Brevet FR2730308A1 — publié le 19960809

PROCEDE ET DISPOSITIF DE MESURE DE LA DENSITE D'UN GAZ D'ISOLEMENT D'UN APPAREIL ELECTRIQUE La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la mesure de la densité d'un gaz d'isolement d'un appareil électrique. Les appareils électriques, tels que les disjoncteurs conventionnels sur colonnes isolantes en porcelaine ou en isolants synthétiques, ainsi que les postes sous enveloppe métalliques à la terre, dits postes blindés, utilisent souvent un gaz d'isolement à bonnes propriétés diélectriques, tel que l'hexafluorure de soufre, de formule chimique SF6. Les diverses caractéristiques de ces apareils, tels que le pouvoir de coupure ou la tenue diélectrique, dépendent de la densité du gaz d'isolement. Selon les normes, la démonstration de leur capacité d'interruption, leur tenue diélectrique, etc..., est effectuée au seuil minimal de densité garantie par le constructeur. Pour surveiller la densité du gaz d'isolement et détecter le seuil minimal de bon fonctionnement, chaque appareil ou compartiment renfermant du gaz est équipé d'un appareil de mesure de la densité du gaz, appelé densimètre. Ces densimètres peuvent mettre en oeuvre des principes physiques différents, par exemple la variation de la fréquence d'oscillation d'un quartz ou la déformation d'une membrane associée à un calcul de compensation en température, ou encore la comparaison de pression avec un volume de référence rempli du même gaz. Cette liste n'est pas limitative. Le bon fonctionnement de ces densimètres suppose qu'ils sont à la même température que le gaz dont ils sont censés mesurer la densité. I1 est connu en effet que la pression P d'un gaz et sa masse spécifique p sont liés par la relation approchée: P=pKT dans laquelle K est une constante et T est la température absolue du gaz. Tout pourcentage d'erreur sur T entraîne un pourcentage d'erreur égal sur p à une pression P donnée. Les densimètres sont installés d'une façon quasi générale, pour les disjoncteurs conventionnels sur colonnes isolantes, au pied des colonnes. A cet endroit, si la pression est évidemment la même que dans les chambres de coupure puisque les pressions s'égalisent toujours dans des volumes en communication, la température y est, par contre, notablement plus basse que dans la chambre de coupure lorsque celle-ci est traversée par le courant nominal. La situation est analogue pour les postes blindés. En effet, de façon quasi générale également, les densimètres sont installés à la surface extérieure des enveloppes métalliques. Ces enveloppes sont, de même que précédemment, notablement plus froides que les organes de coupure ou que les barres qu'lles contiennent. Un gradient de température s'établit en effet entre le centre des appareils et les parois extérieures. De même que précédemment, la même pression règne dans tout le volume, mais les températures étant différentes, le gaz ne présente pas la même densité partout. Elle est plus faible au centre vers les parties chaudes que vers l'extérieur. A titre d'exemple, il est fréquent que dans une chambre de coupure de disjoncteur conventionnel, traversée par le courant de charge, la température du gaz à l'intérieur de cette chambre soit de 300 supérieure à la température ambiante. En prenant un température ambiante à 200C, soit 293K, l'erreur sur la densité mesurée est de 10k environ. Pour une pression de seuil de 5 bars à 200C, l'erreur traduite en pression est de 500 millibars. Quand on sait que les pouvoirs de coupure, en défaut de ligne par exemple, sont sensibles à des réglages de pression d'environ 100 millibars, et que pour tirer au plus juste le dimensionnement de leurs appareils, les constructeurs demandent des densimètres ayant une précision au moins égale en valeur absolue à 50 millibars, on voit qu'une erreur de 500 millibars est aberrante. Un but de la présente invention est de réaliser un densimètre pouvant tenir compte avec autant de précision que possible, de la température réelle existant au sein des appareils isolés au gaz, dans la zone la plus chaude où règne la densité la plus faible. Or il est très difficile et très coûteux de mesurer la température exacte dans la chambre de coupure des disjoncteurs conventionnels, ou auprès des contacts ou des barres des postes blindés en raison de l'obstacle de la tension électrique. L'invention se fonde sur l'observation que l'échauffement, c'est-à-dire