Brevet FR2689677A1 — publié le 19931008

Dispositif de contrôle de ltétat d'un fusible multibrins. L'invention concerne un dispositif de contrôle de l'état d'un fusible, notamment d'un fusible multibrins. Les fusibles, plus précisément désignés par éléments de remplacement dans les textes normatifs, sont actuellement utilisés sous forme de fusibles multibrins dans les transformateurs HTA/BT, haute tension-basse tension en service dans les réseaux de distribution publique d'énergie électrique. A la suite d'un incident ou d'une modification des caractéristiques d'une installation, augmentation de la puissance installée ou du courant délivré, il est nécessaire de s'assurer du bon état des fusibles de protection de cette installation. Le contrôle est actuellement effectué par une vérification de la continuité électrique du fusible considéré, au moyen d'un appareil de type ohm-mètre ou analogue. Ce processus de contrôle, très simple, ne permet cependant pas de vérifier, dans le cas d'un fusible multibrins, si l'un des fils ou brins fusibles est coupé ou fondu. Dans un tel cas, la réutilisation d'un fusible endommagé partiellement, ce dommage partiel n'étant pas détecté, peut entraîner de graves conséquences lors de 1 'exploitation ultérieure de 1 'installation munie d'un tel fusible. En effet, la résistance interne de ce type de fusible augmentant dans des proportions dépendant du nombre de fils ou brins initial, l'échauffement du fusible peut alors atteindre les valeurs dommageables, tant pour celui-ci que pour les matériaux et composants voisins. En outre, la courbe intensité du courant/temps d'un fusible ainsi dégradé peut entraîner une mauvaise coordination des dispositifs de protection situés tant en amont qu'en aval du fusible considéré, et, pour certaines valeurs d'intensité du courant, une absence de déclenchement de ces protections, susceptible d'entraîner alors la destruction totale du fusible précité. En particulier, lorsque les installations protégées sont des installations du type transformateurs HTA/BT, selon la norme d'Electricité de France, le mauvais fonctionnement d'un fusible peut entraîner la destruction de l'appareillage complet et provoquer ainsi un incident sur le réseau de distribution. Le mauvais fonctionnement d'un fusible HTA de type précité, composant d'une valeur de l'ordre de 200 F (deux cents francs), est donc susceptible d'entraîner non seulement des coûts de réparation pouvant atteindre 250 000 F (deux cent cinquante mille francs), mais également une dégradation de la qualité de desserte de l'installation. La présente invention a pour objet de remédier à l'inconvénient précité par la mise en oeuvre d'un dispositif de contrôle de l'état d'un fusible. Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un dispositif de contrôle d'un fusible, de type multibrins, permettant de déterminer si l'un au moins des brins de celui-ci est coupé, fondu ou détérioré. Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un dispositif de contrôle d'un fusible constitué par un appareil portable permettant d'effectuer les opérations de contrôle sur le site de l'installation. Un autre objet de la présente invention est enfin la mise en oeuvre d'un dispositif de contrôle d'un fusible grâce auquel les opérations de contrôle, particulièrement simples, peuvent être réalisées par tout personnel non spécialement qualifié. Le dispositif de contrôle de l'état d'un fusible multibrins, objet de la présente invention, est remarquable en ce qu'il comporte un circuit générateur d'un courant constant, destiné à alimenter le fusible à tester pendant une durée de test déterminée, un circuit de mesure, aux bornes du fusible à tester, de la chute de tension provoquée par le courant constant aux bornes du fusible à tester et un circuit de calcul et d'affichage de l'état du fusible à tester par comparaison à l'état correspondant d'un fusible de référence. Le dispositif de contrôle de l'état d'un fusible multibrins, objet de la présente invention, est utilisable notamment pour le contrôle des fusibles limiteurs HTA associés à la protection des transformateurs HTA/BT de distribution publique, des transformateurs de tension utilisés comme réducteurs ou capteurs, des transformateurs de puissance utilisés dans les installations industrielles, des réseaux basse tension de distribution publique et des