Brevet FR2713345A1 — publié le 19950609

DisDositif de mesure d'énergie impulsionnelle La présente invention porte sur un dispositif de mesure d'énergie impulsionnelle, comportant des moyens d'intégration et assurant la mesure de perturbations de5 fortes intensités écoulées sur un câble. Elle s'applique en particulier à la mesure d'énergie des perturbations, d'origine foudre ou électromagnétique, écoulées sur un câble de terre par des équipements de protection, en vue notamment de la surveillance de ces équipements. 10 Les équipements de protection contre les perturbations d'origine foudre ou électromagnétique sont en tant que tels connus et de différents types. Ce sont par exemple des paratonnerres ou des circuits ou dispositifs de protection de lignes d'énergie, d'installations ou d'appareillages. Ils15 sont pourvus d'un câble de retour à la terre du courant dû à chaque perturbation. Ces perturbations sont de fréquence relativement basse, au plus de l'ordre de 1 à 2 MHz. Elles sont de fortes intensités, de valeur maximale variable d'une perturbation à l'autre et pouvant être d'une centaine de20 kilo ampères. Pour une fiabilité de la protection assurée par ces équipements, il est utile de disposer d'une information traduisant les sollicitations de chaque équipement de protection, pour permettre de déterminer l'efficacité de25 l'équipement ou d'estimer son état de fonctionnement à un moment quelconque et sa durée problable de vie et d'assurer la maintenance qui convient. On connait dans ce but des compteurs d'impulsions foudre, qui assurent un comptage des perturbations reçues et incrémentent un afficheur d'une unité à chaque nouvelle perturbation reçue. Un tel comptage ne reflète cependant que de manière très imprécice les sollicitations réelles de l'équipement de protection concerné. La présente invention a pour but de remédier à ce problème, en réalisant une mesure d'énergie des perturbations reçues, en particulier pour connaitre avec précision à tout moment les sollicitations réelles d'un équipement de protection contre ces perturbations. Elle a pour objet un dispositif de mesure d'énergie impulsionnelle, comportant des moyens d'intégration et destiné à assurer la mesure de l'énergie de perturbations de fortes intensités écoulées sur un câble, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, - un convertisseur couranttension, monté sur le câble et délivrant une tension proportionnelle à l'intensité du courant dans ledit câble, - des moyens d'atténuation, reliant ledit convertisseur aux moyens d'intégration, - un ensemble de traitement et de mémorisation, couplé auxdits moyens intégration et - un afficheur de sortie, couplé audit ensemble de traitement et de mémorisation. Ce dispositif présente avantageusement en outre au moins l'une des caractéristiques additionnelles suivantes: - ledit convertisseur est de rapport de conversion courant- tension inférieur à 1 et est en particulier une sonde de courant montée autour dudit câble et présentant un rapport de conversion de l'ordre de 1/10, - ledit ensemble de traitement et de mémorisation est un ensemble logique à microprocesseur et mémoire associée, - le dispositif comporte au moins deux branches de mesure, comportant chacune un atténuateur appartenant auxdits moyens d'atténuation et un intégrateur appartenant auxdits moyens d'intégration, dans lesquelles les atténuateurs ont des atténuations différentes,30 - il comporte en outre un circuit d'écrêtage associé à chaque atténuateur, exception faite éventuellement de celui ayant l'atténuation la plus élevée, limitant le niveau de tension de sortie de l'atténuateur concerné pour une protection des moyens d'intégration et de l'ensemble de35 traitement et de mémorisation, - il comporte en outre des moyens de détection de valeur de crête, reliés en parallèle sur lesdits moyens d'intégration auxdits moyens d'atténuation et couplés audit ensemble de traitement et de mémorisation Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-après d'un exemple de réalisation illustré