l'écart par rapport à la température ambiante, au sein d'un appareil électrique, est une fonction croissante et monotone du courant qui traverse les appareils. Le procédé de l'invention pour déterminer la densité d'un gaz au sein d'un appareil électrique, au moyen d'un densimètre placé dans un endroit à la température ambiante et relié à la pression interne de l'appareil, comprend les opérations suivantes: - on établit préalablement, pour chaque type d'appareil, et pour au moins une valeur donnée de la température ambiante, la courbe d'échauffement AT en fonction de l'intensité I du courant traversé, - on mesure l'intensité actuelle 1a qui traverse l'appareil et on en déduit l'échauffement actuel ATa par rapport à la température ambiante Ta mesurée, - on applique à la valeur da fournie par le densimètre une correction par un facteur multiplicatif égal à: (1 - ATa/Ta). L'invention a également pour objet un dispositif pour la détermination de la densité d'un gaz au sein d'un appareil électrique, au moyen d'un densimètre placé dans un endroit à la température ambiante Ta et relié à la pression interne de l'appareil , caractérisé en ce qu'il comprend des tables des valeurs de l'échauffement du gaz au sein de l'appareil en fonction de l'intensité qui le traverse pour au moins une valeur de la température ambiante, des moyens pour mesurer la valeur de l'intensité du courant dans l'appareil, et des moyens pour déterminer, en fonction de la valeur du courant et en fonction des tables précitées, la valeur de l'échauffement ATa par rapport à la température ambiante, la valeur dc de la densité recherchée étant égale à: da. (1-ATa/Ta). De préférence, les valeurs de l'intensité du courant et de la densité da fournie par le densimètre sont numérisés et adressés à un ordinateur qui contient en mémoire les valeurs de l'échauffement de l'appareil en fonction de la température pour au moins une valeur de la température ambiante et qui est programmé pour fournir le produit da. (l-ATa/Ta) - Lorsque ladite mémoire ne contient les valeurs de l'échauffement de l'appareil en fonction de la température que pour une seule valeur de la température ambiante, le programme comprend un sous-programme fournissant une correction supplémentaire tenant compte de l'écart entre la valeur actuelle de la température ambiante et le valeur de la température ambiante mémorisée. Lorsque ladite mémoire contient les valeurs de l'échauffement de l'appareil en fonction de la température pour plusieurs valeurs de la température ambiante, le programme comprend un sous-programme complémentaire d'interpolation entre les diverses courbes d'échauffement. Un exemple de mise en oeuvre du procédé est décrit en référence au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est un diagramme représentant l'échauffement par rapport à la température ambiante du gaz à l'intérieur de l'appareil, - la figure 2 est un schéma d'une installation de mesure de la densité d'un gaz dans un pôle d'un disjoncteur conventionnel. La Fig. 1 montre, pour plusieurs valeurs de la température ambiante, les échauffements par rapport à cette dernière du gaz au sein d'un pôle de disjoncteur conventionnel, en fonction du rapport I/In du courant traversant le pôle par rapport au courant nominal. On a représenté trois courbes pour des températures ambiantes de 10, 20 et 30 OC. Si les essais effectués ne permettent pas toujours d'obtenir toutes ces courbes, on disposera dans tous les cas d'une courbe par exemple à la température ambiante de 200C. Dans la figure 2, la référence 1 désigne un pôle d'un disjoncteur conventionnel, situé dans un poste en plein air. Un densimètre 2, placé à la température ambiante, par exemple à l'extérieur sur un mur d'un local 4 d'exploitation du poste, est en communication avec la pression interne du pôle par une canalisation 5. Un transformateur de courant 8, disposé au voisinage du pôle et équipant naturellement le poste, fournit la valeur de l'intensité actuelle Ia du courant traversant le pôle. Cette information est acheminée au local 4, par exemple par une liaison optique 9; l'information peut être affichée sur un afficheur 10. L'opérateur dispose d'un calculateur 12 et d'un programme de calcul et de lecture des données précitées relatives aux échauffements du pôle 1 qui ont été enregistrées sur une disquette 13 lors des essais du pôle. L'opérateur, après avoir chargé la