteur. I1 s'agit avantageusement d'aluminium moulé coquille. Selon le mode de réalisation préférentiel représenté sur les figures 1, 3, 4 et 5 annexées, la broche de raccordement 100 se compose de deux parties 110, 150. La première partie 110 est conçue pour être raccordée à la ligne. Cette partie 110 comprend une tige 112 cylindrique de révolution qui se termine à son extrémité libre par une calotte hémisphérique 114, tandis qu'elle est munie à sa seconde extrémité d'une colerette 116 centrée sur l'axe de la tige 112 et de plus grand diamètre que celle-ci. Sur la figure 1 annexée, on a référencé 118 l'axe de la première partie 110. La seconde partie 150 est conçue pour être raccordée au matériel à surveiller. Elle présente une symétrie par rapport à un plan axial passant par cet axe 118. La seconde partie 150 comprend une paroi de base 152 généralement plane et parallèle à l'axe 118. La seconde partie 150 comprend également trois parois auxiliaires 154, 156, 158 généralement perpendiculaires à la paroi de base 152 et raccordées à celle-ci. Les deux parois auxiliaires 154, 156 sont symétriques par rapport au plan axial précité passant par l'axe 118. La troisième paroi auxiliaire 158 s'étend perpendiculairement à l'axe 118 et perpendiculairement au plan de symétrie précité. La paroi auxiliaire 158 relie entre elles les extrémités des parois auxiliaires 154, 156 adjacentes à la première partie 110. Cette paroi auxiliaire 158 porte sur sa surface externe 159 dirigée vers la première partie 110, un fût 160. Le fût 160 est cylindrique de révolution et centré sur l'axe 118. I1 se termine par un embout fileté 162. L'embout fileté 162 est conçu pour coopérer avec un alésage taraudé ménagé dans la première partie 110, afin de solidariser les deux parties 110, 150 de la broche. A son extrémité opposée à la première partie 110, la paroi de base 152 est munie d'une découpe 164 centrée sur le plan de symétrie précité de la broche, de sorte qu'à ce niveau la paroi de base 152 en combinaison avec les parois auxiliaires 154 et 156 respectivement forment une fourche permettant de raccorder la broche sur le matériel par tout moyen classique approprié. Le capteur de courant faible perte 200 comprend essentiellement un tore 210 et un bobinage 220. Le tore 210 est réalisé en matériau ferromagnétique. I1 est de préférence spiralé. Le tore 210 sert de support au bobinage 220 d'un fil électriquement conducteur. Ce bobinage 220 constitue ainsi le secondaire d'un transformateur de courant. Le primaire de ce transformateur de courant est constitué par la broche de raccordement 100 elle-même, comme schématisé sur la figure 2. Plus précisément encore, le tore 210 est réalisé de préférence en un matériau accordé sur la fréquence du signal électrique transitant sur la ligne raccordée à la broche, soit de préférence 50 Hertz. De ce fait, le tore sature en cas de surtension parasite appliquée à la ligne à une fréquence différente. Par exemple, lorsque la broche 100 est raccordée à un parafoudre, une surtension due à la foudre appliquée à la ligne va saturer rapidement le tore 210 et donc rester sans effet sur le dispositif de signalisation conforme à la présente invention. Le tore 210 est conçu pour être engagé sur le fût 160. Pour cela, le diamètre de son alésage central 212 après bobinage du fil du secondaire 220 de transformateur de courant, doit être sensiblement complémentaire, et au moins égal au diamètre du fût 160. Après assemblage des deux parties 110, 150 de la broche, le tore 210 est ainsi immobilisé entre la colerette 116 de la première partie 110 et la paroi auxiliaire 160 de la seconde partie 150. On a représenté sur la figure 2 annexée, un mode de réalisation préférentiel du circuit électronique conforme à la présente invention. Ce circuit électronique 300 comprend principalement un pont redresseur 310 et un condensateur 320. Le pont redresseur 310 est de préférence un pont redresseur double alternance à quatre diodes D312, D314, D316 et D318 agencées en pont de Greatz. Une première entrée 311 du pont redresseur 310 formée par l'anode de la diode D312 et la cathode de la diode D314 est reliée à une première borne du secondaire 220 de transformateur de courant. La seconde entrée 313 du pont redresseur 310 formée par l'anode de la diode D318 et la cathode de la diode D316 est reliée à la seconde borne du secondaire 220 du transformateur