Brevet FR2698696A1 — publié le 19940603

"Ensemble de mesure de tension pour réseau de distribution électrique" La présente invention concerne un ensemble de mesure de tension, du genre utilisant un diviseur de tension capacitif, pour réseau triphasé de distribution électrique à haute ou moyenne tension, aérien ou souterrain. La qualité de la distribution électrique est améliorée par l'adjonction de divers appareillages, tels que les interrupteurs télécommandés et les disjoncteurs réenclencheurs en réseau. Pour un fonctionnement optimal de ces matériels, il devient nécessaire de mesurer la tension du réseau triphasé, soit les trois tensions simples (tensions entre chacune des phases et la terre) et/ou la tension homopolaire ou résiduelle, notamment dans des applications de télémesure, de détection de défaut et de protection, comme précisé ci-après - Télémesure : A la demande d'un poste de conduite, un appareil en réseau tel qu'un interrupteur ou un disjoncteur transmet, par une voie de communication avec ou sans fil (téléphonie ou radio), une mesure des tensions simples et/ou composées à un instant donné. - Détection de défaut : Un appareil en réseau est muni d'un détecteur de défauts de type wattmétrique ou directionnel, nécessitant une mesure permanente des courants et de la tension homopolaire (qui est en fait la somme instantanée des trois tensions simples) afin de traiter le produit u.i (tension x intensité). - Protection : Le processus est similaire à la détection de défaut, mais il comporte en plus une action sur un organe de coupure, réalisant ainsi la fonction de disjoncteur. Dans ce contexte, le présent exposé s'intéresse uniquement à la mesure de tension en réseau. Deux principes sont actuellement utilisés pour ce type de mesure, à savoir le transformateur de tension et le diviseur de tension capacitif. Le transformateur de tension a pour avantages d'être facilement exploitable, et de posséder une grande précision de mesure. Toutefois il est très lourd et très coûteux, et son encombrement rend son utilisation difficile en réseau aérien, où un tel transformateur doit être placé au sommet d'un poteau. Le diviseur capacitif a pour avantages d'être léger, assez peu coûteux et d'une mise en oeuvre plus facile que le transformateur de tension. Toutefois, il présente une précision inférieure à celle du transformateur de tension, et son exploitation est plus délicate en raison de son impédance élevée. Au vu de ce qui précède, on peut être conduit à préférer la solution du diviseur capacitif, en particulier dans le cas de réseaux aériens. La présente invention vise à fournir un ensemble de mesure de tension dont le diviseur capacitif possède une structure simplifiée, donc moins coûteuse, que les réalisations traditionnelles, tout en procurant une précision de mesure satisfaisante. A cet effet, l'invention concerne essentiellement un ensemble de mesure de tension pour réseau de distribution électrique, du genre utilisant un diviseur de tension capacitif, avec pour chaque phase un premier condensateur reliant un conducteur de ligne à un point de mesure et un second condensateur reliant le point de mesure à la terre, le point de mesure étant relié par un conducteur de liaison à un dispositif de mesure, cet ensemble de mesure de tension étant remarquable en ce que le premier condensateur du diviseur de tension capacitif est constitué par une capacité, existante par construction, d'un matériel à parties conductrice et isolante présent en un point du conducteur de ligne. Ainsi, l'idée inventive consiste à concevoir le diviseur de tension capacitif en mettant à profit la capacité "naturelle" d'un certain type de matériel de ligne présent sur le réseau concerné, mais n' ayant pas habituellement pour fonction principale la mesure de tension. Le matériel de ligne, dont la capacité existante par construction constitue le premier condensateur du diviseur de tension capacitif, peut être notamment une prise capacitive embrochable ou "prise d'équerre" emmanchée sur une extrémité de conducteur de ligne, ou bien encore un isolateur-support de ligne électrique aérienne.Dans tous les cas, l'utilisation d'éléments déjà présents sur le réseau a pour avantage de réduire fortement le matériel supplémentaire nécessaire à la constitution d'un diviseur de tension capacitif complet, ce qui rend ce diviseur de tension moins coûteux, et en réduit l'encombrement. Avantageusement, pour constituer un diviseur de tension