Brevet FR2814813A1 — publié le 20020405

Procédé non destructif de contrôle de qualité de systèmes haute- tension et dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. La présente invention concerne de manière générale un procédé non destructif de contrôle de qualité de la production de systèmes haute- tension (systèmes HT). Les systèmes HT tels que les générateurs HT et les tubes à rayons X, dont les tensions de service peuvent atteindre des valeurs de 100 kV ou plus, sont de plus en plus compacts et de plus en plus puissants. De ce fait, ces systèmes dégagent de plus en plus de chaleur, mais aussi la densité de champ électrique s'accroît et les marges de sécurité de fonctionnement de ces dispositifs deviennent de plus en plus étroites. Les éléments actifs de ces systèmes HT sont isolés les uns des autres par des matériaux diélectriques, et en particulier par des liquides diélectriques tels que les huiles. La présence de polluants dans ces matériaux diélectriques, en particulier les huiles, nuisent aux qualités isolantes de ces matériaux, ce qui se traduit lors du fonctionnement des systèmes par des décharges au sein de ces matériaux diélectriques pouvant conduire, lors de l'utilisation ultérieure de ces dispositifs, à des endommagements définitifs des systèmes. Le risque d'une rupture haute-tension des matériaux isolants de ces systèmes jusqu'à des endommagements définitifs, est en relation directe avec le taux de pollution des matériaux isolants après fabrication et par suite du taux de décharges susceptible d'apparaître lors de l'utilisation ultérieure des systèmes. L'invention concerne en particulier un procédé non destructif de contrôle de qualité de systèmes haute-tension, permettant de quantifier le niveau de décharges résiduel d'un système HT fini. L'invention concerne également en particulier un procédé de contrôle tel que ci-dessus, permettant de s'assurer que des systèmes HT de conception nouvelle et de dimensions réduites présentent encore des marges de sécurité de fonctionnement suffisantes. L'invention concerne encore en particulier un procédé de contrôle adapté pour le contrôle final des systèmes HT fabriqués, permettant de sélectionner des produits de haute qualité, fiables dans le temps, tout en réduisant les coûts de retraitement des produits considérés comme défectueux. L'invention concerne enfin en particulier un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus. Les buts ci-dessus sont atteints, selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, par un procédé non destructif de contrôle de qualité de la production de systèmes HT qui comprend: (a) la détermination pour chaque type de système haute-tension d'une échelle de grandeurs représentatives de l'énergie du spectre radio- fréquence (RF) émis par voie hertzienne sur une période déterminée par les décharges électriques qui apparaissent dans le système pour une tension d'essai déterminée, en faisant varier artificiellement dans le système le taux de pollution du système jusqu'à la rupture diélectrique du système; (b) le choix sur l'échelle d'une grandeur limite englobant les tolérances de pollution admises en fabrication; (c) la mesure pour chaque système du même type produit, de la grandeur de l'énergie du spectre RF émis par voie hertzienne par chacun des systèmes dans les mêmes conditions qu'à l'étape (a); et (d) la comparaison des grandeurs mesurées à l'étape (c) à la grandeur limite choisie pour déterminer une éventuelle fluctuation de la qualité des systèmes produits. Un procédé non destructif de contrôle de qualité de la production de systèmes haute-tension, peut comprendre les étapes suivantes: (a) la détermination pour chaque type de système haute-tension d'une échelle de grandeurs représentatives de l'énergie du spectre radio- fréquence émis par voie hertzienne sur une période déterminée dans les décharges électriques qui apparaissent dans le système pour une tension d'essai déterminée, en faisant varier artificiellement dans le système le taux de pollution du système jusqu'à la rupture diélectrique du système; (b) la mesure pour chaque système du même type produit, de la grandeur de l'énergie du spectre radio-fréquence émis par voie hertzienne par chacun des systèmes dans les mêmes conditions qu'à l'étape (a); et (c) la comparaison des grandeurs mesurées à l'étape (b) à une grandeur limite choisie pour déterminer une éventuelle fluctuation de la qualité des systèmes produits. Dans les systèmes HT, tels que les générateurs