Brevet FR2782169A1 — publié le 20000211

L'invention se rapporte à un procédé pour déterminer depuis le sol la tension électrique d'une première ligne aérienne longée de part et d'autre d'une deuxième et d'une troisième lignes servant au transport d'un courant électrique triphasé. Dans un tel procédé, le problème se pose de limiter, voire d'éliminer une certaine influence des lignes adjacentes sur la première ligne aérienne considérée. Plus cette influence est réduite, plus la tension est déterminée avec précision. On connaît des procédés dans lesquels on utilise des capteurs électro-optiques à effet Pockels qui sont montés sur chacune des lignes et qui sont protégés des perturbations électromagnétiques des lignes aériennes adjacentes. Ces dispositifs permettent de déterminer la tension de chaque ligne avec une grande précision de l'ordre de 1%, et sont de préférence utilisés pour le comptage du flux d'énergie transporté par chaque ligne ou pour la protection des appareillages alimentés par les lignes. Une protection dite de deuxième stade ne requiert pas une précision aussi élevée lors de la détermination de la tension de la ligne aérienne. Les capteurs électro-optiques sont suréquipés pour une protection de ce type, et entraîneraient un surcoût d'exploitation important. Le but de l'invention est de déterminer la tension électrique d'une ligne aérienne selon un procédé qui élimine une certaine influence perturbatrice des lignes adjacentes tout en restant simple à mettre en ceuvre. A cet effet, I'invention a pour objet un procédé pour déterminer depuis le sol la tension électrique d'une première ligne aérienne longée de part et d'autre d'une deuxième et d'une troisième lignes servant au transport d'un courant électrique triphasé, dans lequel: - on place une première électrode sous la première ligne aérienne en l'orientant sensiblement perpendiculairement aux lignes du champ électrique rayonné par la première ligne aérienne et sensiblement parallèlement aux lignes du champ électrique rayonné par la deuxième ligne aérienne, - on place une deuxième électrode sous la première ligne aérienne en I'orientant sensiblement perpendiculairement aux lignes du champ électrique rayonné par la première ligne aérienne et sensiblement parallèlement aux lignes du champ électrique rayonné par la troisième ligne aérienne, - on place une troisième électrode sous la première ligne aérienne en l'orientant sensiblement parallèlement aux lignes du champ électrique rayonné par la première ligne aérienne et sensiblement perpendiculairement aux lignes du champ électrique rayonné par la troisième ligne aérienne, - on place une quatrième électrode sous la première ligne aérienne en I'orientant sensiblement parallèlement aux lignes du champ électrique rayonné par la première ligne aérienne et sensiblement perpendiculairement aux lignes du champ électrique rayonné par la deuxième ligne aérienne, - on acquiert un signal émis par chaque électrode à l'aide d'une unité d'acquisition et de traitement, - on corrige le signal émis par la première électrode à l'aide du signal émis par la troisième électrode, - on corrige le signal émis par la deuxième électrode à l'aide du signal émis par la quatrième électrode, - on traite les deux signaux corrigés pour extraire un signal final représentatif de la tension de la première ligne aérienne. En effectuant une correction à l'aide de la troisième et de la quatrième électrodes, on limite, voire on élimine une influence électrique du champ électrique rayonné par les deux lignes adjacentes sur la première et la deuxième électrodes. De cette façon, on détermine la tension de la première ligne aérienne avec une précision suffisante pour une protection de deuxième stade. