Brevet FR2736156A1 — publié le 19970103

La présente invention se rapporte à un dispositif de détection de défauts d'isolement d'un conducteur d'une ligne de transport d'énergie, en particulier d'une ligne de transport d'énergie à haute tension. Les conducteurs d'un réseau de distribution d'énergie sont supportés par des poteaux électriques munis d'isolateurs assurant une isolation électrique entre les conducteurs et chaque poteau. Lorsque des défauts d'isolement apparaissent, par exemple lorsqu'un ou plusieurs isolateurs sont défectueux, des courants de fuites se propageant dans le poteau correspondant. Les exploitants de réseaux de distribution d'énergie ayant le souci constant de diminuer la fréquence et la durée des coupures d'énergie, il est souhaitable qu'ils puissent détecter et localiser très rapidement l'origine des défauts, afin d'isoler et réparer la portion du réseau incriminé et de rétablir la distribution d'énergie en un temps minimum. On connait des dispositifs de détection de défauts d'isolement constitués par un capteur sensible à un champ magnétique à 50 Hz résultant du passage d'un courant dans chaque conducteur et placé entre 5 et 10 m d'une ligne de transport de courant. Ces dispositifs permettent de détecter à distance l'apparition de déséquilibres entre les courants circulant dans les conducteurs et, par comparaison avec un seuil prédéterminé, de détecter les défauts d'isolement. Les exploitants des réseaux de distribution, en particulier en France, tendent actuellement à modifier leur régime de mise à la terre du neutre de manière à limiter les courants de fuite lorsqu'apparaissent des défauts d'isolement, afin de limiter les effets de ces défauts. Les détecteurs de ce type ont l'inconvénient de présenter une sensibilité relativement faible et sont dès lors peu efficaces. On connaît d'autres types de dispositifs de détection de défauts d'isolement de conducteurs assurant la mesure d'un courant de fuite se propageant dans une ligne de mise à la terre, tel qu'un parafoudre équipant le poteau sur lequel les conducteurs sont installés. Ces détecteurs assurent une détection efficace mais présentent l'inconvénient de ne pouvoir être utilisé que sur des poteaux équipés d'une prise de terre. La présente invention se propose de pallier ces inconvénients et de fournir un dispositif de détection de défauts d'isolement d'un conducteur d'une ligne de transport d'énergie d'une grande sensibilité et pouvant être utilisé sur tous types de poteaux. Elle a donc pour objet un dispositif de détection de défauts d'isolement d'au moins un conducteur d'une ligne de transport d'énergie électrique monté sur un support, caractérisé en ce qu'il comporte un bobinage monté sur un organe de fixation dudit bobinage autour du support, de manière à assurer la mesure d'un courant de fuite se propageant dans celui-ci, et relié à des moyens de traitement de courant induit dans le bobinage sous l'effet du courant de fuite, comprenant des moyens de comparaison de la valeur dudit courant induit avec une valeur maximale de seuil représentative de la valeur maximale du courant de fuite autorisée à circuler dans le support, de manière à assurer la détection d'un défaut d'isolement dès que la valeur dudit courant induit dépasse ladite valeur de seuil. Avantageusement, ledit bobinage étant soumis en outre à l'influence d'un champ électrique parasite sensiblement constant au voisinage dudit bobinage, le bobinage comporte deux enroulements dans le même sens montés de façon symétrique sur l'organe de fixation de manière à engendrer des signaux parasites en phase induits par le champ parasite et des signaux utiles en opposition de phase induits par le champ électrique utile et reliés à un soustracteur en vue d'annuler les signaux parasites. Selon un mode de réalisation, le dispositif de détection comporte en outre un tore en matériau magnétique, dont les dimensions sont déterminées en fonction de la géométrie du support, et constitué par l'association de deux demi tores complémentaires montés chacun sur l'organe de fixation et autour de chacun desquels est disposé un enroulement correspondant. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'organe de fixation comporte deux plaques complémentaires en matière isolante munies chacune d'une découpe et sur chacune desquelles est fixé un enroulement correspondant et des moyens de maintien des plaques de façon juxtaposée de sorte que la découpe d'une plaque délimite avec la découpe de l'autre plaque qui lui est associée un orifice pour le passage du support. Selon encore une autre caractéristique de l'in 'vention, chacune des plaques comporte un ensemble de pattes adaptées pour coopérer avec un cerclage monté sur le support à un emplacement de mesure du courant de fuite. Selon encore un autre mode de réalisation, le dispositif de détection comporte en outre un indicateur de défaut d'isolement et un circuit de pilotage relié aux moyens de traitement du courant induit et adapté pour délivrer un signal de commande audit indicateur pour le faire passer d'un premier état à un deuxième état indiquant respectivement la présence et l'absence d'un défaut d'isolement. Dans ce dernier cas, l'indicateur de défaut d'isolement est de préférence un afficheur électromagnétique à palette mobile. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le circuit de pilotage comporte un circuit à monostable délivrant ledit signal de commande pour l'indicateur de défaut pendant une période de temps prédéterminée, dès que la valeur du courant induit dépasse ladite valeur de seuil. Avantageusement, le dispositif de détection comporte en outre un second circuit à monostable adapté pour autoriser le fonctionnement du circuit de pilotage dès que la valeur de courant induit dépasse ladite valeur maximale de seuil pendant une période de temps prédéterminée et un circuit de comptage du nombre de défauts détectés. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un poteau supportant une ligne de transport d'énergie et équipé d'un détecteur selon l'invention - la figure 2 est une vue de dessus du dispositif de détection selon l'invention ; - la figure 3 est un schéma synoptique du detecteur de la figure 2 ; et - la figure 4 représente le circuit électronique du détecteur des figures 2 et 3. Sur la figure 1, on a représenté un poteau électrique, désigné par la référence numérique 10, supportant trois conducteurs, tels que 12, d'une ligne de transport d'énergie électrique triphasée à haute tension par l'intermédiaire d'isolateurs électriques, tels que 14. Le poteau électrique 10 est par exemple un poteau en béton et est équipé d'un dispositif de détection de défauts d'isolement des conducteurs, désigné par la référence numérique 16, et placé entre 1,5 m et 2,5 m du sol et entre 8 m et 10 m du conducteur le plus bas de la ligne de transport d'énergie. On voit également sur la figure 2, sur laquelle le poteau a été représenté en pointillés, que le dispositif de détection 16 comporte un bobinage 18 fixé au moyen de brides 20 sur un organe de fixation 22 du dispositif sur le poteau 10. Le bobinage 18 est constitué par l'association de deux enroulements, 24 et 26, par exemple d'environ 260 spires chacun et bobinés dans le même sens sur un tore constitué par l'association de deux demi tores, 28 et 30, recevant chacun un enroulement. L'organe de fixation 22 comprend deux plaques complémentaires, 32 et 34, en matière isolante, munies chacune d'une découpe de forme sensiblement carrée et de moyens de maintien de ces plaques en position juxtaposée. Ces moyens de maintien sont par exemple consti 'tués par un manchon fileté 36 solidaire d'une des plaques et coopérant avec une vis 38 montée sur l'autre plaque. En outre, l'organe de fixation 22 est muni d'un ensemble de pattes recourbées, telles que 40, destinées à coopérer avec un cerclage métallique 41 (figure 1), solidaire du poteau en vue de la fixation du détecteur sur celui-ci. On conçoit alors que le montage du dispositif sur le poteau s'effectue en positionnant chacune des deux plaques 32 et 34 de façon symétrique autour du poteau 10, en les assemblant à l'aide des moyens de maintien 36 et 38 et en fixant l'ensemble au poteau à l'aide des pattes 40. Il est à noter que chacune des découpes des plaques 32 et 34 est dimensionnée en fonction de la géométrie du poteau 10 de telle sorte que, en position juxtaposée, ces découpes délimitent un passage pour le poteau, et que l'espace entre le bobinage 18 et le poteau lui-même, est relativement faible. Le dispositif de détection ainsi agencé autour du poteau forme un transformateur dont le primaire est constitué par le poteau lui-même dans lequel circulent des courants de fuite lorsque se produisent des défauts d'isolement d'un ou plusieurs conducteurs, et dont le secondaire est constitué par le bobinage 18. Du fait de la constitution du bobinage, et en particulier du sens identique d'enroulement de ses deux parties 24 et 26 constitutives, le