Brevet FR2718898A1 — publié le 19951020

PROCEDE ET DISPOSITIF DE SURVEILLANCE D'UN EQUIPEMENT DE PROTECTION CONTRE LA FOUDRE La présente invention est relative aux procédés et dispositifs de surveillance des équipements de protection contre la foudre, notamment paratonnerres, et éclateurs ou para foudres. Les paratonnerres comportent une pointe ou une tige métallique dressée verticalement sur le faîte d'un édifice à protéger et reliée au sol par une ligne de mise à la terre. Du fait qu'elle est au potentiel de la terre, la pointe métallique capte la foudre, et la ligne de mise à la terre conduit la foudre jusqu'au sol, où celle-ci se dissipe. L'énergie de la foudre captée par un paratonnerre pouvant être considérable, cette énergie peut éventuellement endommager la ligne de mise à la terre, ou plus couramment dessécher le sol à l'interface entre ce sol et la ligne de mise à la terre. Lorsque cela se produit, il en résulte une résistance plus élevée que la normale entre la pointe du paratonnerre et la terre. Par conséquent, la ligne de mise à la terre qui court sur la hauteur de l'édifice à protéger est alors portée à des potentiels électriques très élevés lorsque la foudre tombe sur le paratonnerre. Ces potentiels peuvent à leur tour se propager dans la structure du bâtiment en risquant d'engendrer des incendies, ou au moins de perturber gravement le fonctionnement des appareils électriques ou électroniques contenus dans l'édifice à protéger. Pour éviter de tels accidents, on contrôle donc de temps à autre la qualité de liaison électrique entre le paratonnerre et la terre. Ce contrôle peut être effectué à intervalles de temps réguliers, mais il risque alors d'être inutile si la foudre n'est pas tombée sur le paratonnerre depuis le contrôle précédent, ou d'être trop tardif si la foudre a endommagé le paratonnerre peu de temps après le dernier contrôle. C'est pourquoi on surveille parfois le paratonnerre en comptant le nombre de fois où la foudre est tombée sur ce paratonnerre depuis le contrôle précédent. Lorsque ce nombre atteint une valeur prédéterminée, on contrôle la qualité de la liaison électrique entre le paratonnerre et la terre. Habituellement, ce comptage est effectué au moyen d'un dispositif comportant un circuit magnétique qui est fermé sur lui-même autour de la ligne de mise à la terre du paratonnerre, et un circuit électrique comportant au moins une spire enroulée autour du circuit magnétique de façon qu'un courant de foudre parcourant la ligne de mise à la terre engendre dans cette spire un courant induit, la spire étant connectée à un relais dont chaque fermeture incrémente d'une unité un compteur mécanique. Toutefois, ce mode de surveillance d'un paratonnerre présente l'inconvénient de ne pas prendre en compte l'importance des coups de foudre reçus par le paratonnerre. En effet, un nombre prédéterminé de coups de foudre de faible énergie ne produira aucun dégât sur la ligne de mise à la terre, et produira relativement peu de dessèchement du sol à l'interface entre ce sol et la ligne de mise à la terre, tandis qu'un seul coup de foudre ayant une énergie exceptionnelle risque à lui seul, soit de détruire ou d'endommager la ligne de mise à la terre, soit de dessécher considérablement le sol à l'interface entre ce sol et la ligne de mise à la terre. Les mêmes inconvénients s'appliquent aux procédés de surveillance des autres équipements de protection contre la foudre, notamment éclateurs ou parafoudres, par simple comptage des coups de foudre. En effet, dans le cas des éclateurs ou parafoudres, un coup de foudre de forte énergie risque d'endommager non seulement la liaison avec la terre, mais aussi et surtout l'éclateur ou parafoudre lui-même. La présente invention a donc notamment pour but de proposer un procédé de surveillance d'un équipement de protection contre la foudre qui évite les inconvénients susmentionnés et permette de déclencher un contrôle de cet équipement dès qu'il est susceptible d'avoir été endommagé ou d'avoir subi une détérioration quelconque de ses caractéristiques électriques. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de surveillance d'un équipement de protection contre la foudre présentant une ligne de mise à la terre, essentiellement caractérisé en ce qu'on mesure un courant électrique, dit courant de foudre, parcourant la ligne de mise à la terre à chaque fois qu'elle dissipe un coup de foudre. De préférence, on enregistre au moins une valeur du courant de foudre et une date de ce courant de foudre à chaque fois que la ligne de mise à la terre dissipe un coup de foudre. L'invention a également pour objet un dispositif de surveillance d'un équipement de mise à la terre comportant une ligne de mise à la terre, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure pour mesurer un courant électrique, dit courant de foudre, parcourant la ligne de mise à la terre à chaque fois qu'elle dissipe un coup de foudre. Dans des modes de réalisation préférés du dispositif selon l'invention, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes - des moyens d'enregistrement sont prévus pour enregistrer au moins une valeur du courant de foudre et une date de ce courant de foudre à chaque fois que la ligne de mise à la terre dissipe un coup de foudre - les moyens d'enregistrement sont prévus pour enregistrer une valeur maximale du courant de foudre, à chaque fois que la ligne de mise à la terre dissipe un coup de foudre - les moyens d'enregistrement sont prévus pour enregistrer une succession de valeurs du courant de foudre en fonction du temps, à chaque fois que la ligne de mise à la terre dissipe un coup de foudre - les moyens de mesure comportent un circuit magnétique qui est fermé sur lui-même et qui est destiné à être disposé autour de la ligne de mise à la terre pour que le courant de foudre parcourant la ligne de mise à la terre génère dans ce circuit magnétique un champ magnétique, ledit circuit magnétique comportant un noyau formé en un matériau magnétique solide qui s'étend le long du circuit magnétique et qui présente au moins une interruption complète, cette interruption étant occupée par un matériau non magnétique, et un circuit électrique comportant un enroulement disposé autour du circuit magnétique pour que le champ magnétique généré dans ce circuit magnétique traverse axialement ledit enroulement en engendrant dans cet enroulement un courant induit représentatif dudit courant de foudre, l'interruption du noyau magnétique permettant d'une part que le courant induit dans l'enroulement soit une fonction sensiblement linéaire du courant de foudre, malgré la très large plage de valeurs possibles du courant de foudre, et d'autre part que ce courant induit ne soit sensiblement pas influencé par le spectre en fréquence du courant de foudre - la ou chaque interruption du noyau magnétique présente une longueur et le noyau magnétique comporte une section moyenne qui sont telles que la longueur de l'interruption, ou une somme des longueurs des différentes interruptions du noyau magnétique, est comprise entre 0,5 et 2 fois une racine carrée de la section du noyau magnétique - l'interruption du noyau magnétique est constituée par un entrefer d'air - l'interruption du noyau magnétique est constituée par un tronçon de matériau solide non magnétique qui est rapporté sur le noyau magnétique - ledit tronçon de matériau non magnétique est amovible - un condensateur est connecté en série avec l'enroulement pour filtrer les composantes de basse fréquence du courant induit dans cet enroulement - les moyens de mesure délivrent un signal représentatif du courant de foudre, lesdits moyens de mesure étant connectés à un microprocesseur pour lui transmettre ledit signal, le microprocesseur étant connecté à une horloge, à une mémoire et à une interface, et ledit microprocesseur étant programmé pour stocker dans la mémoire les mesures du courant de foudre qui lui sont fournies par les moyens de mesure avec la date (par exemple : jour, mois, année, heure, minute, seconde) du courant de foudre correspondant, le microprocesseur étant également programmé pour restituer le contenu de la mémoire à l'interface - l'interface ést connectée à un transmetteur téléphonique par l'intermédiaire de moyens de transmission d'information à distance sans contact électrique - le microprocesseur est programmé pour ne restituer le contenu de la mémoire à l'interface que s'il a préalablement reçu un signal codé déterminé. L'invention a encore pour objet un équipement de protection contre la foudre doté d'un dispositif de surveillance tel que défini ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description détaillée suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints. Sur les dessins - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de surveillance selon l'invention, équipant la ligne de mise à la terre d'un paratonnerre - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1, et - les figures 3 et 4 représentent très schématiquement des éclateurs ou