de courant. La première sortie du pont redresseur 310 est formée par les cathodes des diodes D312, D318. La seconde sortie du pont redresseur 310 est formée par les anodes des diodes D314 et D316. Les sorties 315 et 317 du pont redresseur 310 sont reliées au condensateur 320. Ainsi le condensateur 320 relié à la sortie du pont redresseur 310 intégre l'énergie du courant de fuite détectée par le secondaire 220 du transformateur de courant. De préférence, un éclateur 330 est connecté en parallèle du condensateur 320. Cet éclateur 330 a pour but d'écrêter les parasites détectés par le transformateur de courant 220, tels que par exemple les parasites dus à la foudre. On peut prévoir de connecter directement l'ensemble de signalisation 400 aux bornes du condensateur 320. Toutefois de préférence, l'ensemble de signalisation 400 est initié par l'intermédiaire d'un élément à seuil 340. Cet élément à seuil 340 a pour but de n'initier l'ensemble de signalisation 400 que lorsque la tension 320 aux bornes du condensateur dépasse un seuil donné, c'est-à-dire en d'autres termes que l'énergie stockée dans le condensateur 320 atteint un seuil requis. L'ensemble à seuil 340 peut bien entendu faire l'objet de différentes variantes de réalisation. Selon le mode de réalisation particulier représenté sur la figure 2, cet élément à seuil 340 comprend un thyristor 342 et une diode Zener 344. La cathode du thyristor 342 est reliée à la borne du condensateur 320 qui est connectée à la sortie 317 du pont redresseur 310 formant masse. La gachette du thyristor 342 est reliée à la seconde borne du condensateur 320 par l'intermédiaire de la diode Zener 344. La cathode de cette diode Zener 344 est placée côté condensateur 320 tandis que l'anode de la diode Zener 344 est reliée à la gachette du thyristor 342. Enfin, l'anode du thyristor 342 est reliée à cette même seconde borne du condensateur 320 par l'intermédiaire de la cellule d'initiation 402 de l'ensemble de signalisation 400. L'homme de l'art comprendra aisément que lorsque la tension aux bornes du condensateur 320 dépasse la tension seuil de la diode Zener 344, celle-ci rend le thyristor 342 conducteur. L'élément 402 d'initialisation de l'ensemble de signalisation est ainsi alimenté directement par le condensateur 320. En d'autres termes, le signal alternatif issu du capteur de courant est redressé par la cellule 310 puis stocké dans le condensateur 320. Lorsque l'énergie accumulée dans le condensateur 320 atteint un niveau suffisant, cette énergie est transmise à l'élément d'initiation 402 par l'intermédiaire du thyristor 342. Les différents composants du circuit électronique 300 qui vient d'être décrit, sont regroupés sur un circuit imprimé. Ce circuit imprimé muni des composants du circuit électronique 300 est placé dans un capot 410. I1 est référencé 301 sur la figure 4. Le capot 410 est conçu pour être placé sur une face de la seconde partie 150 de la broche. Un second capot de protection 420 sensiblement identique au capot 410 est conçu pour être placé sur la seconde face de la seconde partie 150 de la broche. Selon le mode de réalisation préférentiel représenté sur les figures 1 à 5, l'ensemble de signalisation 400 comprend un composant pyrotechnique. Plus précisément dans ce cas, l'élément d'initiation 402 est formé d'un inflammateur pyrotechnique. Cet inflammateur pyrotechnique 402 est associé à un corps de poudre noire 404 visible sur la figure 1 ou tout moyen équivalent. On notera à l'examen de la figure 1 que le capot 410 est muni d'un manchon 412, tandis que le capot de protection 420 est muni d'un fourreau 422 complémentaire. Le manchon 412 et le fourreau 422 sont conçus pour être emboités à force par l'intermédiaire d'un alésage 153 ménagé dans la paroi de base 152. L'inflammateur 402 et l'ensemble de poudre noire 404 sont logés dans le manchon 412. Ainsi, lorsque l'inflammateur 402 est initié, le composant pyrotechnique explose, ce qui provoque une augmentation de pression interne dans la chambre formée par le manchon 412 emboîté à force dans le fourreau 422. Cette pression sépare les deux capots 410, 420 et éjecte le capot de protection de l'ensemble électronique. Cette éjection permet de découvrir un élément de visualisation. Cet élément de visualisation peut faire l'objet de différents modes de réalisation. L'élément de visualisation peut être formé d'un enrobage