Brevet FR2865037A1 — publié le 20050715

La présente invention concerne d'une manière générale le contrôle de la présence ou non d'une tension sur une ligne électrique quelconque. Plus particulièrement, mais non exclusivement, l'invention concerne le contrôle de la présence ou non d'une tension sur les lignes électriques aériennes haute tension, qu'il s'agisse de lignes de distribution de courant ou de lignes de transport d'énergie. Préalablement à l'exécution de travaux sur une ligne électrique, un tel détecteur de tension unipolaire est utilisé par un opérateur afin de s'assurer que la ligne est bien hors tension. II est connu dans l'état de la technique un détecteur de tension unipolaire de type usuel comportant une électrode de contact, une masse métallique appelée contrepoids, une résistance de charge, un circuit de détection, un élément de signalisation et une cage de Faraday dans laquelle sont abrités la résistance de charge et le circuit de détection. L'électrode de contact est reliée directement à une première borne de la résistance de charge dont une seconde borne est reliée au contrepoids. Le circuit de détection est connecté aux bornes de la résistance de charge et pilote l'élément de signalisation. L'électrode de contact et le contrepoids sont à l'extérieur de la cage de Faraday. Le contrepoids est formé par une plaque de surface non négligeable qui s'étend transversalement par rapport à l'axe de la cage de Faraday. Pour effectuer le contrôle de la ligne électrique, le détecteur est monté à l'extrémité d'une perche. L'opérateur en tenant la perche à bout de bras vient au contact de la ligne électrique à contrôler à travers l'électrode de contact située au sommet du détecteur. Il se forme alors entre le contrepoids et la terre, une capacité parasite qui autorise la circulation d'un micro-courant à travers la résistance de charge du détecteur. Le circuit de détection compare la tension produite aux bornes de la résistance de charge à une tension de référence, et le circuit de détection pilote l'élément de signalisation en fonction du résultat de la comparaison. Par exemple, l'élément de signalisation comprend deux voyants lumineux, l'un rouge, qui est allumé dans le cas de la présence d'une tension, et l'autre, vert, qui est allumé après une action de test et qui reste allumé en l'absence d'une tension. Une difficulté dans la conception d'un détecteur de tension unipolaire réside dans le fait qu'il faut occulter la présence éventuelle d'une tension induite sur la ligne électrique contrôlée. Cette tension induite, due à la présence de lignes électriques environnantes, peut en pratique atteindre 10 à 15% de la tension inductrice. La sensibilité du détecteur demande donc à être ajustée et il en résulte corrélativement une limitation de la plage de tension dans laquelle une détection fiable est possible. Or il est souhaitable, notamment pour limiter le nombre de détecteurs de tension de caractéristiques différentes nécessaire, que cette plage de tension soit la plus large possible, le detecteur demeurant bien entendu capable de satisfaire aux dispositions normatives en vigueur. En pratique, trois tests de laboratoire sont définis par la norme internationale CEI-1243-1 et sont supposés représentatifs des différents cas critiques auxquels doit répondre un détecteur de tension unipolaire. Brièvement, ces tests sont les suivants: 1) l'élément de signalisation doit être excité et indiquer une présence de tension si la tension à détecter est supérieure à une fraction, inférieure à la moitié, de la tension nominale en service; 2) l'élément de signalisation ne doit pas être excité si la tension à détecter est égale à une fraction réduite, comprise entre un dixième et deux dixièmes, de la tension nominale en service; et 3) l'élément de signalisation ne doit pas être excité pour un fonctionnement inverse du détecteur de tension, c'est-à-dire pour un champ perturbateur en opposition de phase, si la tension à contrôler est égale à une fraction donnée, supérieure à la moitié, de la tension nominale en service. Dans son brevet français FR-2723486, la demanderesse a proposé un détecteur de tension unipolaire perfectionné permettant de satisfaire aux contraintes de conception et dispositions normatives indiquées plus haut. Le détecteur selon FR-2723486, désigné par le repère 11 ci-dessous, est montré sous la forme d'un schéma simplifié à la Fig.1. Le détecteur de tension de la technique antérieure 11 est destiné à venir au contact d'une ligne électrique 10 par une électrode de contact 12, en étant manipulé en bout d'une perche non