Brevet FR2888646A1 — publié le 20070119

La présente invention concerne le domaine technique de la surveillance de l'activité électrique atmosphérique en vue de détecter une activité orageuse et elle vise, plus précisément, la surveillance de l'activité électrique atmosphérique, en vue de protéger contre la foudre, des installations électriques de toutes natures, raccordées à un réseau d'alimentation électrique. Un impact ou un coup de foudre sur un réseau électrique conduit à un risque non négligeable de détérioration de l'installation ou des installations électriques raccordées à ce réseau. Afin d'éviter ces risques de détérioration en cas d'impact de foudre, il est connu de mettre en oeuvre des dispositifs de protection, tels que des disjoncteurs, des parafoudres ou des éclateurs. Ces dispositifs, le plus généralement passifs, permettent, dans certains cas, lorsque l'énergie de l'impact est en relation avec leur capacité de protection, d'empêcher une détérioration de l'installation électrique connectée au réseau. Toutefois, de tels dispositifs présentent l'inconvénient de se détériorer, au fur et à mesure de leur mise oeuvre et, donc, de présenter une durée de vie limitée dans le temps, de sorte qu'il est nécessaire de les changer régulièrement. De plus, lorsque le niveau de l'impact de foudre est supérieur à leur capacité de protection, ils ne sont plus en mesure de protéger convenablement l'installation raccordée au réseau électrique. Pour remédier à de tels inconvénients, il est connu de mettre en oeuvre un dispositif de protection comportant des moyens de surveillance de l'activité orageuse, intervenant dans un périmètre relativement proche de l'installation électrique à protéger. Ces moyens de surveillance sont reliés à une unité de commande, qui est raccordée à des moyens asservis d'ouverture et de fermeture du circuit assurant l'alimentation de l'installation électrique à protéger. Ces moyens de surveillance permettent d'évaluer les risques d'impacts de foudre sur le réseau d'alimentation de l'installation électrique à protéger. Ces moyens de surveillance permettent de surveiller l'activité électromagnétique, lumineuse ou sonore atmosphérique. Il est à noter que les moyens de surveillance, lumineuse ou sonore, ne donnent pas satisfaction en pratique, lorsqu'ils se trouvent situés dans un environnement dans lequel sont susceptibles de comporter ou d'évoluer des sources sonores ou lumineuses parasites, autres que la foudre et les éclairs. En tant que moyen de surveillance de l'activité électrique atmosphérique, il est connu d'avoir recours à un capteur de champ comportant une électrode fixe, à proximité de laquelle est déplacée par un moteur électrique, une électrode mobile en rotation. Il ressort, en pratique, que ces moyens de surveillance sont peu précis et peu fiables. L'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un procédé fiable, sûr et précis, pour mesurer l'activité électrique atmosphérique, en vue de détecter une activité orageuse. Pour atteindre un tel objectif, l'objet de l'invention concerne un procédé pour surveiller l'activité électrique atmosphérique en vue de détecter une activité orageuse. Selon l'invention: É on déplace verticalement et de manière alternative un élément de type condensateur, É on récupère le signal électrique délivré par l'élément lorsque ce dernier, au cours de ses déplacements, occupe au moins un niveau bas et un niveau haut correspondant à des lignes équipotentielles de valeurs différentes, É et on surveille l'évolution de la différence, entre les signaux 25 électriques correspondant au niveau bas et/ou au niveau haut, en vue de déterminer le degré de l'activité électrique atmosphérique. Selon une variante de réalisation, on surveille l'évolution de la différence, entre les signaux électriques correspondant au niveau bas et/ou au niveau haut, en la comparant à un niveau d'alerte correspondant à une activité électrique atmosphérique considérée orageuse. Selon une application préférée, lorsque la différence, entre les signaux électriques du niveau bas et/ou du niveau haut, atteint le niveau d'alerte, on commande un dispositif de protection pour une installation électrique. Un autre objet de l'invention est de proposer un dispositif pour surveiller l'activité électrique atmosphérique, en vue de détecter une activité orageuse, caractérisé en ce qu'il comporte: ^ un élément de type capacitif comportant au moins deux électrodes séparées par un diélectrique, ^ des moyens de déplacement de l'élément selon un mouvement vertical alternatif, de manière que ledit élément occupe au moins un niveau bas et un niveau haut correspondant à des lignes équipotentielles de valeurs différentes, ^ et des moyens d'acquisition et de