installations industrielles. Une description plus détaillée du dispositif de contrôle de l'état d'un fusible multibrins, objet de l'invention, sera donnée ci-après en référence aux dessins dans lesquels - la figure 1 représente un schéma synoptique général du dispositif objet de la présente invention, - la figure 2 représente un organigramme relatif aux différentes étapes de fonctionnement du dispositif selon l'invention, représenté en figure 1, - les figures 3a et 3b représentent une vue des différents éléments structurels constitutifs du dispositif selon l'invention tel que représenté en figure 1. Une description plus détaillée d'un dispositif de contrôle de l'état d'un fusible multibrins, conforme à l'objet de la présente invention, sera donnée tout d'abord en liaison avec la figure 1. Sur la figure précitée, on peut constater que le dispositif objet de la présente invention comprend un circuit 1 générateur d'un courant constant destiné à alimenter le fusible à tester, noté FU, pendant une durée de test déterminée. En outre, le dispositif objet de 1 invention comprend un circuit 2 de mesure aux bornes du fusible à tester FU de la chute de tension Uc provoquee par le courant constant aux bornes du fusible FU à tester. En outre, un circuit 3 de calcul et d'affichage de l'état du fusible à tester est prévu, ce circuit permettant d'effectuer un affichage de l'état du fusible à tester FU par comparaison à l'état correspondant d'un fusible de référence. Ainsi qu'on l'observera en outre sur la figure 1, le circuit générateur 1 peut comporter avantageusement un circuit d'horloge 10 commandé, ce circuit d'horloge 10 étant destiné à engendrer un train d'impulsions représentatif de la durée de test précité. En outre, le circuit générateur 1 comprend un circuit 11 générateur de courant constant piloté et activé pendant la durée de test précité par le train d'impulsions. A titre d'exemple non limitatif, le circuit 2 de mesure peut comprendre, ainsi que représenté sur la figure 1, un relais noté 21 comportant deux entrées commutées et une sortie commutée. Une première entrée commutée du relais 21 est interconnectée à un circuit 20 de référence de tension, lequel délivre une tension notée UO alors que la deuxième entrée commutée du relais 21 est interconnectée aux bornes du fusible FU de façon à recevoir la chute de tension Uc précitée. La sortie commutée du relais 21 délivre, sur commutation par l'intermédiaire d'un signal de commutation com, soit la référence de tension U,, soit la chute de tension Uc. La sortie commutée du relais 21 est interconnectée par exemple à un amplificateur à gain variable 22 dont la valeur de gain peut être ajustée par l'intermédiaire d'un signal de commande de gain G. L'amplificateur 22 délivre une tension Us laquelle est directement proportionnelle, soit à la tension de référence U,, soit à la chute de tension Uc. La tension de référence UO sert à déterminer la tension de décalage (offset) de l'amplificateur 22, considéré par un amplificateur opérationnel. Un circuit d'échantillonnage 23 est en outre prévu, ce circuit d'échantillonnage 23 recevant en entrée la tension Us délivrée par l'amplificateur à gain variable 22 et délivrant une série de valeurs Uck, valeurs échantillonnées, représentatives de la chute de tension Uc aux bornes du fusible FU, chute de tension provoquée par le courant constant I délivré par le circuit 1 générateur de courant constant. Le circuit 3 de calcul et d'affichage de l'état du fusible à tester FU comprend, ainsi que représenté en figure 1, un circuit calculateur 30 lequel peut avantageusement être réalisé par un microcalculateur ou par un microprocesseur par exemple. On notera que le circuit de calcul 30 permet d'engendrer un signal de déclenchement CLK délivré au circuit d'horloge 10 commandé, afin de permettre ainsi la commande du circuit d'horloge 10 précité, le signal de commande de commutation com au relais 21 et le signal de commande de gain G de l'amplificateur à gain variable 22. Il reçoit avantageusement un signal I représentatif de l'intensité du courant constant délivré par le circuit 11 générateur de courant constant. Ce signal I peut être constitué avantageusement par un signal échantillonné numérique délivré par un moyen de mesure correspondant du courant I au niveau du générateur de courant constant. On notera par exemple que le