Brevet FR2772130A1 — publié le 19990611

DÉTECTEUR AMPERMÉTRIQUE DE DÉFAUT DANS UN RÉSEAU AÉRIEN HTA La présente invention concerne un dispositif de détection de défaut pour un réseau aérien de distribution d'énergie électrique reposant sur la surveillance d'éventuelles surintensités et comportant au moins un capteur sensible au champ magnétique engendré par ces surintensités, ledit capteur générant un courant proportionnel au champ magnétique détecté et étant monté en amont d'un circuit électronique destiné à délivrer une tension représentant une image du courant circulant dans la ligne HTA. Les dispositifs de détection de défauts connus dans l'art antérieur utilisent un principe de détection ''ampéremètrique'' pour détecter des défauts polyphasés, ou un principe de détection directionnelle, nécessitant la mesure du courant et de la tension homopolaire, pour détecter des défauts à la terre. Ces dispositifs utilisent soit des détecteurs souterrains installés en cabine dans des postes de transformation HTA/BT par exemple, soit des détecteurs aériens, dits de "proximite" installés installés en pied de poteau support de ligne HTA. Dans le premier cas, la mesure du courant est faite généralement par des tores placés sur chacune des phases, tandis que la mesure de la tension est faite généralement par des diviseurs capacitifs, tandis que dans le deuxième cas la mesure du courant est faite par un capteur de champ magnétique et la mesure de la tension est faite par un capteur de champ électrique. Les capteurs de champ magnétique utilisés dans l'art antérieur sont constitués par au moins une bobine noyée dans le champ magnétique de la ligne HTA, associée à un circuit électronique d'adaptation et de conversion courant-tension, l'ensemble restituant une image de la composante horizontale ou verticale du courant de la ligne HTA sur laquelle se superpose une composante induite par la dissymétrie physique de la ligne. Afin d'obtenir une image réelle du courant de ligne dans la bande de fréquence désirée, qui se situe entre 25 HZ et 1000 Hz, les dispositifs connus nécessitent l'utilisation d'un étage intégrateur en amont du circuit de détection. Cet étage intégrateur a pour effet de dégrader le rapport signal sur bruit S/B du signal détecté. La figure 1 représente un schéma électrique équivalent d'un capteur 2 de champ magnétique équipant un dispositif connu de détection de défaut. Ce capteur est modélisé par un générateur de courant de FEM E délivrant un courant i dans un circuit électronique de mesure à travers une résistance Re montée série avec une inductance LB. Le circuit électronique de mesure est représenté par une résistance d'entrée RM. Le courant i représente une image du courant de ligne I et est relié à ce dernier par les équations suivantes: M. p. I = (RB +LB.P+RM).t Vs = RM.i où M représente un coefficient de transformation qui dépend de la position du capteur par rapport à la ligne HTA et p = j #, o (o représentant la pulsation. du courant I. La fonction de transfert du capteur 2 est donnée par le rapport LB 1 # = # où fc représente la fréquence de RM + RB 2#.fc coupure du capteur 2. LB Si RM+RB l, la fonction de transfert du capteur 2 est donnée par le rapport: i M I LB Ce rapport est indépendant de p. Par conséquent, le courant i, et partant la tension Vs = RN i ,mesurée aux bornes de la résistance d'entrée RN du circuit de mesure, représentent une image du courant de ligne I. LB Si RM+RB l, la fonction de transfert du capteur 2 est donnée par le rapport i M I R M +RB Ce rapport dépend de p. Par conséquent le courant i, et partant, la tension Vs mesurée aux bornes de la résistance d'entrée RM du circuit de mesure, représentent une image de la dérivée du courant de ligne I . Comme on peut le voir sur la figure 2, illustrant la fonction de transfert 6 du capteur 2, pour des fréquences inférieures à la fréquence de coupure fc dudit capteur 2, ce dernier se comporte comme un filtre dérivateur du type passe-haut. Par conséquent, pour retrouver, dans la bande de fréquence utile désirée, un courant i représentant une image du courant de ligne I et non pas une image de la dérivée de ce courant I il est nécessaire d'utiliser un intégrateur en cascade avec le capteur 2. Cependant, comme cela apparaît sur la figure 3, illustrant la superposition de la réponse en fréquence 8 d'un intégrateur et de la réponse en fréquence 6 du capteur 2, l'utilisation d'un intégrateur provoque une atténuation A du niveau du signal mesuré dans la bande de fréquence utile B. Ceci a pour conséquence une dégradation du rapport signal sur bruit S/B dans cette bande de fréquence. Le but de l'invention est de pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus au moyen d'un dispositif de conception simple, peu coûteux permettant d'obtenir directement une image réelle du courant de la ligne HTA. Selon l'invention, le circuit électronique de mesure présente pour le capteur de champ magnétique une résistance de charge nulle de telle sorte que la tension électrique délivrée par ce circuit électronique dans la bande de fréquence utile désirée soit directement proportionnelle au courant de la ligne HTA du réseau. Ainsi, l'étage intégrateur peut être supprimé évitant la dégradation du rapport signal sur bruit S/B dans la bande de fréquence utile. En outre, la tension électrique détectée est directement proportionnelle au courant de la ligne HTA tout en maintenant une fréquence de coupure basse de la bande de fréquence utile dans la mesure où la résistance de charge, vue du circuit électronique de mesure, est nulle. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, le capteur de champ magnétique comporte.au moins deux enroulements conducteurs présentant chacun une résistance Rg et une inductance Lg de valeurs respectives telles que le rapport RB/LB soit inférieur à la plus basse fréquence de la bande de fréquence utile. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, prise à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures annexées dans lesquelles - La figure l représente un schéma électrique équivalent d'un capteur de champ magnétique équipant un dispositif de détection de défauts de l'art antérieur. - La figure 2 représente une courbe de réponse en fréquence du capteur de la figure 1. - La figure 3 représente une courbe de réponse en fréquence du capteur de la figure 1 superposée à une courbe de réponse en fréquence d'un étage intégrateur; - la figure 4 représente un schéma électrique d'un capteur de champ magnétique équipant un dispositif de détection de défauts selon l'invention. - la figure 5 représente schématiquement un capteur de champ magnétique selon l'invention. La figure 4 représente un schéma électrique d'un capteur 2 de champ magnétique engendré par d'éventuelles surintensités dans la ligne HTA 3 d'un réseau de distribution d'énergie électrique. Ce capteur 2 génère un courant i proportionnel au champ magnétique détecté et est monté en amont d'un circuit électronique 4 destiné à délivrer une tension Vs représentant une image du courant i. Ledit circuit électronique 4 comporte un amplificateur opérationnel 10 monté en cascade avec le capteur 2 de champ magnétique et présente aux bornes de sortie de ce dernier une résistance de charge virtuellement nulle. La tension électrique Vs mesurée à la sortie 12 dudit amplificateur opérationnel 10 est proportionnelle au courant i. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le capteur 2 de champ magnétique comporte au moins deux enroulements conducteurs présentant chacun une résistance Rg et une inductance LB telles que le rapport RB/LB soit inférieur à la plus basse fréquence de la bande de fréquence utile désirée. Ces enroulements sont constitués par des bobines à air (20, 22) ou des bobines comportant un noyau de ferrite disposées selon deux axes perpendiculaires dans le champ magnétique crée par les lignes HTA 3 comme cela est illustré schématiquement par la figure 5. La disposition des bobines 20 et 22 permet, d'une part, de mesurer le module et l'argument du vecteur de champ magnétique détecté et, d'autre part, de déterminer le type de défauts affectant la ligne HTA 3. En effet, le champ magnétique est principalement orienté selon deux axes perpendiculaires en fonction de la hauteur des conducteurs sur la ligne HTA 3, de l'armement utilisé (nappe voûte, drapeau, quinconce...). Le tableau suivant résume les différentes orientations possibles du champ magnétique B en fonction du type d'armement et du type de défaut affectant la ligne HTA 3. Défaut Défaut Défaut monophasé/terre Biphasé polyphase Armement Horizontal Vertical Vertical nappe voûte Armement Horizontal Vertical Vertical drapeau Armement Horizontal Vertical ou Champ quinconce selon les tournant phases concernées Il est donc possible de déterminer le type de défaut affectant la ligne HTA 3 en disposant la première bobine 20 horizontalement et la deuxième bobine 22 verticalement dans le champ magnétique de ladite ligne. REVENDICATIONS l. Dispositif de détection de défaut pour un réseau aérien de distribution d'énergie électrique reposant sur la surveillance d'éventuelles surintensités dans la ligne HTA (3) dudit réseau et comportant au moins un capteur (2) sensible au champ magnétique engendré par lesdites surintensités, ledit capteur (2) générant un courant proportionnel au champ magnétique détecté et étant monté en amont d'un circuit électronique (4) de mesure destiné à délivrer une tension représentant une image du courant circulant dans la ligne HTA (3), caractérisé en ce que ledit circuit électronique (4) de mesure présente pour le capteur (2) de champ magnétique une résistance de charge nulle de telle sorte que la tension électrique délivrée par ce circuit électronique (4) dans la bande de fréquence utile désirée soit directement proportionnelle au courant généré par le capteur (2) de champ magnétique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit électronique (4) comporte un amplificateur opérationnel (10) monté en cascade avec le capteur (2) de champ magnétique. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le capteur (2) de champ magnétique comporte au moins deux enroulements conducteurs (20, 22) présentant chacun une résistance RB et une inductance LB de valeurs respectives telles que le rapport RB/LB soit inférieur à la plus basse fréquence de la bande de fréquence utile désirée. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun des deux enroulements est constitué par une bobine à air. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux bobines à air (20, 22) sont disposées dans le champ magnétique crée par les lignes HTA (3) selon deux axes perpendiculaires de manière à mesurer le module et l'argument du vecteur de champ magnétique détecté et à déterminer le type de défaut affectant les lignes HTA (3). 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que chacun des deux enroulements est constitué par une bobine comportant un noyau de ferrite.