disquette dans l'ordinateur, introduit la valeur du courant actuel 1a du pâle, la valeur de la température ambiante actuelle Ta fournie par un thermommètre 14 (disposé extérieurement au local) et la valeur de la densité da mesurée par le densimètre 2. Le calculateur élabore, à partir des données, l'échauffement dans le pôle par rapport à l'ambiante actuelle et fournit la valeur dc corrigée de la densité, égale à: da . Dans le cas où les valeurs des échauffements n'ont été déterminées que pour une seule valeur Tao de la température ambiante, l'opérateur introduira cette valeur pour le calcul de la correction; mais le programme pourra comporter un sous-programme de correction complémentaire.Cette correction du second ordre peut par exemple être un facteur multiplicatif approximatif [1 - (Tao - Ta)/ Tao], où Ta représente la température ambiante mesurée. Si les valeurs des échauffements ont été établies pour plusieurs valeurs de la température ambiante, comme le montre la Fig.l, le programme pourra comporter un sousprogramme complémentaire d'interpolation entre les diverses courbes de la Fig.1. Bien entendu, la fourniture de la densité corrigée peut être complètement automatisée et fournie en permanence. I1 suffit de munir les appareils de mesure du courant, de la densité et de la température ambiante de convertisseurs analogique-digital appropriés et de les connecter directement à l'ordinateur. Celui-ci sera programmé pour fournir une alarme au cas où la valeur corrigée de la pression atteindrait un seuil donné. L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit. En particulier on peut, sans sortir du cadre de l'invention, apporter des modifications de détail et remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDICATIONS 1/ Procédé pour déterminer la densité da d'un gaz au sein d'un appareil électrique, au moyen d'un densimètre placé dans un endroit à la température ambiante et alimenté par la pression interne de l'appareil, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: - on établit préalablement, pour chaque type d'appareil, et pour au moins une valeur de la température ambiante, les courbes d'échauffement AT en fonction de l'intensité I du courant traversant l'appareil - on mesure l'intensité actuelle Ia qui traverse l'appareil et on en déduit l'échauffement actuel ATa par rapport à la température ambiante Ta mesurée, - on applique à la valeur da fournie par le densimètre une correction par un facteur multiplicatif égal à: I - ATa/Ta). 2/ Dispositif pour la détermination de la densité d'un gaz au sein d'un appareil électrique, au moyen d'un densimètre (2) placé dans un endroit (4) à la température ambiante (Ta) et relié à la pression interne de l'appareil , caractérisé en ce qu'il comprend des tables (13) des valeurs de l'échauffement du gaz au sein de l'appareil en fonction de l'intensité qui le traverse pour au moins une valeur de la température ambiante, des moyens (8-10) pour mesurer la valeur de l'intensité du courant dans l'appareil, et des moyens pour déterminer, en fonction de la valeur du courant et en fonction des tables précitées, la valeur de l'échauffement ATa par rapport à la température ambiante, la valeur dc de la densité recherchée étant égale à: da. (1-ATa/Ta). 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les valeurs de l'intensité du courant et de la densité da fournie par le densimètre sont numérisés et adressés à un ordinateur (12) qui contient en mémoire les valeurs de l'échauffement de l'appareil en fonction de la température pour au moins une valeur de la température ambiante et qui est programmé pour fournir le produit da.(1-ATa/Ta). 4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce ladite mémoire ne contient les valeurs de l'échauffement de l'appareil en fonction de la température que pour une seule valeur de la température ambiante, le programme comprenant un sous-programme fournissant une correction supplémentaire tenant compte de l'écart entre la valeur actuelle de la température ambiante et le valeur de la température ambiante mémorisée. 5/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce ladite mémoire contient les valeurs de l'échauffement de l'appareil en fonction de la température pour plusieurs valeurs de la température ambiante, le programme comprenant un sous-programme un sous-programme complémentaire d'interpolation entre les diverses courbes d'échauffement.