représentée. La circulation d'un micro-courant autorisant la détection intervient à travers une capacité 26 entre un contrepoids 15 du détecteur 11 et la terre 13. Le détecteur 11 comporte, globalement, à l'abri d'une cage de Faraday 14, entre l'électrode de contact 12, qui est extérieure à cette cage de Faraday 14 tout en étant en liaison galvanique avec celle-ci, et un contrepoids 15, qui est également extérieur à cette cage de Faraday 14, mais sans liaison électrique avec celle-ci, une résistance de charge 16 aux bornes de laquelle est établi un circuit de détection 17 pilotant un élément de signalisation 18. Dans ce détecteur 11, une distance L séparant le contrepoids 15 de l'électrode de contact 12, d'une part, et une surface utile S du contrepoids 15, c'est-à-dire sa surface à l'air, d'autre part, satisfont conjointement aux deux inégalités suivantes: L > 200 mm mm2 L'électrode de contact 12 est implantée au centre de sa paroi transversale sommitale 19 et est en liaison galvanique directe avec une 25 première borne de la résistance de charge 16. Le contrepoids 15 s'étend du côté opposé, au-delà de la paroi transversale de base 20 correspondante. Par exemple, le contrepoids est formé au moyen d'un fil conducteur appartenant à un câble électrique blindé 22 dont le blindage appartient à la cage de Faraday 14 en formant un prolongement tubulaire de celle-ci. Comme montré à la Fig.1, le blindage est toutefois écourté et la portion apparente du fil conducteur constitue le contrepoids 15. Le contrepoids 15 a typiquement une longueur 1 qui est d'environ 30 mm. Compte tenu des dimensions L = 200 mm et I = 30 mm, le détecteur 11 donne lieu à des formes de réalisation dont la longueur est supérieure à 230 mm. En pratique, les détecteurs commercialisés dans la plage de tension de 10 kV à 30 kV ont une longueur totale de l'ordre de 390 mm et une masse de 0,800 kg environ. Bien que le détecteur de la demanderesse brièvement décrit ci-dessus apporte une solution technique satisfaisante aux difficultés exposées plus haut, il est toutefois souhaitable de proposer des améliorations afin de répondre encore mieux aux dispositions normatives et aux attentes des utilisateurs. Comme indiqué ci-dessus, une amélioration souhaitable de la technique antérieure concerne le rapport entre les tensions extrêmes de la plage 15 de tension de fonctionnement des détecteurs. Des détecteurs de tension unipolaires ayant une plage de tension de fonctionnement de 10 kV à 30 kV sont actuellement commercialisés. Une extension de cette plage de tension de fonctionnement jusqu'à une tension au-delà de 30 kV constituerait une amélioration appréciable. La présente invention vise à fournir un détecteur de tension unipolaire amélioré, notamment dans la direction mentionnée ci-dessus. Un détecteur de tension unipolaire selon l'invention, notamment pour ligne électrique aérienne, comprenant une électrode de contact, une cage de Faraday, un circuit de détection et un contrepoids, la cage de Faraday abritant au moins le circuit de détection, est caractérisé en ce qu'il comprend également un composant de haute impédance situé entre l'électrode de contact et la cage de Faraday et reliant électriquement l'électrode de contact à la cage de Faraday. Il est considéré dans la présente demande qu'un composant de 30 haute impédance est un composant ayant une impédance d'au moins 80 MS2 à la fréquence de 50 Hz. Le détecteur selon l'invention tel que brièvement défini ci-dessus autorise un rapport de l'ordre de 3,6 entre la tension minimale et la tension maximale de la plage de tension de fonctionnement. Il est ainsi possible, par exemple, de réaliser un détecteur ayant une plage de fonctionnement de 10 à 36 kV. Le composant de haute impédance limite l'effet d'un champ perturbateur en opposition de phase et permet au détecteur de satisfaire au test 3) des dispositions normatives. En effet, le courant susceptible de circuler entre le contrepoids et l'électrode de contact en raison du champs perturbateur est fortement limité par le composant à haute impédence. De préférence, le composant de haute impédance est un condensateur. Selon une autre caractéristique, le condensateur comprend un matériau diélectrique dont certaines parties sont soudées et/ou liées par osmose à un matériau électriquement isolant recouvrant le condensateur. De préférence, le matériau diélectrique et le matériau électriquement isolant sont un ou des polycarbonates. De plus, le matériau électriquement isolant peut être celui constituant une enveloppe extérieure du détecteur. Grâce aux caractéristiques ci-dessus, la