courant de fuite engendre dans les enroulements 24 et 26 des signaux utiles en opposition de phase. Par ailleurs, le dispositif est soumis à l'action d'un champ électrique parasite engendré par exemple par les conducteurs de la ligne ou par des lignes voisines. Ce champ parasite a la même direction et le même sens dans l'espace situé au voisinage du détecteur 16. Il engendre dès lors dans le bobinage 18 des signaux parasites en phase. On voit sur la figure 3, sur laquelle le dispositif de détection a été représenté schématiquement, que le bobinage 18 est relié à un circuit de traitement du courant induit dans le bobinage 18, installé dans un boîtier 42 étanche (figure 1). Ce circuit comporte un premier étage de filtrage des signaux parasites engendrés directement dans le bobinage 18 par le champ électrique parasite, désigné par la référence 43, relié à un étage de détection proprement dit 44, lui-même connecté à un indicateur de défauts d'isolement 46 et à un dispositif de comptage 48 par l'intermédiaire d'un étage de pilotage 50 et sous la commande d'un circuit retardateur 52. Le circuit électronique complet du dispositif de détection selon l'invention va maintenant être décrit en référence à la figure 4. Les enroulements 24 et 26 ont une borne commune reliée à la masse et sont montées chacun en parallèle sur une résistance de charge, respectivement R1 et R2 et sur deux diodes de protection, respectivement D1 et D2, et D3 et D4, écrêtant le signal délivré par les enroulements s'il est trop fort. Les enroulements 24 et 26 sont en outre reliés chacun à un filtre passe-haut, constitué par l'associa- tion d'une résistance, R3 et R4 en série sur un condensateur, C1 et C2. Chaque filtre passe-haut est connecté à une borne d'entrée d'un comparateur constitué par un amplificateur opérationnel Al associé à deux résistances R5 et R6 et destiné à assurer une soustraction entre les signaux délivrés par les enroulements 24 et 26 de manière à annuler les signaux parasites. Il est connu que les courants de fuite suscepti 'bles de se propager dans un poteau électrique ne sont pas constitués uniquement par des courants ayant des fréquences de l'ordre de 50 Hz. Il est admis que la détection de courants de court-circuit dont la fréquence et comprise entre 50 Hz et 1000 Hz, et dont l'amplitude est comprise entre 0,5 A et 21 A efficace permet d'assurer une détection efficace. Chacun des enroulements 24 et 26 comportant environ 260 spires, les valeurs des résistances R1 et R2 sont fixées à environ 2,6 ohms de manière à avoir un rapport simple entre le primaire et le secondaire. On souhaite fixer le gain de l'amplificateur Al à 50 pour pouvoir détecter le signal le plus faible, déterminé à 0,5 A. Pour obtenir un tel gain, les résistances R3 et R4 sont fixées à 1 kohm. Ainsi, si l'on désigne par IP le courant de fuite circulant dans le primaire et par El et E2 les tensions aux bornes des enroulements 24 et 26, la tension VS de sortie de l'étage de filtrage 42 est désignée par la relation I vs = 50 x I E1 - E21 = I Ip( Enfin, les valeurs des condensateurs C1 et C2 sont égales à 47 microfarads chacune pour obtenir une fréquence de coupure basse pour l'étage de filtrage égale à 20 Hz. La sortie de l'étage de filtrage 43 alimente l'étage de détection 44 constitué par l'association de deux amplificateurs opérationnels A2 et A3 montés en comparateur. De manière à pouvoir détecter un courant dans le primaire supérieur ou égal à 0,5 A efficace, c'est-à-dire 0,7 A crête à crête, l'entrée non inverseuse de l'amplificateur A2 est alimentée à 2,5 V et l'entrée inverseuse de l'amplificateur A3 est reliée à une borne d'alimentation à 1,1 V. Ainsi, dès que le signal délivré par l'amplificateur Al est supérieur à 2,5 V ou inférieur à 1,1 V, l'étage de détection 44 délivre à l'étage de pilotage 50 un signal indiquant que le courant de fuite circulant dans le poteau a dépassé la valeur maximale admissible. On voit sur cette figure 4 que l'étage de pilotage 50 est constitué par un circuit à monostable. Ce circuit à monostable est constitué par un premier transistor PNP Tl dont la base est reliée par l'intermédiaire d'une résistance R7 de couplage et d'un ensemble de diode de liaison, tel que D5, à la sortie des amplificateurs A2 et A3 et, par l'intermédiaire d'une résistance R8 et d'un condensateur C3 montés en série au collecteur d'un deuxième transistor NPN T2. En outre, la base du transistor T1, et le collecteur du transistor T2 sont reliés