traitement des signaux électriques, délivrés par l'élément et adaptés pour surveiller l'évolution de la différence entre les signaux électriques, correspondant au moins au niveau bas et/ou au niveau haut dudit élément, en vue de déterminer le degré de l'activité électrique atmosphérique. Selon une variante de réalisation, l'élément condensateur est formé par au moins deux électrodes séparées par un diélectrique, l'une des électrodes étant reliée à une référence de tension électrique, tandis que l'autre est reliée aux moyens d'acquisition et de traitement. Selon un mode de réalisation, l'élément condensateur comporte une extrémité fixée à un support, tandis que l'extrémité opposée est sollicitée par les moyens de déplacement, de sorte que l'élément se déplace autour d'un axe de pivotement horizontal. Par exemple, l'extrémité de l'élément est sollicitée par les moyens de déplacement, avec ou sans liaison mécanique. Selon une autre variante de réalisation, l'élément condensateur est relié à des moyens de déplacement lui imprimant un mouvement vertical alternatif linéaire. Avantageusement, les moyens d'acquisition et de traitement comportent: É des moyens pour comparer la différence, entre les signaux électriques du niveau bas et/ou du niveau haut, à un niveau d'alerte correspondant à une activité électrique atmosphérique considérée comme orageuse, É et des moyens de commande d'un dispositif de protection d'une installation électrique lorsque la différence entre les signaux électriques du niveau bas et/ou du niveau haut atteint le niveau d'alerte. Un autre objet de l'invention est de proposer un système de protection, contre la foudre, d'une installation électrique comportant un dispositif pour surveiller l'activité électrique atmosphérique, conforme à l'invention. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La Figure 1 est une vue schématique d'un premier exemple de réalisation d'un dispositif de surveillance conforme à l'invention. La Figure 2 est un schéma bloc fonctionnel permettant d'illustrer les 20 moyens d'acquisition et de traitement des signaux délivrés par l'élément de détection mis en oeuvre par le dispositif conforme à l'invention. La Figure 3 illustre une autre forme de réalisation d'un dispositif de surveillance conforme à l'invention. La Figure 4 est une vue de dessus du dispositif illustré à la Fig. 3. La Figure 5 illustre une autre variante de réalisation d'un dispositif de surveillance conforme à l'invention. La Figure 6 est une vue de dessus du dispositif de surveillance illustré à la Fig. 5. La Figure 7 illustre le dispositif décrit à la Fig. 5 dans une autre 30 position caractéristique. Comme cela ressort plus précisément de la Fig. 1, l'objet de l'invention concerne un dispositif 1, adapté pour surveiller l'activité électrique atmosphérique en vue de détecter une activité orageuse dans l'environnement proche dudit dispositif. Selon une application préférée, un tel dispositif 1 est mise en oeuvre pour protéger contre la foudre une installation électrique. Le dispositif 1 comporte un capteur ou un élément sensible ou de détection 2, de type condensateur, destiné à être déplacé par des moyens de déplacement 3, qui imposent audit élément un mouvement vertical alternatif. L'élément condensateur 2 est relié à des moyens 4 d'acquisition et de traitement des signaux électriques délivrés par ledit élément 2. Conformément à l'invention, l'élément condensateur 2 est formé par au moins deux électrodes 5, 6 séparées par un diélectrique 7. Les électrodes 5 et 6, en regard l'une de l'autre, peuvent présenter différentes formes. Par exemple, les électrodes 5 et 6 peuvent être réalisées sous la forme d'un disque. L'une des électrodes, par exemple 5, est reliée à une référence de tension électrique telle que la terre ou au 0 Volt, tandis que l'autre électrode 6, est reliée aux moyens d'acquisition et de traitement 4 par une connexion flexible 8. Un tel élément condensateur 2 est déplacé par les moyens 3 pour présenter un mouvement vertical alternatif, de manière que l'élément condensateur 2 occupe au moins un niveau bas B, représenté en traits o pleins, et un niveau haut H, représenté en traits mixtes à la Fig. 1. Il doit être considéré que ces niveaux bas B et haut H correspondent à des lignes 25 équipotentielles de valeurs différentes. En effet, il doit être rappelé qu'il existe, entre le sol S et le ciel C, un champ électrique dû à l'existence de charges électriques dans l'espace qui, par le phénomène électrostatique crée des charges de signes opposés au niveau du sol. Le champ électrique est dirigé du sol vers les nuages et sa valeur s'exprime en Volt/m. Au fur et à mesure que l'activité orageuse se renforce, le nombre de charges positives et négatives