réflectorisant placé sur la broche 100 ou sur le capteur de courant, plus précisément le tore 210. L'élément de visualisation peut également être formé, comme représenté sur la figure 1, d'un ruban ou fanion 430 de couleur vive et de dimension appropriée. Le ruban 430 est fixé sur le bobinage 220 placé sur le tore 210 selon la figure 1. Avant initiation, le ruban 430 est replié à l'intérieur du capot de protection 420. Ainsi, le ruban 430 n'est pas visible tant que les capots 410, 420 sont emboîtés à force. En revanche, le ruban 430 devient visible lorsque l'inflammateur 402 et l'ensemble de poudre noire 404 provoquent la séparation des capots 410, 420. Bien entendu, l'élément de visualisation pourrait être formé de toutes autres pièces mécaniques ou matériaux plus ou moins réflectorisants permettant un repérage aisé à distance et découvert seulement après éjection du capot 420. Selon le mode de réalisation décrit précédemment, les deux capots 410, 420 sont seulement emboîtés à force. On peut bien entendu prévoir de renforcer leur liaison par un collage, un sertissage, ou un goupillage, sous réserve que cette liaison soit conçue pour être rompue après mise à feu du composant pyrotechnique 400. On va maintenant décrire le seconde mode de réalisation représenté sur les figures 6 et 7. On retrouve sur les figures 6 et 7, un dispositif de signalisation de défaut d'un matériel électrique comprenant un élément de raccordement 100, un capteur de courant faible perte comportant un tore 210 en matériau ferromagnétique placé sur l'élément 100 et muni d'un bobinage, un circuit électronique 300 et un ensemble de signalisation 400. L'élément 100 peut faire l'objet de nombreuses variantes de réalisation. Il peut être constitué d'un cable comme représenté sur les figures 6 et 7, ou d'une broche similaire aux figures 1, 3, 4 et 5. Le circuit électronique 300 destiné à être incorporé au dispositif de signalisation représenté sur les figures 6 et 7 peut être conforme aux dispositions décrites précédemment en regard de la figure 2. Ce dispositif ne sera donc pas décrit à nouveau par la suite. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 6 et 7, l'ensemble de signalisation 400 comprend un voyant de signalisation électromagnétique 440. Plus précisément, l'ensemble de signalisation 400 comprend un disque ou palette 440. Ce disque 440 est réalisé au moins partiellement en matériau magnétique, de sorte qu'il soit polarisé. Le disque 440 est monté à totation autour d'un axe 442, entre les deux branches 444, 446 d'une chape solidaire du boîtier du dispositif. Au repos le disque 440 prend une première position commandée par un aimant rémanant porté par le boîtier. Dans ce cas, l'ensemble d'initiation 402 commandé par le thyristor 342 est formé d'un bobinage susceptible d'inverser la magnétisation générée par l'aimant rémanant, pour faire tourner alors le disque 440 de 1800 autour de l'axe 446 et visualiser ainsi la détection d'un défaut. Bien entendu, l'ensemble de signalisation électromagnétique qui vient d'être décrit peut faire l'objet de diverses variantes. Par exemple, au lieu d'utiliser un aimant rémanant et un bobinage apte à inverser la magnétisation de l'aimant rémanant lorsqu'un défaut est détecté, on peut envisager d'utiliser un simple bobinage, sans aimant rémanant, en définissant une position de repos au disque 440 par des moyens élastiques, et en plaçant le bobinage de sorte que, lorsqu'il est alimenté, le disque 440 s'oriente selon le champ électrique ainsi généré, c'est-à-dire que le disque pivote de 90" sur lui-même. Les moyens élastiques définissant la position de repos du disque 440 peuvent en eux-mêmes faire l'objet de diverses variantes. I1 peut s'agir par exemple d'une paire de fils élastiques parallèles reliant le disque 440 à chacune des branches 444, 446 de la chape. 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. Dispositif de signalisation de défauts d'un matériel électrique, caractérisé par le fait qu'il comprend - un élément (100) de raccordement du matériel à une ligne, - un capteur de courant faible perte (200) formé .d'un tore (210) en matériau ferromagnétique placé sur l'élément de raccordement, d'un bobinage (220) enroulé sur le tore (210), - un circuit électronique (300) comportant un pont redresseur (310) dont les entrées (311, 313) sont reliées au bobinage (220), et un condensateur (320) relié aux sorties (315, 317) du pont redresseur (310) pour intégrer l'énergie du courant de fuite détectée, et - un ensemble de signalisation (400) conçu pour être initié par l'énergie intégrée dans le condensateur. 