générateur de courant constant 11 peut alors être réalisé par un circuit de type générateur de courant de type classique constitué, par exemple, par un transistor de puissance monté en collecteur commun et dont l'émetteur débite le courant constant par l'intermédiaire d'une résistance calibrée de faible valeur, la mesure de l'intensité I du courant constant ainsi délivré pouvant être effectuée par échantillonnage de la chute de tension aux bornes de la résistance calibrée précitée. Ce type d'appareillage ne sera pas décrit plus en détail car il correspond à un type d'appareillage classique dans le domaine technique correspondant. Le générateur de courant constant peut par exemple être prévu pour délivrer un courant continu de 600 mA pendant 20 ms, durée totale de test. Une précision suffisante de l'intensité I = 600 mA précitée peut être obtenue, et le circuit de mesure d'intensité peut, alors, être supprimé. En outre, le circuit de calcul 30 reçoit bien entendu le signal échantillonné délivré par le circuit d'échantillonnage 23, c'est-à-dire les valeurs Uck précitées. A titre d'exemple non limitatif, on comprendra que le circuit d'échantillonnage 23 peut avantageusement être réalisé par un convertisseur analogique numérique C.A.N., et, de préférence, par un convertisseur analogique numérique multivoies, chaque voie recevant en parallèle la tension de sortie Us délivrée par l'amplificateur à gain variable 22. L'amplificateur numérique analogique 23 peut alors délivrer une suite de valeurs de chute de tension Uck, k désignant l'ordre des différentes voies du convertisseur numérique analogique, les voies de conversion étant commandées séquentiellement de façon à réaliser finalement une suite de mesures successives de la chute de tension provoquée aux bornes du fusible à tester FU pendant la durée du test précité. On notera que l'agencement du convertisseur analogique numérique précité ne sera pas décrit plus en détail car il correspond à une disposition classique des convertisseurs analogiques numériques normalement disponibles dans le commerce. Bien entendu, la suite des valeurs de chute de tension Uck correspondant à une pluralité de mesures de chutes de tension aux bornes du fusible FU pendant une durée de test est délivrée au circuit calculateur 30 et mémorisée puis traitée par ce dernier de la façon ci-après. Le circuit 3 de calcul et d'affichage de l'état du fusible à tester, et en particulier le circuit calculateur 30 précité, permettent d'effectuer en fait la moyenne arithmétique notée K désignant le nombre de voies du convertisseur analogique-numérique, de la pluralité de mesures de chutes de tension Uck. On notera en outre que le circuit de calcul 3 comporte, avantageusement, une cellule d'affichage des résultats, notée 31, et une mémoire de référence, notée 32, laquelle permet d'assurer la mémorisation de valeurs de référence de fusibles de référence, ces valeurs de référence correspondant à l'état de chaque fusible de référence précité et pouvant, par exemple, être constituées par la valeur de résistance de chaque fusible de référence à une température donnée, 20"C par exemple. En outre, le circuit calculateur 30 reçoit un signal de mise en marche et de choix de calibres délivré par un circuit et par une touche 33 correspondante, ainsi qu'un signal de commande de validation de mesures délivré par un circuit et une touche correspondante 34. Les circuits 33 et 34 peuvent consister par exemple en des circuits générateurs d'impulsions de type circuits monostables, chaque impulsion incrémentant le circuit calculateur 30, de façon à assurer les fonctions correspondantes. Ce type de circuit ne sera pas décrit en détail car il correspond à un type de circuit parfaitement connu de l'homme de métier. Le fonctionnement du dispositif de contrôle de l'état d'un fusible multibrins objet de la présente invention tel que représenté en figure 1 sera décrit à titre d'exemple non limitatif en liaison avec la figure 2. Le mode opératoire du processus de contrôle de l'état d'un fusible FU peut comprendre, ainsi que représenté sur la figure précitée, les étapes ci-après. Une première phase d'initialisation comprend par exemple une étape 1000 du choix du type de fusible, c'està-dire du calibre c correspondant de celui-ci pour un fusible de référence comportant par exemple N brins, une valeur de résistance