HT et les tubes à rayons X, les composants haute-tension des systèmes sont généralement isolés par un liquide d'isolation diélectrique tel qu'une huile, qui joue également le rôle de fluide de refroidissement. La présence de polluant dans cette huile engendre, lors du fonctionnement de ces systèmes, des décharges électriques pouvant aller jusqu'à l'endommagement définitif du dispositif. Bien que ces décharges électriques puissent apparaître dans d'autres parties du système que le liquide d'isolation, elles se produisent de façon majoritaire dans ce liquide car c'est ce liquide qui est le plus facilement pollué au cours du processus de fabrication. La première étape du procédé consiste donc à déterminer pour chaque type de systèmes HT, une échelle de grandeurs représentatives de l'énergie du spectre radio-fréquence émis par voie hertzienne par les décharges électriques qui apparaissent dans le système lors de l'application de la tension d'essai. Pour établir cette échelle, on augmente graduellement de manière connue le taux de pollution du liquide d'isolation du système HT et on mesure pour chaque augmentation du taux de pollution l'énergie du spectre radio-fréquence émis par le système sur une période déterminée pour une tension appliquée déterminée fixe et ce jusqu'à rupture diélectrique du système HT. Un moyen simple pour augmenter le taux de pollution du liquide d'isolation d'un système HT peut consister, par exemple, à y ajouter graduellement des quantités déterminées d'alcool (éthanol) ou d'autres substances telles qu'un diluant chimique et à mesurer après chaque ajout, sur et pour une tension d'essai déterminée fixe, l'énergie du spectre radio- fréquence émis par voie hertzienne sur une période déterminée fixe par les décharges électriques et ce jusqu'à rupture diélectrique du système. Une fois cette échelle établie, on peut choisir sur celle-ci une grandeur limite en fonction des tolérances de pollution admises en fabrication pour déterminer les systèmes considérés comme fiables et les systèmes considérés comme non fiables. Bien évidemment, cette grandeur limite dépendra des tolérances admises et pourra varier d'un système HT à un autre type de système HT. Une fois cette échelle établie, pour chaque ligne de production d'un système de même type, on procédera alors à la mesure de la grandeur de l'énergie du spectre radio-fréquence émis par voie hertzienne par chacun des systèmes produits, dans les mêmes conditions que pour l'établissement de l'échelle précédente et, par comparaison du résultat mesuré obtenu, déterminer si le système ainsi testé émet un spectre radio- fréquence d'énergie inférieure ou supérieure à la grandeur limite choisie. Ainsi, on peut suivre la fluctuation de qualité d'une ligne de production d'un même système HT et agir en conséquence pour remédier à toutes dérives éventuelles. Un dispositif permettant la mise en oeuvre d'un tel procédé pour la mesure de l'énergie du spectre RF émis par les décharges s'établissant dans un système HT, comprend: - une antenne pouvant être couplée à une sortie HT du système haute-tension et qui émet des signaux RF représentatifs des décharges s'établissant dans le système haute-tension lorsque ce dernier est alimenté à une tension d'alimentation d'essai déterminée; - un récepteur RF adapté recevant les signaux émis par l'antenne et délivrant des signaux de sortie; et - un dispositif couplé au récepteur recevant les signaux de sortie du récepteur et fournissant un signal représentatif de la grandeur de l'énergie du spectre RF émis par voie hertzienne sur une période déterminée par les décharges électriques apparaissant dans le système pour la tension d'essai déterminée. L'antenne peut être réalisée dans un connecteur haute-tension. Un dispositif pour la mesure de l'énergie du spectre RF émis par les décharges s'établissant dans un système haute-tension en fonctionnement, peut comprendre un moyen d'émission de signaux RF représentatifs des décharges s'établissant dans le système HT, un moyen de réception RF apte à délivrer des signaux de sortie, et un moyen de traitement apte à fournir une grandeur représentative de l'énergie du spectre RF émis par voie hertzienne sur une période détermiinée par les décharges électriques qui apparaissent dans le système pour une tension d'essai déterminée. Le moyen de traitement peut comprendre un microprocesseur, une ou plusieurs mémoires, un ou plusieurs programmes de commande, et un bus de communication de façon qu'un