tension de claquage du condensateur est sensiblement augmentée. Des essais effectués par l'entité inventive ont montrés des résultats satisfaisants pour un condensateur ayant une capacité comprise entre 4 pF et 40 pF. Selon une forme de réalisation préférée du détecteur selon l'invention, la cage de Faraday abrite ledit contrepoids et comprend une partie ouverte autorisant le passage d'un courant de détection entre le contrepoids et la terre et cela de manière unidirectionnelle dans l'espace, le contrepoids étant disposé sensiblement au niveau de la partie ouverte et ayant une surface globalement plane et/ou concave en regard de la partie ouverte. Cette forme de réalisation autorise une diminution sensible de l'encombrement et du poids du détecteur. La fatigue de l'opérateur lors des opérations de contrôle s'en trouve ainsi réduite, notamment lorsque la perche est de grande longueur. Selon encore une autre forme de réalisation préférée du détecteur selon l'invention, le circuit de détection comprend un convertisseur de couranttension ayant une première borne de courant reliée à la cage de Faraday et une seconde borne de courant reliée au contrepoids. Dans cette dernière forme de réalisation, la résistance de charge comprise de manière classique dans les détecteurs de la technique antérieure peut être supprimée. Il en résulte corrélativement une meilleure adaptation du détecteur aux conditions de terrain par une plus grande insensibilité à la poussière et aux moisissures. En effet, dans les détecteurs de la technique antérieure, la poussière et les moisissures sur la résistance de charge tendent dans le temps à fausser la détection. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront par la suite à la lecture de la description suivante, donnée à titre illustratif et non limitatif, d'une forme de réalisation préférée en liaison aux dessins annexés, dans lesquels: la Fig.1 est un schéma de principe, déjà décrit ci-dessus, d'un détecteur de tension unipolaire selon la technique antérieure; la Fig.2 est un schéma de principe d'une forme de réalisation préférée d'un détecteur de tension unipolaire selon l'invention; et la Fig.3 est une vue de face, avec un arrachement local, d'une réalisation pratique d'un détecteur de tension unipolaire selon l'invention. En référence au schéma simplifié de la Fig.2, il est maintenant décrit la structure générale et le fonctionnement d'une forme de réalisation préférée 30 d'un détecteur de tension unipolaire selon l'invention. Comme montré à la Fig.2, le détecteur 30 comprend essentiellement une électrode de contact 31, un composant de haute impédance 32, une cage de Faraday 33, une source de tension continue autonome 34, un circuit de détection et signalisation 35, et un contrepoids 37. L'électrode de contact 31 est destinée à venir en contact avec la ligne électrique 10 et est reliée électriquement à une première borne 321 du composant de haute impédance 32. Dans cette forme de réalisation préférée, le composant de haute impédance 32 est un condensateur. Dans d'autres formes de réalisation, le composant de haute impédance 32 pourra prendre la forme d'une résistance ohmique, d'une bobine inductive ou d'une combinaison d'éléments capacitifs, inductifs et/ou résistifs. Une seconde borne 322 du composant de haute impédance 32 est reliée électriquement à la cage de Faraday 33 et à une première borne de mesure 350 du circuit de détection et signalisation 35. Une seconde borne de mesure 351 est reliée électriquement au contrepoids 37. La cage de Faraday 33 abrite notamment le circuit de détection et signalisation 35 et le contrepoids 37. L'électrode de contact 31 et le composant de haute impédance 32 sont eux situés à l'extérieur de la cage de Faraday 33. La cage de Faraday 33 a globalement une forme de cloche et comporte une paroi formant jupe latérale fermée 330, une paroi transversale sommitale 331 et une partie inférieure ouverte 332. Les parois 330 et 331 sont bien entendu électriquement conductrices. La paroi transversale sommitale 331 est reliée électriquement au composant de haute impédance 32. La source de tension continue autonome 34 est par exemple une pile électrique de 9 Volts. Dans cette forme de réalisation, la borne de polarité négative de la source de tension continue 34 est reliée électriquement à la cage de Faraday 33 et à une borne d'alimentation négative du circuit de détection et signalisation 35. La borne de polarité positive de la source de tension continue 34 est reliée électriquement à une borne d'alimentation positive du circuit de détection et signalisation 35. Des