capacitif complet, le second condensateur du diviseur de tension capacitif est un condensateur rapporté situé à proximité immédiate du premier condensateur, constitué par une capacité existante par construction ; de préférence, le condensateur rapporté est logé dans le matériel de ligne auquel appartient ladite capacité. Le rapprochement des deux condensateurs apporte non seulement une réalisation particulièrement compacte, mais encore une précision de mesure améliorée.En effet, le premier condensateur du diviseur de tension étant de très faible capacité (1 à 10 pF), la mesure ne pourra être précise que si le second condensateur est traversé par l'intégralité des charges électriques issues du premier condensateur, sans pertes ni apport de charges supplémentaires, et l'on comprend que plus le second condensateur est éloigné du premier, plus les champs électriques parasites auront d'influence et fausseront la mesure. Cette constatation justifie donc l'emplacement du second condensateur le plus près possible du premier condensateur. Compte tenu de la contrainte de mise à la terre du second condensateur, la localisation rapprochée des deux condensateurs du diviseur de tension capacitif conduit à une forme de réalisation avantageuse dans laquelle le conducteur de liaison, partant du point de mesure intermédiaire entre les deux condensateurs, est associé à un conducteur de terre partant du second condensateur rapporté, notamment sous forme de câble coaxial réunissant les deux conducteurs en question. Comme déjà indiqué plus haut, un mode de réalisation de l'invention prend pour point de départ une prise capacitive embrochable de type connu. Une telle prise embrochable, isolée, est munie habituellement d'une prise capacitive dans le but de servir de témoin de présence d'une tension, ceci uniquement lors des interventions. L'invention permet d'exploiter cette prise de façon permanente et moins restrictive, en passant dans le domaine de la mesure qui n'est pas sa fonction habituelle. L'utilisation conventionnelle de la prise capacitive impose que la capacité de celle-ci soit, en dehors des interventions, reliée à la terre de la prise embrochable, afin de ne pas générer d'effluves entre la prise capacitive et toute autre partie de la prise embrochable. Cette contrainte a conduit les fabricants de prises capacitives à prévoir un capuchon de mise à la terre, venant coiffer la prise capacitive, le capuchon étant réalisé en polymère semi-conducteur identique à celui constituant l'enveloppe extérieure de la prise embrochable. Dans ce contexte, le second condensateur du diviseur de tension capacitif est, avantageusement, un condensateur rapporté placé sous le capuchon de mise à la terre de la prise capacitive embrochable. Outre la proximité souhaitable des deux condensateurs, cette disposition permet de faire jouer au capuchon de la prise embrochable la fonction supplémentaire de cage de Faraday, protégeant le diviseur capacitif contre les champs électriques parasites. Selon un mode de construction particulier, le condensateur rapporté, constituant le second condensateur du diviseur de tension capacitif, est soudé à cheval sur une pastille isolante métallisée sur ses deux faces et disposée au fond du capuchon, tandis que le câble coaxial précité, traversant un passage axial de ce capuchon, comporte un conducteur central dont l'extrémité traverse la pastille et est soudé sur une face métallisée de celleci, et un blindage de mise à la terre dont l'extrémité est soudée sur l'autre face métallisée de la pastille.De plus, pour constituer le point de liaison entre les deux condensateurs qui est aussi le point de mesure, l'extrémité du conducteur central du câble coaxial est aussi appliquée sur la tête d'une vis métallique qui, traversant une rondelle isolante montée en lieu et place d'une rondelle habituellement métallique de la prise capacitive embrochable, sur laquelle est enclenché le capuchon, est vissée dans un insert métallique constituant une armature du premier condensateur. Selon un autre aspect de l'invention, il convient de réaliser une adaptation de l'impédance du diviseur de tension capacitif par rapport à l'entrée du dispositif de mesure proprement dit, devant traiter le signal, afin de réduire le rapport bruit/signal. A cet effet, il est encore prévu dans l'ensemble de mesure selon l'invention, et pour chaque phase, entre le diviseur de tension capacitif et le dispositif de mesure proprement dit, un dispositif électronique actif constituant une interface d'adaptation, incluant des moyens d'amplification des signaux provenant du diviseur capacitif par le conducteur de liaison, un transformateur de séparation galvanique des signaux amplifiés transmis vers le dispositif de mesure proprement dit, et une alimentation isolée constituée par un convertisseur continu-continu incluant un transformateur de séparation galvanique. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cet ensemble de mesure de tension pour réseau de distribution électrique Figure 1 est un schéma de principe d'un diviseur de tension capacitif, utilisé dans le cadre de la présente invention ;; Figure 2 est une vue en coupe d'une prise embrochable existante, à partir de laquelle est réalisable le diviseur de tension capacitif Figure 3 est une vue en coupe d'un diviseur de tension capacitif, à l'état assemblé, dans un mode de réalisation particulier découlant de la prise embrochable de figure 2 Figure 4 est une vue éclatée du diviseur de tension capacitif de figure 3 Figure 5 est un schéma électrique de l'ensemble de mesure de tension complet, incluant ce diviseur de tension capacitif Figure 6 illustre un exemple d'application de cet ensemble de mesure, sur un réseau de distribution aérien Figure 7 illustre un autre exemple d'application de l'invention, dans un poste pour réseau souterrain. Etant bien entendu que l'invention s'applique à des réseaux de distribution triphasés, les figures 1 à 5 et la description suivante s'y référant portent sur une seule des trois voies de mesure nécessaires. A chaque phase est associé un diviseur de tension capacitif, dont le principe est représenté par la figure 1. Le repère 1 y désigne un conducteur de ligne haute tension. Le diviseur proprement dit comprend un premier condensateur 2, reliant le conducteur de ligne 1 à un point intermédiaire ou point de mesure 3, et un second condensateur 4, reliant le point 3 à la terre indiquée en 5. Un câble de liaison 6, partant du point intermédiaire 3, est à un potentiel U mesuré, qui est proportionnel à la tension du conducteur 1. Selon 1 l'invention, le premier condensateur 2 résulte d'une capacité "naturelle", c'està-dire existant par construction sur un matériel du réseau concerné, mais n'ayant pas comme fonction principale la mesure de tension.Dans la suite, on décrira plus particulièrement une réalisation de diviseur capacitif utilisant une prise capacitive embrochable, aussi appelée prise d'équerre, comme montré aux figures 2, 3 et 4. La figure 2 rappelle partiellement la structure connue d'une prise capacitive embrochable, emmanchée sur l'extrémité d'un conducteur de ligne haute tension 1. La prise comprend une enveloppe extérieure 7 en polymère semi-conducteur, remplie d'un isolant 8 dans lequel est noyé un insert métallique 9. Cette prise est coiffée d'un capuchon 10 de mise à la terre, réalisé en polymère semiconducteur identique à celui constituant l'enveloppe extérieure 7. Le capuchon 10 est enclenché sur une rondelle métallique 11, fixée elle-même au moyen d'une vis 12 sur l'insert métallique 9, lequel matérialise une armature du premier condensateur 2 dans le schéma de la figure 1. Pour réaliser un diviseur de tension capacitif à partir de la prise embrochable selon la figure 2, le second condensateur 4, qui est un condensateur rapporté, est placé dans le capuchon 10, comme l'illustre la figure 3. Ce capuchon conducteur 10 réalise une cage de Faraday protégeant le diviseur de tension capacitif, le câble de liaison 6 traversant le capuchon 10. Le détail de réalisation est décrit ci-après, en se référant plus particulièrement à la figure 4 La rondelle métallique 11 de la prise embrochable (figure 2) est remplacée par une rondelle isolante 13, la vis 12 étant conservée. Au fond du capuchon 10 est disposée une pastille isolante 14, métallisée sur ses deux faces opposées. Le condensateur rapporté 4 est soudé à cheval sur la pastille 14, de façon à être relié électriquement aux métallisations respectives de chacune des faces de cette pastille 14. Le câble de liaison 6, traversant un passage axial 15 du capuchon 10, est un câble de type coaxial, comportant un conducteur central 16, un blindage tressé 17 et un isolant intermédiaire 18. Le conducteur central 16 traverse la pastille 14 et est soudé sur la métallisation située du côté de la vis 12. Le blindage 17 du câble 6 est soudé à l'autre métallisation de la pastille 14, tournée