parafoudres équipés de dispositifs de surveillance similaires à celui des figures 1 et 2. Sur la figure 1 est représenté un mur extérieur B d'un bâtiment, sur la hauteur duquel court une ligne de mise à la terre 1 conductrice, reliée d'une part à la pointe d'un paratonnerre (non représentée), et d'autre part à la terre. Généralement, cette ligne de mise à la terre se présente sous la forme d'un ruban de cuivre. Au moins une partie de la ligne 1 de mise à la terre est maintenue écartée du mur B, par des supports (non représentés), de façon qu'un circuit magnétique 2 puisse être disposé de façon à se refermer sur lui-même autour de la ligne 1 de mise à la terre, sans être en contact électrique avec ladite ligne. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, le circuit magnétique 2 comporte un noyau 3 en matériau magnétique, par exemple en fer doux ou de préférence en ferrite, qui s'étend autour de la ligne l de mise à la terre sans toutefois se refermer sur lui-même, le noyau 3 présentant ainsi deux extrémités axiales 3,, 32, qui sont séparées l'une de l'autre par un espace 4 d'entrefer rempli d'air qui complète le circuit magnétique. Ainsi, le circuit magnétique 2 est constitué d'une part par le noyau 3 et d'autre part par l'espace 4 occupé par un matériau non magnétique, ici de 1 'air. Dans l'exemple particulier représenté, le noyau 3 a une forme de cadre sensiblement rectangulaire qui présente une section S également rectangulaire (figure 2) mesurant par exemple deux centimètres sur deux centimètres. Un des côtés du cadre formé par le noyau 3 est adjacent au mur B et fixé à ce mur par des pattes 33 traversées par des vis 34 qui pénètrent dans le mur B. Toutefois, le noyau 3 pourrait avoir toute autre forme s'étendant autour de la ligne 1 de mise à la terre, avec au moins une interruption, et il pourrait être fixé au mur B par tout autre moyen. En variante, l'espace 4 pourrait être occupé par un tronçon 6 de matériau solide non magnétique, par exemple du cuivre ou de l'aluminium. Grâce à cet espace 4, le champ magnétique induit dans le circuit magnétique 2 par un courant de foudre parcourant la ligne de terre 1 est une fonction sensiblement linéaire de ce courant de foudre, et d'autre part la perméabilité globale du circuit magnétique est sensiblement indépendante du spectre en fréquence du courant de foudre, au contraire d'un noyau magnétique qui se refermerait sur lui-même. De préférence, pour que l'efficacité du circuit magnétique 2 soit optimale, l'espace 4 aura une longueur e comprise entre 0,5.jus et 2.fus. De plus, lorsque l'espace 4 est laissé libre, il présente l'avantage de faciliter la mise en place du circuit magnétique 2 sur une ligne de mise à la terre 1 déjà posée, en permettant le passage de ladite ligne de mise à la terre au travers du cadre formé par le circuit magnétique. Dans ce même but, lorsque l'espace 4 est occupé par un tronçon 6 de matériau solide non magnétique, il est avantageux que ce tronçon soit amovible. Eventuellement, le noyau magnétique 3 peut être interrompu en plusieurs endroits. Comme représenté sur la figure 1, il peut par exemple être interrompu non seulement par l'espace 4 susmentionné, mais en outre par un espace 4' supplémentaire occupé par un matériau solide non magnétique 6' qui est fixé au noyau 3 de part et d'autre de l'espace 4'. Dans ce cas, de façon préférable, la somme des longueurs e + e' des espaces 4 et 4' doit encore être comprise entre 0,5.jus et 2.je. Un circuit électrique qui comporte un enroulement 5 présentant au moins une spire et jusqu'à quelques dizaines de spires, est bobiné autour du noyau magnétique 3 ou éventuellement autour de l'espace 4 ou de l'espace 4', notamment lorsque cet espace est occupé par un matériau solide non magnétique 6 ou 6'. De cette façon, un champ magnétique induit dans ce noyau magnétique par le passage d'un courant de foudre dans la ligne de mise à la terre 1, traverse axialement l'enroulement 5 et induit dans cet enroulement un courant représentatif du courant de foudre, qui est sensiblement une fonction linéaire de ce courant de foudre. On obtient ainsi une mesure du courant de foudre qui peut être précise à environ 10 % près. Le circuit comportant l'enroulement 5 est connecté entre deux bornes d'entrée 82, 83 d'un convertisseur analogique-numérique 8, une résistance 81 étant connectée en parallèle entre les deux entrées 82 et 83 pour délivrer entre ces entrées un signal de tension proportionnel au courant qui parcourt l'enroulement 5. Eventuellement, la