augmente, ce qui amplifie la valeur du champ pouvant atteindre des valeurs de 15 000 Volts/m. De manière classique, un tel champ électrique comprend une valeur comprise entre 5 000 et 15 000 Volts/m. A titre d'exemple, si le champ électrique est égal à 10 000 Volts/m, le potentiel de la ligne équipotentielle correspondant au niveau bas B pris par exemple à 1 m du sol est égal à 10 000 Volts, tandis que le potentiel de la ligne équipotentielle correspondant au niveau haut H pris par exemple à 1,01 m est égal à 10 010 Volts. Le potentiel entre les deux lignes équipotentielles correspondant aux niveaux bas B et haut H est donc égal à 10 Volts dans l'exemple considéré. Le déplacement de l'élément condensateur 2 entre ces deux niveaux bas B et haut H, permet donc d'obtenir un signal électrique proportionnel à la différence de tension due aux deux lignes équipotentielles auxquelles l'élément condensateur est soumis. L'élément condensateur 2 délivre donc un signal électrique proportionnel au champ électrique existant et, par suite, au degré de l'activité électrique atmosphérique. Les moyens d'acquisition et de traitement 4 qui reçoivent le signal électrique délivré par l'élément condensateur 2, surveillent l'évolution soit des signaux électriques correspondant au niveau bas, soit des signaux électriques correspondant au niveau haut, soit de la différence entre les signaux électriques correspondant au niveau bas et au niveau haut. Selon l'exemple de réalisation illustré la Fig. 2, ces moyens d'acquisition de traitement 4 comportent des moyens d'amplification et de filtrage 10 des signaux délivrés par l'élément condensateur 2, reliés à des moyens 11 adaptés pour surveiller l'évolution des signaux électriques correspondant au niveau bas B et/ou au niveau haut H. Ces moyens 11 comparent ainsi les valeurs successives délivrées par l'élément occupant le niveau bas B et/ou occupant le niveau haut H, et/ou les valeurs entre le niveau bas et le niveau haut. Ces moyens de surveillance 11 comparent l'évolution du signal électrique à une valeur ou un niveau d'alerte correspondant à une activité électrique atmosphérique considérée comme orageuse. Les moyens de surveillance 11 sont reliés à des moyens de commande 12 permettant de délivrer un signal d'alarme, lorsque la différence entre le signal électrique du niveau bas et/ou du niveau haut atteint le niveau d'alerte. Selon une caractéristique préférée de réalisation, ces moyens de commande 12 permettent de commander un dispositif de protection d'une installation électrique, lorsque le niveau d'alerte est atteint. De la description qui précède, il doit être compris que l'élément condensateur 2 est déplacé de manière répétée dans un sens ascendant afin de passer d'un niveau bas B à un niveau haut H et dans un sens descendant afin de passer du niveau haut H au niveau bas B. Bien entendu, il peut être envisagé diverses formes de réalisation des moyens de déplacement 3 et par suite, de l'élément condensateur 2. Ces moyens de déplacement 3 sont pilotés par une unité de commande 13 faisant partie des moyens 4. Dans l'exemple illustré à la Fig. 1, l'élément condensateur 2 est soumis à un déplacement vertical linéaire alternatif. Dans cet exemple de réalisation, les moyens de déplacement 3 sont réalisés par un électroaimant 31 fixé sur un support 15. L'électroaimant 31 agit sur une tige de commande 32 portant à une extrémité, l'élément condensateur 2. La tige 32 est déplacé verticalement alternativement dans des sens contraires de manière que l'élément condensateur 2 occupe de manière répétée les positions basse B et haute H. Il est à noter que la tige 32 est retenue en position basse par une butée arrêt 17 venant en appui sur l'électroaimant 31. Dans l'exemple illustré aux Fig. 3 et 4, l'élément condensateur 2 est monté pivotant autour d'un axe d'articulation horizontal de manière que l'élément condensateur 2 puisse occuper successivement les positions basse B et haute H. L'élément condensateur 2 comporte une extrémité 21 fixée à un support, tandis que l'extrémité opposée 22 est sollicitée par les moyens de déplacement 3, de sorte que l'élément condensateur 2 se déplace autour d'un axe de pivotement horizontal. Dans l'exemple illustré, l'élément condensateur 2 est porté par un support isolant 21, dans lequel est aménagée une lumière, par exemple de forme rectangulaire. Les électrodes 5, 6 présentent, également, une forme rectangulaire. L'une des électrodes 6 est fixée, par tout moyen approprié, sur le support 21 et se trouve reliée à une tension de référence. L'autre électrode 5 est reliée aux moyens d'acquisition et de traitement 4. L'extrémité opposée 22 de l'élément condensateur 2 est sollicitée en déplacement vertical alternatif par les moyens