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un mode de réalisation illustrés par les dessins. La figure 1 montre un dispositif pour déterminer la tension électrique d'une ligne aérienne d'un ensemble de trois lignes aériennes adjacentes destinées au transport d'un courant électrique triphasé. La figure 2 montre en perspective les trois lignes aériennes adjacentes de la figure 1 et deux dispositifs pour déterminer la tension en amont et en aval d'un disjoncteur destiné à couper le courant électrique d'une des trois lignes aériennes. Trois lignes aériennes adjacentes 1A, 1B et 1C de moyenne ou de haute tension sont destinées, figure 1, au transport d'un courant électrique triphasé, chaque ligne transportant une phase du courant. On met en ceuvre le procédé que l'on décrit ci-dessous pour déterminer depuis le sol la tension de l'une des trois lignes aériennes, par exemple la lignes centrale 1 B. Dans une première étape, on acquiert des signaux électriques délivrés respectivement par un premier A et un deuxième B systèmes de mesure vers une unité d'acquisition et traitement M. Chaque système de mesure comprend deux électrodes capacitives, respectivement A1 et A2 pour premier le système de mesure, et B1 et B2 pour le deuxième système de mesure. Les électrodes sont montées sur un châssis isolant C et sont fixées à l'extrémité de pieds de fixation P par exemple en porcelaine. Les signaux électriques délivrés par les deux systèmes de mesure A et B consistent chacun en un courant transporté par un fil de connexion F depuis chaque électrode vers l'unité d'acquisition et de traitement M. Le courant transporté est proportionnel à l'intensité du champ électrique capté par chaque électrode qui agit comme un condensateur, dont une face est reliée électriquement à l'unité d'acquisition et de traitement M, et dont l'autre face est polarisée sous l'influence du champ électrique environnant. De préférence, les électrodes capacitives ont une forme de plateaux rectangulaires qui s'étendent en longueur parallèlement aux lignes électriques aériennes. Les électrodes sont montées orientables en rotation dans un plan perpendiculaire aux lignes aériennes adjacentes, et sont orientées de façon telle à capter, pour les première et deuxième électrodes A1 et A2 du premier système de mesure A, le champ électrique rayonné pour la ligne aérienne I B, et pour les deux électrodes B1 et B2 du deuxième système de mesure B, le champ électrique rayonné respectivement par les lignes adjacentes 1A et 1C. De préférence, on acquiert les signaux en orientant la première A1 et la deuxième A2 électrodes sous la première ligne aérienne 1 B sensiblement perpendiculairement aux lignes LB du champ électrique rayonné par la première ligne aérienne 1 B et sensiblement parallèlement aux lignes LA du champ électrique rayonné par la deuxième ligne aérienne 1A pour la première électrode A1, et aux lignes LC du champ électrique rayonné par la troisième ligne aérienne 1C pour la deuxième électrode A2. De même, on oriente la troisième B2 et la quatrième B1 électrodes sous la première ligne aérienne 1B sensiblement parallèlement aux lignes LB du champ électrique rayonné par la première ligne électrique aérienne 1 B et sensiblement perpendiculairement aux lignes du champ électrique rayonné par la deuxième ligne aérienne 1A pour la quatrième électrode B1, et aux lignes LC du champ électrique rayonné par la troisième ligne aérienne pour la troisième électrode B2. Par cet agencement, les électrodes B1 et B2 du deuxième système de mesure B sont peu influencées par les lignes LB du champ électrique rayonné pour la ligne électrique 1 B compte tenu de l'orientation des plateaux B1 et B2 sensiblement parallèle à ces lignes de champ LB. Dans une deuxième étape du procédé selon l'invention, on extrait un signal représentatif de la tension de la ligne électrique aérienne en retranchant aux signaux délivrés par le premier système de mesure A, les signaux délivrés par le deuxième système de mesure B. Le signal délivré par la quatrième électrode B1 représente l'influence perturbatrice de la ligne aérienne 1A sur les première et deuxième électrodes A1 et A2. De même, le signal délivré par la troisième électrode B2 représente l'influence perturbatrice de la ligne aérienne 1C. Par raison de symétrie par rapport à la ligne aérienne 1 B, l'influence de la ligne 1A perturbe principalement l'électrode A2, et celle de la ligne 1C, principalement