vers le fond du capuchon 10. Lorsque l'ensemble est assemblé, comme le montre la figure 3, la pression du capuchon 10 monté réalise les différents contacts électriques nécessaires. En particulier, l'extrémité du conducteur central 16 du câble de liaison 6 vient en contact avec la tête de la vis 12, ce qui constitue le point de mesure (équivalent au point 3 du schéma de principe de la figure 1) du diviseur capacitif. Le blindage 17 du câble 6 réalise la mise à la terre du dispositif. L'ensemble de mesure de tension complet, toujours pour une seule phase, est représenté sur la figure 5 où le diviseur de tension capacitif, désigné globalement par le repère 19, est représenté sous forme schématique d'une manière analogue à la figure 1. Outre le dispositif de mesure 20 proprement dit, cet ensemble comprend un dispositif électronique actif 21, constituant une interface entre le diviseur capacitif 19 et le dispositif de mesure 20 proprement dit. Le conducteur central 16 du câble de liaison 6 aboutit à l'entrée d'un amplificateur 22 du dispositif électronique 21. La sortie de l'amplificateur 22 est reliée au primaire d'un transformateur 23 de séparation galvanique des signaux de mesure, dont le secondaire est relié à une entrée de mesure 24 du dispositif de mesure 20. Le dispositif électronique 21 comprend encore un convertisseur continu-continu 25, à découpage haute fréquence, incluant un transformateur de séparation galvanique 26 alimenté à partir de la source d'énergie continue 27 du dispositif de mesure 20. Ce dispositif électronique 21 assure l'adaptation d'impédance, et il permet en outre d'amplifier les signaux issus du diviseur capacitif 19 et dirigés vers le dispositif de mesure 20. La figure 6 illustre un premier exemple d'application de l'ensemble de mesure de tension précédemment décrit, dans un réseau de distribution triphasé aérien et, plus particulièrement, sur un poteau 28 supportant des conducteurs de ligne aériens 1, ainsi qu'un disjoncteur réenclencheur 29 fixé sur la partie supérieure du poteau 28. Au disjoncteur 29 sont associées trois prises capacitives embrochables, modifiées comme expliqué plus haut pour constituer des diviseurs de tension capacitifs 19. Trois câbles de liaison 6 relient les diviseurs de tension capacitifs 19 à un boîtier de mesure 30, qui est fixé sous le disjoncteur 29 et qui renferme les dispositifs de mesure et les interfaces (repères 20 et 21 de la figure 5).Le boîtier de mesure 30 est ici relié par un câble 31 à un coffret de contrôlecommande 32, lui-même raccordé à une antenne 33 d'un réseau de communication sans fil par voie hertzienne, le coffret 32 et l'antenne 33 étant portés par le poteau 28. La figure 7 illustre un autre exemple d'application de l'invention. Il s'agit ici d'un poste de distribution 34, souterrain ou semi-enterré, renfermant un appareillage électrique 35 auquel aboutissent des conducteurs de ligne 1 d'un réseau de distribution triphasé souterrain. Comme dans l'exemple précédent, trois diviseurs de tension capacitifs 19, résultant de la modification de prises embrochables, telles que celles indiquées en 36, sont reliés par des câbles de liaison 6 respectifs à un boîtier de mesure 30, lui-même raccordé par un câble 31 à un coffret de contrôle-commande 32, le boîtier 30 et le coffret 32 étant dans le cas présent montés à l'intérieur du poste 34, contre une paroi latérale de celui-ci. Il va de soi que l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cet ensemble de mesure de tension pour réseau de distribution électrique qui a été décrite ci-dessus, en référence au dessin schématique annexé illustrant sa structure et deux exemples particuliers d'application. Au contraire, l'invention en embrasse toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention par une modification de structure du diviseur de tension capacitif, du moment que celui-ci utilise toujours une capacité "naturelle", par exemple en réalisant ce diviseur capacitif à partir d'un isolateursupport existant pour ligne électrique aérienne. Bien entendu, le détail des circuits électroniques de l'ensemble de mesure de tension est aussi modifiable. Enfin, cet ensemble de mesure est également utilisable en association avec des appareillages de coupure divers, autres que des disjoncteurs, ou encore indépendamment de tout appareillage de coupure, et en des points quelconques des réseaux de distribution, que ceux-ci soient aériens ou souterrains. REVENDICATIONS 