programme stocké dans une mémoire puisse être exécuté par le microprocesseur. L'invention concerne également un programme d'ordinateur comprenant des moyens de code programme pour mettre en oeuvre les étapes du procédé, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur. L'invention concerne également un support capable d'être lu par un dispositif de lecture de moyens de code programme qui s'y trouvent stockés et qui sont aptes à la mise en oeuvre des étapes du procédé, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur. La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: Figure 1 - un schéma d'un dispositif de mesure de l'énergie du spectre RF émis par les décharges d'un système HT selon un mode de réalisation de l'invention; Figure 2 - un schéma des composants électriques d'une antenne du dispositif de mesure de la figure 1; et Figure 3 - un schéma du moyen de traitement des signaux du dispositif de la figure 1. En se référant à la figure 1, on a représenté schématiquement un dispositif de mesure de l'énergie du spectre RF émis par des décharges s'établissant dans un système HT pour la mise en oeuvre du procédé selon un mode de mise en oeuvre de l'invention. Ce système comprend une antenne 3 pouvant être couplée à une sortie HT d'un système HT 1, par exemple un générateur HT. La sortie de l'antenne 3 est reliée par un câble ou par voie hertzienne à un récepteur adapté 4. La sortie du récepteur 4 est reliée à un dispositif de traitement de signaux 5. On a représenté schématiquement à la figure 2 des principaux constituants d'une antenne RF classique. Comme le montre la figure, cette antenne comprend un condensateur 6 dont une armature est reliée à la sortie HT du système HT et dont l'autre armature est reliée à un enroulement primaire 7 bobiné sur un anneau de ferrite 8. Une diode de protection 11 peut être également prévue à la sortie du condensateur 6, comme cela est classique. Un enroulement secondaire 9 est également bobiné sur la ferrite 8 et relié à un câble d'émission hertzienne 10. Une diode de protection 12 peut être également prévue sur le câble d'émission hertzienne 10. Les autres extrémités des bobinages 7 et 9 sont reliées à la masse. Le condensateur 6 et l'enroulement primaire 7 constituent un filtre passe-haut éliminant l'ondulation basse fréquence du système HT. A titre d'exemple, le condensateur HT peut être un condensateur de 10 à 20 pF, pouvant supporter des tensions de 150 kV + 25% et le câble d'émission hertzienne peut être un câble standard de résistance 60 à 75 Ohms. Une telle structure d'antenne RF peut être aisément réalisée dans un connecteur classique de système HT, par exemple le condensateur 6 étant réalisé par une tige métallique reliée au contact terminal du connecteur et entouré d'un tube métallique relié à l'enroulement primaire 7. On obtient ainsi une antenne directement enfichable dans la sortie haute-tension correspondante, par exemple d'un générateur haute- tension. Dans le cas d'un système passif tel qu'un tube à rayons X, on peut utiliser une antenne de même type, mais il est alors nécessaire d'interposer entre l'antenne et le tube à rayons X un dispositif multiprises HT classique qui servira d'adaptateur d'antenne. Egalement, dans le cas d'un dispositif passif tel qu'un tube à rayons X, il est nécessaire de prévoir un générateur HT d'alimentation du tube HT généralement surdimensionné pour rendre négligeables les décharges du générateur HT par rapport à celles du tube à rayons X. Comme le montre la figure 3, le dispositif 5 de traitement des signaux comprend un moyen d'intégration 13 commandé par une horloge 14 et un système d'affichage de la grandeur mesurée 16. On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif de mesure des figures 1 à 3, en liaison avec un générateur HT. Le même fonctionnement s'appliquerait dans le cas d'un dispositif passif tel qu'un tube à rayons X. Lorsque le générateur HT 1 est actif, l'antenne 3 émet des signaux de radio-fréquence représentatifs des décharges électriques s'établissant dans les matériaux isolants du générateur HT. Ces signaux filtrés pour éliminer l'ondulation basse fréquence, sont reçus par le récepteur adapté 4. Le récepteur adapté 4 émet des signaux de sortie représentatifs des décharges à l'intégrateur 13 dans lequel ces signaux sont intégrés sur une période de temps déterminée par l'horloge 14 pour fournir un signal représentatif de l'énergie du spectre radio-fréquence émis sur la période déterminée par les décharges