voyants de signalisation vert 36V et rouge 36R ainsi qu'un indicateur sonore 36B sont de manière connue commandés par le circuit de détection et signalisation 35. Les voyants 36V et 36R permettent à l'opérateur une lecture des résultats de test et de contrôle. Un interrupteur de test 36 est utilisé par l'opérateur pour vérifier, avant un contrôle de tension, le bon fonctionnement du détecteur 30, tributaire notamment de l'état de la source de tension continue 34. Dans cette forme de réalisation préférée de l'invention, les bornes de mesure 350 et 351 du circuit de détection et signalisation 35 sont connectées respectivement à des bornes de courant (non représentées) d'un convertisseur courant-tension (non-représenté) formant un étage d'entrée de mesure dans le circuit 35. Ce convertisseur de courant-tension est réalisable au moyen d'un amplificateur opérationnel, d'une manière connue par l'homme du métier, et présente l'avantage de rendre inutile la résistance de charge 16 incorporée classiquement dans les détecteurs de tension unipolaires de la technique antérieure. Comme montré à la Fig.2, le contrepoids 37 a globalement une forme plane transversale à l'axe longitudinal du détecteur 30 et comprend une surface globalement plane en regard de la partie inférieure ouverte 332. Selon une variante de réalisation, la surface du contrepoids 37 en regard de la partie inférieure ouverte 332 est globalement de forme concave. Le contrepoids 37 est disposé sensiblement au niveau de l'ouverture de la cage de Faraday 33, c'est-à-dire au niveau de la partie inférieure ouverte 332. Le contrepoids 37 est monté légèrement en retrait à l'intérieur dans la cage de Faraday 33. La paroi latérale 330 présente ainsi un dépassement de longueur D vers le bas par rapport au plan transversal du contrepoids 37. Le dépassement D a pour fonction essentielle d'empêcher sur le contrepoids 37 des perturbations électriques indésirables. Ces perturbations sont notamment celles induites par les champs électriques de lignes électriques 30 sous tension proches de la ligne électrique 10. Il est ainsi obtenu une certaine directivité du contrepoids 37 qui constitue l'une des armatures du condensateur parasite 26, l'autre armature du condensateur parasite 26 étant constituée par la terre 13. 10 La partie inférieure ouverte 332 autorise le passage d'un courant de détection entre le contrepoids 37 et la terre 13 et cela de manière unidirectionnelle dans l'espace. De préférence, le dépassement D est compris, de manière non limitative, dans un intervalle allant de 10 à 20 mm. Typiquement, le dépassement D est égal à 15 mm. Dans une forme de réalisation particulièrement préférée, le contrepoids 37 est formé par une partie conductrice dans un circuit imprimé, de manière analogue à un plan de masse. En référence aussi à la Fig.3, il est maintenant décrit une forme de réalisation préférée du composant de haute impédance 32. A l'exception de l'électrode de contact 31, les autres éléments fonctionnels 32 à 37 du détecteur 30, décrits ci-dessus en référence à la Fig.2, sont contenus à l'intérieur d'une enveloppe extérieure 38. L'enveloppe extérieure 38 a une forme de cloche allongée qui est fermée à sa base par un bouchon de fermeture 39. De manière connue, le bouchon de fermeture 39 porte un embout d'adaptation 40 pour une perche (non représentée), les voyants de signalisation 36V et 36R, ainsi que l'indicateur sonore 36B et l'interrupteur de test 36 qui ne sont pas visibles à la Fig.3. Bien entendu, l'enveloppe extérieure 38 et le bouchon de fermeture 40 sont en matériau électriquement isolant. De préférence, l'enveloppe extérieure 38 et le bouchon de fermeture 40 sont en matériau synthétique. Le composant de haute impédance 32 est montré à la Fig.3 au niveau d'un arrachement local de la vue. Comme on l'a vu ci-dessus, le composant de haute impédance 32 est formé d'un condensateur à deux électrodes parallèles 321 et 322, ici séparées par un matériau diélectrique 323. Les électrodes 321 et 322 ont des formes planes circulaires. Le matériau diélectrique 323 est formé d'un bloc cylindrique circulaire. Des essais réalisés par l'entité inventive ont montré qu'il est intéressant de sélectionner la capacité du condensateur 32 dans un intervalle allant de 4 à 40 pF. L'électrode 321 comprend une partie inférieure plane 321E formant électrode de condensateur à proprement parler et en appui contre le matériau diélectrique 323. L'électrode 321 comprend aussi une partie supérieure taraudée 321 C dans laquelle est vissée l'électrode de contact 31. L'électrode 322 comprend une partie supérieure