l'électrode A1. Figure 1, on acquiert en 10 les signaux SA1, SA2, SB1 et SB2 émis par les électrodes A1, A2, B1 et B2. En 12, on corrige les signaux SA1 et SA2 en leur retranchant respectivement les signaux SB2 et SB1. On obtient les signaux corrigés SC1 et SC2. En 14, on traite les signaux corrigés par exemple par une moyenne arithmétique des signaux SC1 et SC2, pour extraire un signal final SF représentatif de la tension de la ligne aérienne 1B. On note que l'unité d'acquisition et de traitement M est connue en soi, et comprend par exemple, un micro-ordinateur. De cette façon, on limite, voire on élimine l'influence électrique du champ électrique rayonné par les lignes adjacentes 1A et 1C sur les électrodes A1 et A2 captant le champ électrique rayonné par la ligne 1B. D'o il résulte que le signal que l'on extrait représente la tension de la ligne aérienne 1 B avec une précision de l'ordre de 5%. L'invention s'étend à un procédé pour déterminer une telle tension d'une ligne aérienne comprenant un disjoncteur et dans lequel on place un premier jeu de quatre électrodes en amont du disjoncteur et on place un deuxième jeu de quatre électrodes en aval du disjoncteur. Sur la figure 2, on a représenté en perspective les trois lignes aériennes 1A, lB et 1C de la figure 1. La ligne centrale lB comprend un disjoncteur D en forme de T qui est posé au sol par l'intermédiaire d'un châssis G. Un premier dispositif du type de celui décrit à la figure 1 avec quatre électrodes A1, B1, A2, et B2, est placé au sol sous la ligne centrale 1B en aval du disjoncteur D, et un deuxième dispositif avec quatre électrodes A'1, B'1, A'2 et B'2 est placé au sol sous la ligne centrale 1 B en amont du disjoncteur D. Chaque dispositif fonctionne selon le procédé décrit précédemment. L'agencement de la figure 2 permet de déterminer la tension de la ligne centrale 1 B en amont et en aval du disjoncteur D afin de suivre l'évolution de la tension lors de la coupure du disjoncteur. L'invention s'étend également à un procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque ligne aérienne comprend un disjoncteur et dans lequel on place un premier jeu de quatre électrodes en amont et un deuxième jeu de quatre électrodes en aval de chaque phase du disjoncteur. Cet agencement permet de suivre l'évolution de la tension de chaque ligne aérienne lors de la coupure de chaque disjoncteur. On note que la ligne centrale 1 B est longée, figure 2, par plusieurs lignes adjacentes, 1A, 4, 6 d'un côté, et 1C, 5, 7 de l'autre. Les lignes adjacentes 4, 6 et 5, 7 exercent une certaine influence perturbatrice, qui est inférieure à celle des lignes 1A et 1C les plus proches de la lignes centrale 1B, en raison de la décroissance du champ électrique rayonné en fonction de la distance. Les troisième et quatrième électrodes B1 et B2 somment les différentes contributions des lignes adjacentes, de sorte que la correction des signaux émis par les première et deuxième électrodes A1 et B2 intègrent les influences perturbatrices des différentes lignes adjacentes de chaque côté de la ligne centrale. A titre d'illustration du procédé, on décrit ci-dessous plusieurs algorithmes de traitement des signaux délivrés par les électrodes. On notera par exemple AI (0X0), le signal émis par AI lorsque la ligne aérienne lB est sous tension (X=X) et les lignes adjacentes 1A et 1C sont hors tension (Y=0 et Z=0). Dans ce cas précis, la tension recherchée est x = AI (0X0). Lors d'un tarage du procédé, on définit X,Y et Z les tensions des lignes lB, lA et 1C. On veut mesurer x=KX, K étant le rapport de mesure. Mettons-nous dans la configuration X=0, Y=0, Z=Z. La mesure sur A1 donne alors une valeur A1(00Z); sur A2, nous mesurons A2(00Z), sur B1, B1(00Z) et sur B2, B2(00Z). Par la mesure ou le calcul, il est possible de définir la proportion A1(00Z) = a B2(00Z). On note que ce sont A1 et B2 qui émettent le plus fort signal dans cette configuration. B1(00Z) est beaucoup plus faible mais on définit quand même A1 (00Z) = b B1(00OZ), cette mesure étant moins précise. Dans la configuration symétrique