1. Ensemble de mesure de tension pour réseau triphasé de distribution électrique à haute ou moyenne tension, aérien ou souterrain, du genre utilisant -un diviseur de tension capacitif (19), avec pour chaque phase un premier condensateur (2) reliant un conducteur de ligne (1) à un point de mesure (3) et un second condensateur (4) reliant le point de mesure (3) à la terre (5), le point de mesure (3) étant relié par un conducteur de liaison (6,16) à un dispositif de mesure (20), caractérisé en ce que le premier condensateur (2) du diviseur de tension capacitif (19) est constitué par une capacité (8,9), existante par construction, d'un matériel à parties conductrice et isolante présent en un point du conducteur de ligne (1). 2. Ensemble de mesure de tension pour réseau de distribution électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériel de ligne, dont la capacité (8,9) existante par construction constitue le premier condensateur (2) du diviseur de tension capacitif (19), est une prise capacitive embrochable emmanchée sur une extrémité de conducteur de ligne (1). 3. Ensemble de mesure de tension pour réseau de distribution électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériel de ligne, dont la capacité (8,9) existante par construction constitue le premier condensateur (2) du diviseur de tension capacitif (19), est un isolateur-support de ligne électrique aérienne. 4. Ensemble de mesure de tension pour réseau de distribution électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le second condensateur (4) du diviseur de tension capacitif (19) est un condensateur rapporté (4) situé à proximité immédiate du premier condensateur (2), constitué par une capacité (8,9) existante par construction, et est de préférence logé dans le matériel de ligne auquel appartient ladite capacité (8,9). 5. Ensemble de mesure de tension pour réseau de distribution électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le conducteur de liaison (16), partant du point de mesure (3) intermédiaire entre les deux condensateurs (2,4), est associé à un conducteur de terre (17) partant du second condensateur rapporté (4), notamment sous forme de câble coaxial (6) réunissant les deux conducteurs (16,17). 6. Ensemble de mesure de tension pour réseau de distribution électrique selon l'ensemble des revendications 2,4 et 5, caractérisé en ce que le second condensateur (4) du diviseur de tension capacitif (19) est un condensateur rapporté (4) placé sous le capuchon de mise à la terre (10) de la prise capacitive embrochable. 7. Ensemble de mesure de tension pour réseau de distribution électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le condensateur rapporté (4), constituant le second condensateur du diviseur de tension capacitif, est soudé à cheval sur une pastille isolante (14) métallisée sur ses deux faces et disposée au fond du capuchon (10), tandis que le câble coaxial précité (6), traversant un passage axial (15) de ce capuchon (10), comporte un conducteur central (16) dont l'extrémité traverse la pastille (14) et est soudée sur une face métallisée de celle-ci, et un blindage (17) de mise à la terre dont l'extrémité est soudée sur l'autre face métallisée de la pastille (14). 8. Ensemble de mesure de tension pour réseau de distribution électrique selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'extrémité du conducteur central (16) du câble coaxial (6) est aussi appliquée sur la tête d'une vis métallique (12) qui, traversant une rondelle isolante (13) montée en lieu et place d'une rondelle habituellement métallique (11) de la prise capacitive embrochable, sur laquelle est enclenché le capuchon (10), est vissée dans un insert métallique (9) constituant une armature du premier condensateur (2). 9. Ensemble de mesure de tension pour réseau de distribution électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est prévu pour chaque phase, entre le diviseur de tension capacitif (19) et le dispositif de mesure (20) proprement dit, un dispositif électronique actif (21) constituant une interface d'adaptation, incluant des moyens d'amplification (22) des signaux provenant du diviseur capacitif (19) par le conducteur de liaison (6,16), un transformateur (23) de séparation galvanique des signaux amplifiés transmis vers le dispositif de mesure (20) proprement dit, et une alimentation isolée constituée par un convertisseur continu-continu (25) incluant un transformateur de séparation galvanique (26).