dans la figure unique du dessin ci-annexé. Cette figure unique représente sous forme de schémabloc un dispositif de mesure d'énergie impulsionnelle, selon l'invention. Dans cette figure, on a représenté en 1 un câble, sur lequel sont écoulées des perturbations transitoires, d'intensité élevée et variable d'une perturbation à une autre, dont on souhaite mesurer l'énergie. Ce câble 1 est en15 particulier le câble de terre d'un équipement de protection, par exemple d'une ligne d'énergie, contre les perturbations d'origine foudre ou électromagnétique, qui est en tant que tel connu et non représenté. Il assure le retour à la terre des perturbations successives, reçues et déclenchant20 l'équipement de protection. L'intensité du courant dans le câble, dû à ces perturbations, est comprise entre 1 kA et kA. Le dispositif de mesure représenté comporte une sonde de courant 2, montée autour du câble 1, qui est sensible au courant circulant dans le câble et délivre une tension sensiblement proportionnelle à l'intensité de ce courant. Cette sonde est avantageusement choisie pour présenter un rapport de conversion courant-tension inférieur à 1. C'est en particulier une sonde dite de PEARSON, de rapport de30 conversion égal à 1/10. Dans ces condtions, la tension de sortie de la sonde est comprise entre 100 V et 10 kV, pour l'intensité du courant dans le câble comprise entre 1 kA et 100 kA. Ce dispositif de mesure comporte en outre deux atténuateurs 3 et 4, d'atténuation différente l'un de l'autre, qui sont tous deux reliés à la sortie de la sonde 2, et deux intégrateurs 5 et 6, qui sont reliés l'un à l'atténuateur 3 à travers un circuit de mise en forme 7 et l'autre à l'atténuateur 4 à travers un autre circuit de mise en forme 8. Avantageusement il comporte aussi deux5 détecteurs de crête 9 et 10, qui sont également reliés à la sortie des circuits de mise en forme 7 et 8, respectivement. Les sorties des deux intégrateurs 5 et 6 et des deux détecteurs de crête 9 et 10 sont reliées à un ensemble logique de traitement et de gestion 12. Cet ensemble logique10 12 est organisé essentiellement autour d'un microprocesseur 13 et d'une mémoire associée 14. Il comporte, en outre, quatre circuits d'entrée 15 à 18 de conversion analogique- numérique, qui sont reliés aux intégrateurs et aux détecteurs de crête, et un circuit d'interface 19 entre ces15 circuits d'entrée et le microprocesseur. Il est relié à un afficheur de sortie 20, à travers un circuit d'interface de sortie non représenté appartenant à l'afficheur ou à l'ensemble logique 12. Les atténuateurs 3 et 4 divisent en deux la gamme des valeurs possibles de la tension de sortie de la sonde 2, pour une plus grande précision de la mesure d'énergie de chaque perturbation écoulée à la terre par le câble 1. Dans cette réalisation, l'atténuateur 3 réalise une atténuation de 40 dB. Il est suivi d'un circuit d'écrêtage 23, qui limite le niveau du signal de sortie de cet atténuateur à une valeur compatible avec les circuits amont le recevant.-Ce circuit d'écrêtage est réalisé par deux diodes Zener 24 et 25, de tension de seuil de coupure à 13,5 V maximum, montées tête-bêche entre la sortie de30 l'atténuateur 3 et la masse. Il permet l'alimentation des intégrateurs, des détecteurs de crête et de l'ensemble logique par une tension de 15 V et une bonne protection de ces circuits. L'atténuateur 4 réalise une atténuation de 60 dB. Il est sans circuit d'écrêtage associé, rendu non nécessaire compte tenu du niveau maximal de son signal de sortie compris entre 0,1 V et 10 V. Ces deux atténuateurs reliés en commun à la sonde 2 définissent à partir de cette sonde deux branches de mesure, en fonction de l'intensité du courant résultant de chaque perturbation incidente écoulée dans le câble 1. Ces deux branches de mesure correspondent aux intensités de 1 à une dizaine de kA sur le câble 1, pour lesquelles la tension de sortie de l'atténuateur 3 après écrêtage est comprise entre10 1 et 13,5 V maximum, et aux intensités de 10 à 100 kA sur le câble 1, pour lesquelles