Y=Y, X=0, Z=0, on a de même A1(Y00) = c B2(Y00), et A1(Y00) = d B1 (Y00). Par raison de symétrie AI(0X0) = A2(0X0). On a également BI(0X0) = B2(0X0)= o AI(0X0) = cA2(0X0). Le disjoncteur D de la ligne aérienne 1 B étant fermé, et dans le cas o B1 donne un signal sensiblement plus grand en module que B2, on en déduit que le conducteur 3 est hors tension ou sous une tension faible, provenant de l'influence capacitive des lignes voisines par exemple. Pour mesurer la tension X de la ligne 1 B, on obtiendra une plus grande précision en utilisant le signal A1, moins influencé que A2 par la ligne 1A, corrigé à l'aide des informations données par B1 et B2. Ainsi, x = AI (0X0) = AI (YX0) - A1 (Y00) mais A1(Y00) = d B1(Y00) et B1(Y00) = B1(YX0) - B1(0X0) = B1(YX0) - c Al (0X0) soit x = A1 (0X0) = A1 (YX0) - d [BI1(YX0) + c A1 (0X0)] soit encore x = [A1 (YX0) - d BI (YX0)] / (1 - c d). On note que toutes les quantités qui apparaissent dans l'expression finale de x sont des quantités accessibles par la mesure. On rappelle que ce calcul suppose que la tension de la ligne aérienne 1C est nulle ou négligeable, ce qui peut être vérifié par le signal émis par l'électrode B2. Dans le cas o A1 et A2 ont des modules sensiblement égaux, on commence par mesurer A1(XYZ), A2(XYZ), B1(XYZ) et B2(XYZ). Calculons d'abord x = A1(0X0) = A1(YXZ) - A1(Y00) - A1(00Z), o A1(Y00) = d B1(Y00) et B1(Y00) = BI(YXZ) - BI(0X0) - Bi(00Z). Mais on a B1(0X0) = a A1 (0X0). Et B1(00Z) = (1/b) A1(00Z) = (a/b) B2(00Z). On se ramène à une mesure sur B2 sui est plus précise relativement à la ligne aérienne 1C. D'o A1(Y00) = d [B1(YXZ) - AI (0X0) - (a/b) B2(00Z)]. Mais B2(00Z) = B2(YXZ) - B2(Y00) - B2(0X0) avec B2(0X0) = a A2(0X0) = oa AI (0X0). Finalement, on obtient: AI(0X0) [1 - cad -(aad/b) - aa] = A1(YXZ) - d BI(YXZ) + [(ad/b) - a] B2(YXZ) + [(ad/b) + a] B2(Y00). Ce calcul fournit donc la valeur cherchée pour x = AI(0X0) sachant que le terme B2(Y00) est faible étant donné que le plateau B2 est sensiblement parallèle aux lignes LA du champ électrique rayonné par la ligne aérienne 1A. Par ailleurs, si l'on suppose que tous les plateaux sont de même surface, a est alors voisin de 1, approximativement 0,9 et d est très petit, de l'ordre de 0,05 et b est très grand, de l'ordre de 50. Sur ces bases, le facteur [(ad/b) + a] est de l'ordre de 0,9. On peut donc négliger le terme en B2(Y00). On calcule de la même manière les quantités A2(0X0), A'I (0X0) et A'2(0X0). Pour améliorer la précision sur la valeur de x, on prend la moyenne arithmétique des ces quatre quantités, ou on utilise une régression lineaire. Lors d'une détermination de la tension en disjoncteur ouvert, on a alors à prendre en compte deux paramètres, selon que l'on s'intéresse à la tension XT en amont du disjoncteur ou à la tension XL en aval. Et de même pour les tensions YT et YL de la deuxième ligne aérienne 1C ou les tensions ZT et ZL de la troisième ligne aérienne lC. Si on appelle xL, la tension déterminée par le procédé à l'aide des électrodes aval A1, B1, A2, B2, et xT la mesure donnée à l'aide des électrodes amont A'l, B'2, A'2, B'2, on constate que ces mesures ne reflètent que de façon imparfaite les tensions de la ligne aérienne 1 B en amont et aval du disjoncteur D. En effet, les électrodes aval A1, B1, A2, B2 reçoivent une influence parasite des tensions amont. De même, les électrodes amont A'l, B'2, A'2, B'2 reçoivent une influence parasite des tensions aval. Des corrections sont donc nécessaires. La mesure de xL effectuée par A1, B2, A2, B1 doit tenir compte d'une grandeur xLi représentant l'influence de la partie amont de la ligne aérienne lB, ainsi que d'une grandeur xLj représentant l'influence de la partie amont de la deuxième ligne 1A et xLk correspondant à la partie amont de la troisième ligne 1C. Bien entendu, si sur les lignes 1A ou 1C, le disjoncteur D est fermé, on ne prend pas en compte xLj et xLk. xA étant la valeur obtenue par le procédé à l'aide des électrodes A1, A2, B1, B2, la mesure xL de la ligne en aval correspondant à la B en aval du disjoncteur D est donnée par (1) xL = xA - xLi - xLj - xLk. Par la mesure ou le calcul, on détermine les coefficients de proportionnalité entre xLi et xT, xLj et yT, xLk et zT, que l'on appelle respectivement c, f3 et y. On obtient donc (2) xL=xA-acxT-3yT-yzT. Du côté amont, on a de même (3) xT=xB-caxL-PyL-yzL. o xB est obtenu à l'aide du procédé et des électrodes A'1, B'1, A'2, B'2. On note que la disposition des électrodes en aval et en amont est symétrique par rapport au disjoncteur D. Au début de l'algorithme de calcul, xA, xB, yA, yB, zA, zB sont accessibles. On procède ensuite par itérations en prenant en première approximation xT = xB, yT = yB, zT = zB dans l'équation (2) et de même xL = xA, yL = yA, zL = zA dans l'équation (3). Soient xT1, yT1, zT1, xL1, yL1, zL1 les valeurs obtenues. On recommence les calculs de xL et xT à l'aide des équations (2) et (3) à partir de ces nouvelles valeurs et on obtient des valeurs plus précises xT2, yT2, zT2, xL2, yL2, zL2 que l'on reporte à nouveau dans les équations (2) et (3) donnant ainsi pour xT et xL des valeurs xT3 et xL3 encore plus précises. On répète jusqu'à obtenir la précision désirée. Etant donné la position des capteurs capacitifs assez éloignée des lignes électriques, la précision globale des résultats ne pourra pas être supérieure à 5%. Il sera donc inutile de poursuivre l'itération lorsque xTn+1 ne diffère de moins de 1% de xTn. 1 1 REVENDICATIONS 1. Un procédé pour déterminer depuis le sol la tension électrique d'une première ligne aérienne (1 B) longée de part et d'autre d'une deuxième (1A) et d'une troisième lignes (1C) servant au transport d'un courant électrique triphasé, dans lequel: - on place une première (A1) électrode sous la première ligne aérienne (lB) que l'on oriente sensiblement perpendiculairement aux lignes du champ électrique rayonné par la première ligne aérienne (lB) et sensiblement parallèlement aux lignes du champ électrique rayonné par la deuxième ligne aérienne (1A), - on place une deuxième (A2) électrode sous la première ligne aérienne (1lB) que l'on oriente sensiblement perpendiculairement aux lignes du champ électrique rayonné par la première ligne aérienne (1lB) et sensiblement parallèlement aux lignes du champ électrique rayonné par la troisième ligne aérienne (1C), - on place une troisième électrode (B2) sous la première ligne aérienne (lB) que l'on oriente sensiblement parallèlement aux lignes du champ électrique rayonné par la première ligne aérienne (1lB) et sensiblement perpendiculairement aux lignes du champ électrique rayonné par la troisième ligne aérienne (1C), - on place une quatrième (B1) électrode sous la première ligne aérienne (1lB) que l'on oriente sensiblement parallèlement aux lignes du champ électrique rayonné par la première ligne aérienne (1lB) et sensiblement perpendiculairement aux lignes du champ électrique rayonné par la deuxième ligne aérienne (1A), à l'aide d'une unité d'acquisition et de traitement (M), on acquiert (10) un signal (5) émis par chaque électrode, - on corrige (12) le signal (SA1) émis par la première électrode(A1) à l'aide du signal (SB2) émis par la troisième électrode (B2), - on corrige (12) le signal (SA2) émis par la deuxième électrode (A2) à l'aide du signal (SB1) émis par la quatrième électrode (B1), - on traite (14) les deux signaux (SC1, SC2) corrigés pour extraire un signal final (SF) représentatif de la tension de la première ligne aérienne. 2. Un procédé selon la revendication 1, dans lequel les électrodes capacitives (A1, A2, B1, B2) ont une forme de plateaux. 3. Un procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la première ligne aérienne (lB) comprend un disjoncteur (D) et dans lequel on place un premier jeu de quatre électrodes (A'1, A'2, B'1, B'2) en amont du disjoncteur et on place un deuxième jeu de quatre électrodes (A1, A2, B1, B2) en aval du disjoncteur. 4. Un procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque ligne aérienne (1A, lB, 1C) comprend un disjoncteur et dans lequel on place un premier jeu de quatre électrodes en amont et un deuxième jeu de quatre électrodes en aval de chaque disjoncteur.