R à une température donnée, 20"C par exemple, cette valeur de résistance étant prise comme référence avec une tolérance de 7 % par exemple. En ce qui concerne les fusibles HTA précédemment mentionnés et utilisés en France, les calibres sont par exemple de 6,3;16;43 et 63 ampères. On notera toutefois que les valeurs des résistances des fusibles de calibres précités, valeurs fournies par les constructeurs, ont nécessité, avec le nombre de fils ou brins de chaque fusible de calibre c correspondant, huit types de fusibles répartis en fonction des paramètres constructeurs et du calibre ainsi que représenté à l'annexe de la présente description. Ainsi, à chacun des fusibles est attribué un type. On comprend bien sûr sur le choix du type de fusible est effectué par l'intermédiaire de la touche de fonction correspondante portant la référence 33 sur la figure 1, après mise en service de l'appareil objet de la présente invention. Suite à l'étape 1000 précitée, l'initialisation peut alors être effectuée par la mise en place du fusible FU à tester, cette mise en place consistant bien entendu à relier le dispositif de contrôle au fusible FU luimême. Cette liaison est réalisée par des cordons munis de pinces, lesquelles seront décrites ultérieurement dans la description. La phase d'initialisation ayant été ainsi réalisée, la phase de mesure proprement dite peut alors être effectuée et déclenchée, par exemple par la touche de validation de mesure 34, par une première étape 1002 de déclenchement de la mesure proprement dite. L'étape 1002 précitée est alors suivie d'une étape 1003 consistant en une étape d'alimentation du fusible à tester FU par le courant constant afin de réaliser l'état d'équilibre de la chute de tension provoquée par le fusible FU pendant le processus de mesure proprement dit. On comprendra dans un tel cas que le relais 21 peut alors pendant le déclenchement de l'étape 1003 être dans un état de commutation tel que la première entrée commutée de celui-ci est reliée à l'entrée de l'amplificateur à gain variable 22, la deuxième entrée commutée du relais 21 étant en circuit ouvert. Bien entendu l'étape d'alimentation du fusible 1003 se poursuit pendant toute la suite de la phase de mesure. L'étape de déclenchement d'alimentation du fusible FU 1003 est alors suivie d'une étape 1004 d'étalonnage de tension à partir de la tension de référence UO laquelle, délivrée à l'amplificateur à gain variable 22, peut alors être échantillonnée par le convertisseur analogique numérique 23, la valeur de tension de référence Uo, tension de décalage, pouvant alors être mémorisée par le circuit calculateur 30 muni de ses mémoires de travail. On notera bien sûr que l'amplificateur à gain variable 22 est un amplificateur du type amplificateur opérationnel, lequel outre le gain apporté par la commande de gain G, cette commande de gain variable étant utile pour les différentes chutes de tension apportées par les différents fusibles FU, soit en fonction du calibre, soit en fonction de leur état afin d'assurer un niveau de tension de sortie Us suffisant et une précision de conversion analogique numérique sensiblement constante, permet en outre d'assurer une séparation des différents étages, l'impédance d'entrée de l'amplificateur à gain variable étant pratiquement infinie. L'étape d'étalonnage de tension 1004 est alors suivie, sur délivrance du signal de commande de commuta tion com par le circuit calculateur 30 au relais 21, d'une étape 1005 de mesure de la chute de tension. On notera bien sûr qu'en raison de la très grande valeur de l'impédance d'entrée de l'amplificateur à gain variable 22 la commutation précitée n'apporte aucune perturbation à l'état d'équilibre de la chute de tension engendrée par le courant constant dans le fusible FU à tester. La mesure de la chute de tension est alors réalisée par l'intermédiaire non seulement de l'amplificateur à gain variable 22 mais également du convertisseur analogique numérique 23, lequel pendant la durée de test fournit la pluralité de mesures de chutes de tension Uck successives dans un nombre correspondant au nombre de voies du convertisseur analogique numérique précité. La phase de mesure est alors suivie d'une phase d'affichage des résultats comportant une étape 1006 de calcul et d'affichage, laquelle sera décrite ci-après. Bien entendu, on comprendra que le