la tension de sortie de l'atténuateur 4 est comprise entre 1 et 10 V. Les mesures réalisées pour les deux intégrateurs se chevauchent l'une l'autre, pour les intensités de courant de 10 kA et légèrement plus sur le câble 1. Ces deux intégrateurs reçoivent simultanément des signaux d'entrée qui présentent entre eux un rapport de 10 mais restent toujours inférieurs à 15 V. L'un ou l'autre de ces deux intégrateurs est en pratique seul retenu pour la mesure de20 l'énergie de chaque perturbation incidente, en fonction l'intensité du courant sur le câble, par comparaison dans l'ensemble logique des couples de signaux reçus de chaque branche de mesure. Les circuits de mise en forme assurent un filtrage et un lissage des signaux délivrés par les atténuateurs. Dans l'ensemble logique 12, le microprocesseur 13 assure la lecture séquentielle des sorties des circuits de conversion analogique-numérique 15 à 18. Il associe par couple les deux signaux numériques de mesure en provenance30 de chaque branche. Il sélectionne le seul couple représentatif de la perturbation incidente, pour mémoriser ce couple sélectionné et la date à laquelle s'est produite la perturbation et pour les afficher. L'afficheur permet de visualiser à la demande l'ensemble des perturbations ainsi mémorisées au fur et à mesure dans le temps ou dans une période souhaitée. L'ensemble logique peut également comptabiliser les perturbations qui se sont produites au fur et & mesure, pour afficher ce nombre. Ce dispositif a été décrit en regard de l'ensemble de réalisation illustré. Il est évident que les valeurs numériques indiquées au cours de la description ci-avant ont été données à titre d'exemple pour une meilleure compréhension. Il est également évident que le dispositif peut comporter une seule branche de mesure ou un nombre de10 branches de mesure supérieur à deux, selon la précision de la mesure d'énergie qui est souhaitée. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de mesure d'énergie impulsionnelle, comportant des moyens d'intégration et destiné à assurer la mesure de l'énergie de perturbations de fortes intensités écoulées sur5 un câble, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, - un convertisseur courant-tension (2), monté sur le câble (1) et délivrant une tension proportionnelle à l'intensité du courant dans ledit câble, - des moyens d'atténuation (3, 4), reliant ledit convertisseur (2) aux moyens d'intégration (5, 6), - un ensemble de traitement et de mémorisation (12), couplé auxdits moyens intégration (5, 6) et - un afficheur de sortie (20), couplé audit ensemble de traitement et de mémorisation (12). 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit convertisseur (2) est de rapport de conversion courant-tension inférieur à 1. 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit convertisseur (2) est une sonde de courant, montée autour dudit câble (1) et présentant un rapport de conversion de l'ordre de 1/10. 4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit ensemble de traitement et de mémorisation (12) est un ensemble logique à microprocesseur25 (13) et mémoire associée (14). / Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux branches de mesure, comportant chacune un atténuateur appartenant auxdits moyens d'atténuation (3, 4) et un intégrateur30 appartenant auxdits moyens d'intégration (5, 6), dans lesquelles les atténuateurs ont des atténuations différentes. 6/ Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit d'écrêtage (23) associé à chaque atténuateur (3, 4), exception faite éventuellement de celui ayant l'atténuation la plus élevée, limitant le niveau de tension de sortie de l'atténuateur concerné pour une protection des moyens d'intégration et de l'ensemble de traitement et de mémorisation. 7/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de détection de valeur de crête (9, 10), reliés en parallèle sur lesdits moyens d'intégration (5, 6) auxdits moyens d'atténuation (3, 4) et couplés audit ensemble de traitement et de mémorisation (12).