électriques apparaissant dans le système HT. Les signaux de sortie de l'intégrateur 13 sont reçus par le dispositif d'enregistrement 16 pour leur utilisation ultérieure. REVENDICATIONS 1. Procédé non destructif de contrôle de qualité de la production de systèmes haute-tension, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) la détermination pour chaque type de système haute-tension d'une échelle de grandeurs représentatives de l'énergie du spectre radio- fréquence émis par voie hertzienne sur une période déterminée dans les décharges électriques qui apparaissent dans le système pour une tension d'essai déterminée, en faisant varier artificiellement dans le système le taux de pollution du système jusqu'à la rupture diélectrique du système; (b) le choix sur l'échelle d'une grandeur limite englobant les tolérances de pollution admises en fabrication; (c) la mesure pour chaque système du même type produit, de la grandeur de l'énergie du spectre radio-fréquence émis par voie hertzienne par chacun des systèmes dans les mêmes conditions qu'à l'étape (a); et (d) la comparaison des grandeurs mesurées à l'étape (c) à la grandeur limite choisie pour déterminer une éventuelle fluctuation de la qualité des systèmes produits. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système haute-tension est un générateur haute-tension ou un tube à rayons X. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la variation artificielle du taux de pollution du système s'effectue par adjonction graduelle de quantités déterminées d'un polluant à un liquide d'isolation du système haute-tension. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le polluant est un alcool ou un autre diluant chimique. 5. Procédé non destructif de contrôle de qualité de la production de systèmes haute-tension, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) la détermination pour chaque type de système haute-tension d'une échelle de grandeurs représentatives de l'énergie du spectre radio- fréquence émis par voie hertzienne sur une période déterminée dans les décharges électriques qui apparaissent dans le système pour une tension d'essai déterminée, en faisant varier artificiellement dans le système le taux de pollution du système jusqu'à la rupture diélectrique du système; (b) la mesure pour chaque système du même type produit, de la grandeur de l'énergie du spectre radio-fréquence émis par voie hertzienne par chacun des systèmes dans les mêmes conditions qu'à l'étape (a); et (c) la comparaison des grandeurs mesurées à l'étape (b) à une grandeur limite choisie pour déterminer une éventuelle fluctuation de la qualité des systèmes produits. 6. Dispositif pour la mesure de l'énergie du spectre RF émis par les décharges s'établissant dans un système haute-tension en fonctionnement, caractérisé en ce qu'il comprend: - une antenne (3) pouvant être couplée à une sortie HT (2) du système haute-tension et émettant des signaux RF représentatifs des décharges s'établissant dans le système HT; - un récepteur RF (4) adapté recevant les signaux émis par l'antenne et délivrant des signaux de sortie; et - un dispositif de traitement (5) couplé au récepteur (4) recevant les signaux de sortie du récepteur et fournissant une grandeur représentative de l'énergie du spectre RF émis par voie hertzienne sur une période déterminée par les décharges électriques qui apparaissent dans le système pour une tension d'essai déterminée. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'antenne (3) est réalisée dans un connecteur haute-tension. 8. Dispositif pour la mesure de l'énergie du spectre RF émis par les décharges s'établissant dans un système haute-tension en fonctionnement, caractérisé en ce qu'il comprend: - un moyen d'émission de signaux RF représentatifs des décharges s'établissant dans le système HT; - un moyen de réception RF apte à délivrer des signaux de sortie; et - un moyen de traitement apte à fournir une grandeur représentative de l'énergie du spectre RF émis par voie hertzienne sur une période déterminée par les décharges électriques qui apparaissent dans le système pour une tension d'essai déterminée. 9. Programme d'ordinateur comprenant des moyens de code programme pour mettre en oeuvre les étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur. 10. Support capable d'être lu par un dispositif de lecture de moyens de code programme qui s'y trouvent stockés et qui sont aptes à la mise en oeuvre des étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.