résistance 8l pourrait être intégrée dans le convertisseur analogiquenumérique 8. Avantageusement, un condensateur 7 est connecté en série avec l'enroulement 5, de façon à filtrer les composantes de plus basse fréquence du courant qui parcourt 1' enrou- lement 5. Le convertisseur analogique-numérique 8 est alimenté par un circuit d'alimentation 9, qui peut être de tout type connu et qui pourrait éventuellement utiliser l'énergie de l'onde électromagnétique générée lors de la formation d'un éclair, comme enseigné par exemple dans le document FR-A2 624 319. Le convertisseur analogique-numérique 8 comporte également une borne de sortie 8, qui est connectée à un microprocesseur 10 pour délivrer à celui-ci un signal représentatif du courant de foudre. Le microprocesseur 10 est également alimenté par le circuit d'alimentation 9, et il est connecté à une horloge 11, à une mémoire 12, et à un circuit d'interface 13, les trois circuits 11, 12, 13 étant eux-mêmes alimentés par l'alimentation 9. Le microprocesseur 10 peut être programmé pour stocker dans la mémoire 12, à chaque fois que la foudre tombe sur le paratonnerre, la valeur maximale du courant de foudre ainsi que la date de ce courant de foudre (par exemple : jour, mois, année, heure, minute, seconde), cette date étant fournie par l'horloge 11. Eventuellement, le microprocesseur 10 peut également être programmé pour stocker dans la mémoire 12, à chaque fois que la foudre tombe sur le paratonnerre, une succession de valeurs du courant de foudre en fonction du temps, c'està-dire la courbe du courant de foudre en fonction du temps, ainsi que la date du coup de foudre considéré. Le circuit d'interface 13 peut éventuellement comporter un clavier 131 et un écran 132 pour interroger la mémoire 12 par l'intermédiaire du microprocesseur 10, de façon à contrôler l'intensité des courants de foudre qui ont parcouru la ligne de mise à la terre 1 à chaque fois que la foudre est tombée sur le paratonnerre, pendant une période donnée. Eventuellement, le circuit d'interface 13 pourrait ne pas comporter de clavier et d'écran, mais simplement un connecteur 133 sur lequel peut se connecter un boîtier portatif 14, lui-même doté d'un clavier et d'un écran, pour contrôler les courants de foudre stockés dans la mémoire 12. Le circuit d'interface 13 peut également comporter le connecteur 133 en plus d'un clavier et d'un écran. I1 serait également possible de raccorder une imprimante au circuit d'interface 13, de façon à faire imprimer les valeurs mesurées des courants de foudre et leurs dates, ou bien les courbes des courants de foudre et leurs dates. Eventuellement, comme représenté sur la figure 1, le circuit d'interface 13 peut aussi être connecté à un transmetteur téléphonique 16, par l'intermédiaire de coupleurs optiques ou éventuellement acoustiques 15 (sans contact électrique entre les circuits 13 et 16), de façon à pouvoir interroger à distance le contenu de la mémoire 12 par l'intermédiaire du microprocesseur 10. De préférence, le microprocesseur est programmé pour ne restituer le contenu de la mémoire 12 à l'interface 13 que s'il a préalablement reçu un signal codé déterminé, de façon à préserver la confidentialité des données contenues dans la mémoire 12. Comme représenté sur les figures 3 et 4, un dispositif similaire à celui des figures 1 et 2 peut être employé pour surveiller un ou plusieurs éclateurs ou parafoudres 20 protégeant des lignes électriques 21 basse tension, moyenne tension ou haute tension, en mesurant le courant de foudre qui parcourt la ligne de mise à la terre 22 de ces éclateurs ou parafoudres au moyen d'un circuit magnétique 2 similaire à celui décrit ci-dessus. Lorsque plusieurs éclateurs ou parafoudres 20 doivent être surveillés, il est possible de prévoir une ligne de mise à la terre 22 et un dispositif de surveillance pour chacun d'eux (figure 3), ou bien de prévoir une ligne 22 de mise à la terre commune à plusieurs éclateurs ou parafoudres, et un dispositif de surveillance également commun équipant cette ligne de mise à la terre (figure 4). REVENDICATIONS 1. Procédé de surveillance d'un équipement de protection contre la foudre présentant une ligne de mise à la terre (1), caractérisé en ce qu'on mesure un courant électrique, dit courant de foudre, parcourant la ligne de mise à la terre à chaque fois qu'elle dissipe un coup de foudre. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on enregistre au moins une valeur du courant de foudre et une date de ce courant de foudre à chaque fois que la ligne de mise à la terre dissipe un coup de foudre. 