à une borne de sortie d'une source d'alimentation positive fixée par exemple à 3,6 V par l'intermédiaire d'une résistance, respectivement R9 et RlO. Par ailleurs, l'émetteur du transistor T1 est relié à la source d'alimentation positive et son collecteur est relié par l'intermédiaire d'une résistance Rîl à la base du transistor T2 qui est relié à la masse par une résistance R12, son émetteur étant branché à la masse. Les différents composants de cet étage sont adaptés pour qu'une marche de courant de 2 millisecondes soit créée dès que l'étage de détection 44 a détecté un courant de fuite dans le poteau supérieur à la valeur admissible. La durée de la marche de courant est en particulier fixée par la valeur de la résistance R8 et du condensateur C3, qui sont fixées respectivement à 10 kohms et 0,2 microfarad. On voit enfin sur la figure 4 que le collecteur du transistor T1 est relié à l'indicateur de défauts d'isolement 46, constitué par un afficheur électromagnétique à palette mobile 54, de type connu, et piloté par un circuit de commande 56. Le circuit de commande 56 est constitué par l'association de deux transistor NPN T3 et T4 agencés de telle sorte que d'une part la base du transistor T3 soit reliée au collecteur du transistor T1 par l'intermédiaire d'une résistance de liaison R13 et que d'autre part l'émetteur de ce transistor T3 soit relié à la base du transistor T4. Le collecteur du transistor T3 est relié à l'alimentation positive par une résistance R14 et son émetteur est relié à la masse par une résistance R15. Par ailleurs, l'émetteur du transistor T4 est relié à la masse et son collecteur est relié à une borne d'entrée de l'afficheur électromagnétique 54. L'autre borne d'entrée de l'afficheur électromagnétique est reliée à une borne d'une seconde source d'alimentation en tension positive, par exemple de 7,2 V, par l'intermédiaire d'une résistance R16. En outre, une source autonome d'alimentation en tension continue 58, délivrant une tension continue de l'ordre de 7,5 V associée à un interrupteur 60 est branchée en parallèle sur l'afficheur électromagnétique 54 de telle sorte que la borne de sortie positive de cette source d'alimentation 58 soit reliée au collecteur du transistor T4. Enfin, un condensateur C4 relie la borne commune entre l'afficheur électromagnétique 54 et la résistance R16 à la masse. Le fonctionnement de cet étage est le suivant. Dès que le circuit à monostable 50 délivre une marche de courant, le transistor T3 se met à conduire, puis T4, ce qui provoque la décharge du condensateur C4 aux bornes de l'afficheur électromagnétique 54 qui passe d'un premier état indiquant l'absence d'un défaut dtiso- lement à un deuxième état indiquant la présence d'un défaut. A partir du moment où il n'y a plus de signal de défaut, le condensateur C4 se recharge à travers la résistance R16. Il est à noter que dès que ce condensateur C4 est à nouveau rechargé, le circuit ne consomme plus d'énergie, bien que l'indication de défaut d'isolement soit conservée. Dès que la portion du réseau d'alimentation incriminée a été réparée, un opérateur peut remettre l'afficheur électromagnétique 54 dans son état initial en actionnant l'interrupteur 60, ce qui envoie une impulsion de courant opposée à la précédente. En variante, on peut prévoir un indicateur de défaut dépourvu de source d'alimentation auxiliaire. Dans ce cas, l'opérateur a la possibilité de repositionner, grâce à une alimentation autonome dans un boîtier de réinitialisation, la palette de l'afficheur électromagnétique 54. Enfin, le circuit électronique du détecteur qui vient d'être décrit est complété par le circuit retardateur 52 et par le dispositif de comptage 48, non représentés sur cette figure 4, constitués respectivement par un circuit à monostable et par un compteur décompteur, chacun de type connu et disponibles dans le commerce sous forme de composants intégrés. Ces circuits sont par exemple reliés à la sortie de l'étage de pilotage 50 de l'afficheur électromagnétique à la palette 54. Le circuit retardateur 52 délivre un signal de commande au circuit de commande 56 pour autoriser le changement d'état de l'afficheur 54 dès que la valeur du courant de fuite circulant dans le poteau dépasse la valeur maximale admisible pendant une période de temps 'prédéterminée, par exemple de 15 secondes. Enfin, le nombre de défauts apparaissant dans les conducteurs supportés par un poteau est comptabilisé par le dispositif de comptage 48. Le dispositif de détection qui vient d'être décrit permet d'assurer la détection de défauts d'isolement d'un conducteur d'une ligne de transport d'énergie électrique à haute tension avec une très grande sensibilité. Il résiste aux forts courants de fuites, aux perturbations électromagnétiques et électriques engendrées par les sources environnantes et présente une grande durée de vie, du fait de sa faible consommation. Il peut en outre être adaptés sur tous les types de poteaux utilisés actuellement dans les réseaux de distribution d'énergie et fournit en outre une indication sur la localisation d'un défaut. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection de défauts d'isolement d'au moins un conducteur (12) d'une ligne de transport d'énergie électrique monté sur un support (10), caractérisé en ce qu'il comporte un bobinage (18) monté sur un organe de fixation (22) dudit bobinage (18) autour du support (10), de manière à assurer la mesure d'un courant de fuite se propageant dans celui-ci, et relié à des moyens de traitement (43,44) du courant induit dans le bobinage sous l'effet du courant de fuite, comprenant des moyens de comparaison (44) de la valeur dudit courant induit avec une valeur maximale de seuil représentative de la valeur maximale du courant de fuite autorisée à circuler dans le support (10) de manière à assurer la détection d'un défaut d'isolement dès que la valeur dudit courant induit dépasse ladite valeur de seuil. 2. Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit bobinage (18) étant en outre soumis à l'influence d'un champ électrique parasite sensiblement constant au voisinage dudit bobinage (18), le bobinage comporte deux enroulements (24,26) dans le même sens montés de façon symétrique sur l'organe de fixation (22) de manière à engendrer des signaux parasites en phase induits par le champ parasite et des signaux utiles en opposition de phase induits par le champ électrique utile et reliés à un soustracteur (A1) en vue d'annuler les signaux parasites. 3. Dispositif de détection selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un tore en matériau magnétique dont les dimensions sont déterminées en fonction de la géométrie du support (10), et constitué par l'association de deux demi tores (28,30) montés chacun sur l'organe de fixation (22) et autour de chacun desquels est disposé un enroulement correspondant (24, 26). 4. Dispositif de détection selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'organe de fixation (22) comporte deux plaques complémentaires (32,34) en matière isolante munies chacune d'une découpe et sur chacune desquelles est fixé un enroulement correspondant (24,26) et des moyens de maintien (36,38) des plaques de façon juxtaposée de sorte que la découpe d'une plaque (32,34) délimite avec la découpe de l'autre plaque (34,32) qui lui est associée un orifice pour le passage du support (10). 5. Dispositif de détection selon la revendication 4, caractérisé en ce que chacune des plaques comporte un ensemble de pattes (40) adaptées pour coopérer avec un cerclage (41) monté sur le support (10) à un emplacement de mesure du courant de fuite. 6. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un indicateur de défaut d'isolement (46) et un circuit de pilotage (50) relié aux moyens de traitement de courant (43,44) du courant induit et adapté pour délivrer un signal de commande audit indicateur (46) 'pour le faire passer d'un premier état à un deuxième état indiquant respectivement la présence et l'absence d'un défaut d' isolement. 7. Dispositif de détection selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'indicateur de défaut d'isolement (46) comporte un afficheur électromagnétique à palette mobile (54). 8. Dispositif de détection selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le circuit de pilotage comporte un circuit à monostable (50) délivrant ledit signal de commande pour l'indicateur de défaut d'isolement (46) pendant une période de temps prédéterminée dès que la valeur du courant induit dépasse ladite valeur de seuil. 9. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un second circuit à monostable (52) relié au circuit de pilotage (50) et adapté pour autoriser le fonctionnement de celui-ci dès que la valeur du courant induit dépasse ladite valeur maximale de seuil pendant une période de temps prédéterminée. 10. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit de comptage (48) du nombre de défauts détectés relié au circuit de pilotage (50).