de déplacement 3, de sorte que l'élément condensateur 2 se déplace autour d'un axe de pivotement horizontal. L'élément condensateur 2 est sollicité par les moyens de déplacement, avec une liaison mécanique 23 dans l'exemple illustré à la Fig. 3. Selon cet exemple de réalisation, l'élément condensateur 2 est relié, par une liaison mécanique 23, aux moyens de déplacement 3 constitués par une tige 32 déplacée selon une direction verticale par un électroaimant 31. Dans l'exemple illustré aux Fig. 5 à 7, l'élément condensateur 2 est sollicité par les moyens de déplacement 3 sans liaison mécanique. Dans cet exemple de réalisation, l'extrémité opposée 22 de celle 21 fixée au support 21 est placée en relation d'un électroaimant 3 commandé pour attirer, de manière répétitive, l'extrémité 22 de l'élément condensateur 2. Il est à noter que les moyens de déplacement 3 sont adaptés pour permettre à l'élément condensateur 2 d'occuper les niveaux haut et bas, tels que définis ci-dessus, de manière à couper des lignes équipotentielles de valeurs différentes. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour surveiller l'activité électrique atmosphérique en vue de détecter une activité orageuse, caractérisé en ce que: ^ on déplace verticalement et de manière alternative un élément de type condensateur (2), ^ on récupère le signal électrique délivré par l'élément (2) lorsque ce dernier, au cours de ses déplacements, occupe au moins un niveau bas (B) et un niveau haut (H) correspondant à des lignes équipotentielles de valeurs différentes, ^ et on surveille l'évolution des signaux électriques correspondant au niveau bas et/ou au niveau haut, en vue de déterminer le degré de l'activité électrique atmosphérique. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on surveille l'évolution de la différence, entre les signaux électriques correspondant au niveau bas et/ou au niveau haut, en la comparant à un niveau d'alerte correspondant à une activité électrique atmosphérique considérée orageuse. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lorsque la différence, entre les signaux électriques du niveau bas et/ou du niveau haut, atteint le niveau d'alerte, on commande un dispositif de protection pour une installation électrique. 4 - Dispositif pour surveiller l'activité électrique atmosphérique, en vue de détecter une activité orageuse, caractérisé en ce qu'il comporte: ^ un élément de type condensateur (2) comportant au moins deux électrodes (5, 6) séparées par un diélectrique, É des moyens de déplacement (3) de l'élément selon un mouvement vertical alternatif, de manière que ledit élément occupe au moins un niveau bas et un niveau haut correspondant à des lignes équipotentielles de valeurs différentes, É et des moyens (4) d'acquisition et de traitement des signaux 30 électriques, délivrés par l'élément condensateur et adaptés pour surveiller l'évolution des signaux électriques, correspondant au moins au niveau bas et/ou au niveau haut dudit élément, en vue de déterminer le degré de l'activité électrique atmosphérique. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément condensateur (2) est formé par au moins deux électrodes (5, 6) séparées par un diélectrique (7), l'une des électrodes étant reliée à une référence de tension électrique, tandis que l'autre est reliée aux moyens d'acquisition et de traitement (4). 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément condensateur (2) comporte une extrémité (21) fixée à un support, tandis que l'extrémité opposée (22) est sollicitée par les moyens de déplacement (3), de sorte que l'élément se déplace autour d'un axe de pivotement horizontal. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'extrémité (22) de l'élément est sollicitée par les moyens de déplacement (3), avec ou sans liaison mécanique. 8 - Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'élément condensateur (2) est relié à des moyens de déplacement (3) lui imprimant un mouvement vertical alternatif linéaire. 9 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens d'acquisition et de traitement (4) comportent: ^ des moyens (11) pour comparer la différence, entre les signaux électriques du niveau bas et/ou du niveau haut, à un niveau d'alerte correspondant à une activité électrique atmosphérique considérée comme orageuse, É et des moyens (12) de commande d'un dispositif de protection d'une installation électrique lorsque la différence entre les signaux électriques du niveau bas et/ou du niveau haut atteint le niveau d'alerte. - Système de protection, contre la foudre, d'une installation électrique, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (1) pour surveiller l'activité électrique atmosphérique conforme à l'une des revendications 4 à 9.