circuit calculateur 30 permet d'effectuer la moyenne arithmétique par exemple Uc des différentes chutes de tension Uck de la pluralité de mesures de chutes de tension. Chaque fusible de référence ayant été classé par catégorie de calibre c et de nombre de brins N constitutifs de celui-ci pour le calibre considéré, l'état du fusible à tester FU peut alors être défini par la valeur de la résistance de celui-ci, laquelle vérifie la relation : R c = (R X N)/(N - Nc). Dans cette relation, R c désigne la résistance du fusible à tester avec R c = UC/I, Uc désigne la chute de tension mesurée dans des conditions précédemment mentionnées aux bornes du fusible à tester, R désigne la résistance du fusible de référence, N désigne le nombre de brins du fusible de référence, N c désigne, dans le fusible à tester FU, le nombre de brins détériorés, I désigne l'intensité du courant constant délivré par le générateur de courant constant 1. L'évaluation du paramètre Nc permet alors de réaliser une séquence d'affichage de l'état du fusible à tester FU. Cet affichage peut comporter au moins une séquence d'affichage "fusible correct", le fusible à tester FU ne comportant aucun brin détérioré, une séquence d'affichage "fusible dégradé", le fusible à tester comportant au moins un brin détérioré et une séquence d'affichage "fusible inopérant", le fusible à tester comportant tous ses brins détériorés, ou le cas échéant n'ayant pas été placé convenablement en position de test. On comprendra également que le choix de la séquence d'affichage parmi les différentes séquences d'affichage précitées peut alors être réalisé par comparaison de l'état du fusible à tester FU, état défini selon les indications précédentes, par rapport à l'état du fusible de référence correspondant mémorisé dans la mémoire de référence 32 des calibres c. Off ce qui concerne la précision du dispositif de contrôle, objet de la présente invention, nécessaire afin de mener à bien le processus de contrôle de fusibles multibrins, celle-ci est maximum pour le type de fusible qui a le moins de différence entre sa résistance maximale en bon état et sa résistance minimale avec un fil coupé. Pour des fusibles de type HTA proposés par les constructeurs français et conformes aux normes CEI 2-82 et MF 64-210, une étude a montré que la précision maximum nécessaire est de i 3,5 %. On notera que le dispositif de contrôle, objet de la présente invention, permet une précision totale de mesure de + 1,7 % et qu'en conséquence ce dispositif permet bien de conduire le processus de contrôle dans tous les cas. Une description plus détaillée de certains éléments du dispositif de contrôle de l'état d'un fusible multibrins, objet de la présente invention, sera donnée en liaison avec les figures 3a et 3b. Sur la figure 3a, on notera que le dispositif de contrôle selon l'invention est présenté sous la forme d'un boîtier 100, lequel comprend la touche de mise en marche/choix du type de fusible 33, la touche de validation de la mesure 34 ainsi qu'un élément d'affichage alphanumérique 31, lequel peut être réalisé par une cellule d'affichage de type afficheur alphanumérique à 16 caractères. On notera en outre que les circuits électroniques tels que représentés en figure 1 et contenus dans le boîtier 100 sont alors reliés par des cordons conducteurs électriques à des pinces d'extrémité entre lesquelles le fusible à tester FU est placé. Les pinces d'extrémité sont notées 101a et 101b sur la figure 3a. Elles peuvent comporter, par exemple, un corps ou support surmoulé en matière plastique, un contact électrique 103 isolé destiné à assurer le contact électrique avec le fusible à tester FU et des lames métalliques 102 permettant d'assurer le maintien mécanique du fusible à tester FU en position de contact mécanique et électrique avec le contact 103 précité. Sur la figure 3b on a représenté au contraire la face arrière du boîtier 100, lequel comporte une trappe 107 permettant d'accéder à différents éléments tels que par exemple une batterie ou pile d'alimentation 106 interchangeable, une touche de remise à zéro 108 et un port 105 de communication extérieure de type RS232 interconnecté au circuit calculateur 30. On notera bien sûr que le port 105 permet par exemple d'assurer la mise à jour des valeurs de référence mémorisées dans le circuit mémoire de référence 32, ce circuit mémoire étant