3. Dispositif de surveillance d'un équipement de protection contre la foudre comportant une ligne de mise à la terre, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure (2, 5, 81, 8) pour mesurer un courant électrique, dit courant de foudre, parcourant la ligne de mise à la terre à chaque fois qu'elle dissipe un coup de foudre. 4. Dispositif selon la revendication 3, comportant en outre des moyens d'enregistrement (10, 11, 12) pour enregistrer au moins une valeur du courant de foudre et une date de ce courant de foudre à chaque fois que la ligne de mise à la terre dissipe un coup de foudre. 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel les moyens d'enregistrement (10, 11, 12) sont prévus pour enregistrer une valeur maximale du courant de foudre, à chaque fois que la ligne de mise à la terre dissipe un coup de foudre. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, dans lequel les moyens d'enregistrement (10, 11, 12) sont prévus pour enregistrer une succession de valeurs du courant de foudre en fonction du temps, à chaque fois que la ligne de mise à la terre dissipe un coup de foudre. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel les moyens de mesure comportent - un circuit magnétique (2) qui est fermé sur luimême et qui est destiné à être disposé autour de la ligne (1) de mise à la terre pour que le courant de foudre parcourant la ligne de mise à la terre génère dans ce circuit magnétique un champ magnétique, ledit circuit magnétique (2) comportant un noyau (3) formé en un matériau magnétique solide qui s'étend le long du circuit magnétique et qui présente au moins une interruption complète (4, 4'), cette interruption étant occupée par un matériau non magnétique, - et un circuit électrique comportant un enroulement (5) disposé autour du circuit magnétique (2) pour que le champ magnétique généré dans ce circuit magnétique traverse axialement ledit enroulement en engendrant dans cet enroulement un courant induit représentatif dudit courant de foudre. 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel la ou chaque interruption du noyau magnétique (3) présente une longueur (e, e') et le noyau magnétique comporte une section moyenne (S) qui sont telles que la longueur (e) de l'interruption, ou une somme (e + e') des longueurs des différentes interruptions du noyau magnétique, est comprise entre 0,5 et 2 fois une racine carrée (JS) de la section du noyau magnétique. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, dans lequel l'interruption (4) du noyau magnétique est constituée par un entrefer d'air. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, dans lequel l'interruption (4, 4') du noyau magnétique est constituée par un tronçon (6, 6') de matériau solide non magnétique qui est rapporté sur le noyau magnétique (3). 11. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel ledit tronçon de matériau non magnétique est amovible. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendica tions 7 à 11, dans lequel un condensateur (7) est connecté en série avec l'enroulement (5) pour filtrer les composantes de basse fréquence du courant induit dans cet enroulement. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 12, dans lequel les moyens de mesure (2, 5, 8l, 8) délivrent un signal représentatif du courant de foudre, lesdits moyens de mesure étant connectés à un microprocesseur (10) pour lui transmettre ledit signal, le microprocesseur étant connecté à une horloge (11), à une mémoire (12) et à une interface (13), et ledit microprocesseur étant programmé pour stocker dans la mémoire (12) les mesures du courant de foudre qui lui sont fournies par les moyens de mesure avec la date du courant de foudre correspondant, le microprocesseur (10) étant également programmé pour restituer le contenu de la mémoire (12) au circuit d'interface (13). 14. Dispositif selon la revendication 13, dans lequel le circuit d'interface (13) est connecté à un transmetteur téléphonique (16) par l'intermédiaire de moyens de transmission d'information à distance sans contact électrique. 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 et 14, dans lequel le microprocesseur (10) est programmé pour ne restituer le contenu de la mémoire (12) à l'interface (13) que s'il a préalablement reçu un signal codé déterminé. 16. Equipement de protection contre la foudre doté d'un dispositif de surveillance selon l'une quelconque des revendications 3 à 15.