2. Dispositif de signalisation selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend - une broche (100) en matériau électriquement conducteur de raccordement du matériel à une ligne, - un capteur de courant faible perte (200) formé d'un tore (210) en matériau ferromagnétique placé sur la broche (100), et d'un bobinage (220) enroulé sur le tore (210), - un circuit électronique (300) intégré sur la broche (100) et comportant un pont redresseur (310) dont les entrées (311, 313) sont reliées au bobinage (220), et un condensateur (320) relié aux sorties (315, 317) du pont redresseur (310) pour intégrer l'énergie du courant de fuite détectée , et - un ensemble de signalisation (400) porté par la broche et conçu pour être initié par l'énergie intégrée dans le condensateur (320). 3. Dispositif de signalisation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'ensemble de signalisation (400) comprend un composant pyrotechnique (402, 404). 4. Dispositif de signalisation selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le composant pyrotechnique comprend un inflammateur (402) et une composition pyrotechnique de poudre noire (404). 5. Dispositif de signalisation selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé par le fait que le composant pyrotechnique (402, 404) est conçu pour éjecter un capot de protection (420) lorsqu'il est initié. 6. Dispositif de signalisation selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le capot de protection (420) couvre un élément de signalisation (430). 7. Dispositif de signalisation selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'élément de signalisation (430) est choisi dans le groupe comprenant un élément réflectorisant et un fanion. 8. Dispositif de signalisation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'ensemble de signalisation comprend un élément de signalisation de type électromagnétique. 9. Dispositif de signalisation selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'ensemble de signalisation comprend une palette (440) pivotante et magnétisable, un aimant rémanant définissant une position de repos pour la palette pivotante (440), et un bobinage alimenté par le circuit électronique et conçu pour inverser l'aimantation définie par l'aimant rémanant afin de déplacer la palette pivotante en cas de détection de défaut. 10. Dispositif de signalisation selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'ensemble de signalisation comprend une palette pivotante (440), des moyens élastiques définissant une position de repos pour la palette pivotante, et un bobinage alimenté par le circuit électronique et conçu pour déplacer la palette pivotante de 90 , en alignement avec le champ généré par le bobinage. 11. Dispositif de signalisation selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu'un éclateur (330) est connecté en parallèle du condensateur (320). 12. Dispositif de signalisation selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait qu'un élément à seuil (342, 244) est placé entre le condensateur (320) et l'élément de signalisation (402). 13. Dispositif de signalisation selon la revendication 12, caractérisé par le fait que l'élément à seuil comprend un thyristor (342) et une diode Zener (344). 14. Dispositif de signalisation selon l'une des revendications 1 à 13 prises en combinaison avec la revendication 2, caractérisé par le fait que la broche (100) est formée de deux parties (110, 150) conçues pour être fixées entre elles. 15. Dispsotif de signalisation selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait que le tore (210) est réalisé en un matériau accordé sur la fréquence du signal transitant sur la ligne. 16. Dispositif de signalisation selon l'une des revendications 1 à 15 prises en combinaison avec la revendication 2, caractérisé par le fait que la broche est conçue pour être placée en série d'un parafoudre ou d'un isolateur. 17. Dispositif de signalisation selon l'une des revendications 1 à 16 prises en combinaison avec la revendication 2, caractérisé par le fait que la broche (100) est conçue pour raccorder le carter d'un matériel, tel que le boîtier d'un transformateur, à la terre.