alors constitué par exemple par une mémoire de type reprogrammable. On notera enfin que les fonctions supplémentaires peuvent être prévues de façon à améliorer la sécurité et la fiabilité du contrôle effectué au moyen du dispositif faisant l'objet de la présente invention, ces fonctions supplémentaires pouvant consister par exemple en - contrôle permanent de l'état de la pile et affichage du message "attention pile" ou "pile à changer" et verrouillage du fonctionnement du contrôleur, - vérification de la bonne connection du fusible à tester et affichage d'un message d'erreur dans le cas contraire, - contrôle fonctionnel à chaque mesure du relais 21 et de la tension de référence Uo, laquelle peut servir de tension de référence de l'amplificateur 22, - affichage de défaut d'appareil en cas de mauvais fonctionnement, - mémorisation d'un nombre de types de fusibles pouvant aller jusqu'à 25, - mémorisation des données internes même en l'absence prolongée de la pile 106. On a ainsi décrit un dispositif de contrôle de 1 'état d'un fusible multibrins particulièrement avantageux dans la mesure où le dispositif précité permet de savoir si au moins l'un des brins constituant le fusible testé est fondu ou coupé. L'avantage précité est d'autant plus remarquable que le contrôle peut être effectué sur le site de l'installation par une opération très simple pour une large variété de types de fusibles utilisés. ANNEXE TABLEAU DE CLASSIFICATIOIN DES FUSIBLES PROPOSES TYPE CONSTRUCT./ CALIBRE 1 2 3 4 5 6 7 8 A 6,3 A X B 6,3 A X C 6,3 A X D 6,3 A X A 16 A X B 16 A X C 16 A X D 16 A X A 43 A X B 43 A X C 43 A X D 43 A X A 63 A X B 63 A X C 63 A x REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle de l'état d'un fusible multibrins, caractérisé en ce qu'il comporte - des moyens (1) générateurs d'un courant constant, destinés à alimenter ledit fusible à tester pendant une durée de test déterminée, et, - des moyens (2) de mesure, aux bornes dudit fusible à tester, de la chute de tension (Uc) provoquée par ledit courant constant aux bornes dudit fusible à tester, - des moyens (3) de calcul et d'affichage de l'état dudit fusible à tester par comparaison à l'état correspondant d'un fusible de référence. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens générateurs (1) comportent - un circuit d'horloge commandé (10) destiné à engendrer un train d'impulsions représentatif de la durée de test déterminée, - un circuit (11) générateur de courant constant piloté et activé pendant la durée de test déterminée par ledit train d'impulsions. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, chaque fusible de référence étant classé par catégorie de calibre c et de nombre de brins N constitutif de chaque fusible de référence pour le calibre considéré, l'état dudit fusible à tester est défini par la valeur de la résistance de celui-ci vérifiant la relation R c = (R X N)/(N - Nc) où Rc désigne la résistance du fusible à tester avec R c = Uc/I, Uc désignant la chute de tension mesurée aux bornes dudit fusible à tester, R désigne la résistance du fusible de référence, N désigne le nombre de brins du fusible de référen ce, Nc désigne dans le fusible à tester le nombre de brins détérioriés. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens (2) de mesure comportent des moyens (23) d'échantillonnage permettant d'effectuer, pendant ladite durée de test, une pluralité de mesures de chutes de tension Uck provoquée par le courant constant aux bornes du fusible à tester. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens (3) de calcul et d'affichage de l'état dudit fusible à tester permettent d'effectuer la moyenne arithmétique K désignant le nombre de voies du convertisseur analogique-numérique, de ladite pluralité de mesures de chutes de tension Uck. 6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'affichage de l'état dudit fusible à tester est réalisé sur un afficheur alphanumérique à 16 caractères, ledit affichage comportant au moins - une séquence d'affichage "fusible correct", le fusible à tester ne comportant aucun brin détériorié, - une séquence d'affichage "fusible dégradé", le fusible à tester comportant au moins un brin détériorié, - une séquence d'affichage "fusible inopérant", le fusible à tester comportant tous ses brins détériorés, ou n'ayant pas été placé convenablement en position de test.