plane 322E formant électrode de condensateur à proprement parler et en appui contre le matériau diélectrique 323. L'électrode 322 comprend aussi une partie inférieure 322C formant plot de contact et destinée à assurer un contact électrique avec la paroi transversale sommitale 331 de la cage de Faraday 33. Comme cela apparaît à la Fig.3, le diamètre du matériau diélectrique 323 est légèrement supérieur à celui des parties d'électrode 321E et 322E. Le diamètre supérieur du matériau diélectrique 323 permet la formation dans celui-ci, sur des faces supérieure et inférieure, de deux logements dans lesquels sont insérées respectivement les parties d'électrodes 321E et 322E. Des chants circulaires respectifs des parties d'électrodes 321E et 322E sont ainsi recouverts par le matériau diélectrique 323. Dans cette forme de réalisation préférée, le matériau diélectrique 323 et le matériau isolant de l'enveloppe extérieure 38 sont tous deux choisis comme étant des polycarbonates et les deux matériaux sont soudés ou liés par osmose au niveau de parties adjacentes 328. Ces parties adjacentes 328 comprennent toutes les surfaces du matériau diélectrique 323 non recouvertes par les parties d'électrode 321E et 322E. Des essais réalisés par l'entité inventive montrent que le soudage, ou osmose, des polycarbonates dans les parties adjacentes 328 autorise une augmentation sensible de la tension de claquage du condensateur 32. Dans une variante non représentée, le condensateur 32 est remplacé par un composant haute impédance d'une autre nature, par exemple la combinaison d'un condensateur et d'une résistance. De nombreuses autres variantes sont possibles en fonction des circonstances, et on rappelle à cet égard que l'invention ne se limite pas aux exemples décrits et représentés. REVENDICATIONS 1. Détecteur de tension unipolaire, notamment pour ligne électrique aérienne, comprenant une électrode de contact (31), une cage de Faraday (33), un circuit de détection (35) et un contrepoids (37), ladite cage de Faraday (33) abritant au moins ledit circuit de détection (35), caractérisé en ce qu'il comprend également un composant de haute impédance (32) situé entre ladite électrode de contact (31) et ladite cage de Faraday (33) et reliant électriquement ladite électrode de contact (31) à ladite cage de Faraday (33). 2. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit composant de haute impédance (32) est un condensateur. 3. Détecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit condensateur (32) comprend un matériau diélectrique (323) dont certaines parties (328) sont soudées et/ou liées par osmose à un matériau électriquement isolant (38) recouvrant ledit condensateur (32). 4. Détecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit matériau diélectrique (323) et ledit matériau électriquement isolant (38) sont un ou des polycarbonates. 5. Détecteur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit matériau électriquement isolant (38) est celui constituant une enveloppe extérieure (38) dudit détecteur (30). 6. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que ledit condensateur (32) comprend des première et seconde électrodes planes (321E, 322E) et un bloc de matériau diélectrique (323) globalement cylindrique intercalé entre lesdites première et seconde électrodes (321E, 322E). 7. Détecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que des chants latéraux desdites première et seconde électrodes (321E, 322E) sont recouverts par des parties dudit bloc de matériau diélectrique (323). 8. Détecteur selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que lesdites électrodes (321E, 322E) et ledit bloc de matériau diélectrique (323) sont de forme circulaire. 9. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que ledit condensateur (32) a une capacité comprise entre 4 pF et 40 pF. 10. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ladite cage de Faraday (33) abrite ledit contrepoids et comprend une partie ouverte (332) autorisant le passage d'un courant de détection entre ledit contrepoids (37) et la terre (13) et cela de manière unidirectionnelle dans l'espace, ledit contrepoids (37) étant disposé sensiblement au niveau de ladite partie ouverte (332) et ayant une surface globalement plane et/ou concave en regard de ladite partie ouverte (332). 11. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit circuit de détection (35) comprend un convertisseur de courant-tension ayant une première borne de courant (350) reliée à ladite cage de Faraday (33) et une seconde borne de courant (351) reliée audit contrepoids (37).