Brevet FR2901902A1 — publié le 20071207

La présente invention concerne un dispositif de détection et d'alerte à distance de tentatives de vols de câbles conducteurs destinés au transport de l'énergie, lorsque ces derniers sont hors tension, comme par exemple pendant les périodes d'entretien ou de pose. Son utilisation s'applique à la surveillance de grandes étendues tout en assurant la localisation de la tentative de vol. Actuellement, la surveillance de ces installations s'effectue par l'utilisation de rondes de contrôle. Cette pratique n'est ni efficace ni économique, car pour être dissuasive, les rondes doivent être fréquentes, ce qui n'est guère possible lorsqu'une ligne de transport d'énergie doit être protégé sur des distances de plusieurs dizaines de kilomètres, en pleine campagne. L'invention, par sa capacité de détection et de transmission à distance à un poste central d'intervention résout cette difficulté. L'intervention est dirigée vers la zone où une malveillance a été détectée, dans les temps les plus courts. Elle s'applique partout où il existe un risque de vol, pour les lignes de transport d'énergie électrique ou pour les caténaires des chemins de fer électrifiés. La figure 1 montre une ligne aérienne de transport d'énergie (1) en cours d'installation. Elle est suspendue aux pylônes (2) par l'intermédiaire d'isolateurs (3). Les 2 extrémités (4) et (5) sont, pour des raisons de sécurité, mises au potentiel de la terre par des fils provisoires (6) et (7), ici directement réunis aux pylônes en métal conducteur (8) et (9) au potentiel de la terre par construction. Le vol nécessite la coupure de la ligne (1), l'endroit peut être quelconque (11). En ce cas, la boucle électrique constituée par la ligne (1), les fils provisoires de mise à la terre(6) et (7), les pylones (8) et (9), et le sol (10) qui formait une boucle fermée figure 2 A est ouverte, comme l'indique la figure 2 B Lors de la pose ou de l'entretien des caténaires de voies électrifiées, la coupure peut, dans un premier temps n'être pratiquée que sur le fil caténaire (12) figure 3, le fil (13) appelé porteur restant en place. La coupure n'est alors pas totale et l'agression se caractérise alors par une variation de l'impédance de la boucle complexe, constituée alors des 2 fils (12) et (13), des fils provisoires de mise à la terre (14) et (15) (16) et (17) les pylônes et le sol. Selon l'invention, une mesure de la continuité électrique de cette boucle renseigne sur la présence d'une coupure, donc d'une tentative de vol ou de dégradation. Le dispositif revendiqué comporte, figure 4, un ensemble constitué d'un boîtier robuste (20) qui inclut tous les moyens de contrôle de la continuité électrique de la ligne, de détection, d'analyse et de télétransmission des alertes et d'un fil continu de mise à la terre de la ligne dans sa zone médiane, raccordé au secondaire d'un transformateur (30) inclus dans le boîtier (20), dont une longueur (21) est fixée à la ligne (1) et l'autre (22) au sol, par exemple par l'intermédiaire d'un pylône (23) ou de tout autre élément conducteur relié au sol (10). Le boîtier (20) figure 5 comporte un moyen de mesure de l'impédance de la ligne (24) qui sera décrit ultérieurement, un ou plusieurs détecteurs de chocs (25), un processeur de commande, d'analyse et de synthèse des informations et de décision d'alerte (26), un modem radioélectrique de télétransmission (27) et son antenne (28), et une alimentation électrique autonome (29), pile ou batterie d'accumulateurs. Le moyen de mesure de l'impédance, selon l'invention, utilise la propriété de résonance électrique consécutive aux éléments électriques comprenant les 2 boucles fermées constituée par les 2 moitiés de la ligne(1) réunies au sol et par les 2 longueurs du fil de mise à la terre (21) et (22) et le secondaire du transformateur (30), et le condensateur (33) raccordé au primaire du transformateur (30) . En effet - figure 6, les longueurs de fils (21) et (22) sont réunies au secondaire d'un transformateur électrique (30) et donc réunissent la ligne (1) au sol ((10). La figure 6 représente ces 2 boucles normalement fermées ((31 et (32). Le sens des flèches indique les directions pris par les courants que peut générer le transformateur (30). Une ligne constituée de 2 fils distants, comme par exem ple une ligne aérienne et le sol présente une inductance propre proportionnelle à la surface séparant ces 2 fils et fermée par les liaisons verticales, comme par exemple les pylônes d'extrémités reliant la ligne à la terre. Ainsi les 2 boucles (31) et (32) présentent une inductance propre non négligeable, de l'ordre de 0.002 Henry pour une longueur de 750 mètres et une hauteur de 5.5 mètres. Chaque boucle a aussi une résistance électrique, somme des résistance de la ligne, des fils de liaisons aux pylônes, du sol. Cette résistance est pour une ligne de 750 mètres de long et un sol moyennement conducteur de l'ordre de quelques ohms. Selon l'invention, un courant alternatif de fréquence fl est fourni, par l'intermédiaire du transformateur aux fils (21) et (22) et donc parcours les 2 boucles (31) et (32). La figure 7 montre le schéma de mesure utilisé. Il est constitué d'un condensateur (33), du transformateur (30) dont l'enroulement primaire est réuni d'une part au condensateur (33) et d'autre part à la sortie de l'amplificateur (34) dont l'entrée est raccordée à un générateur de tension sinusoïdale de fréquence fl (35). La mesure de contrôle de la ligne consiste à prélever la tension aux bornes du condensateur (33). Ce schéma se traduit, figure 8, par le schéma électrique conventionnel, dans lequel les impédances sont toutes ramenées au primaire, c'est-à-dire, que les inductances L1 et L2 et les résistances R1 et R2 des 2 boucles (31) et (32), deviennent des inductances Lpl et Lp2 et les résistances Rpl et Rp2 égales aux inductances et aux résistances des boucles divisées par le carré du rapport de transformation primaire/secondaire m. Lpl=L1/m2 Lp2=L2/m2 Rp1=R1/m2 Rp2=R2/m2 L'ensemble condensateur, inductances propres ramenées Lpl et Lp2 , et résistances ramenées Rpl et Rp2 constitue un circuit résonant. 3 Il peut encore être simplifié si la mesure s'effectue au milieu de la ligne, car alors Lpl=Lp2 et Rpl=Rp2.. La figure 10 représente ce schéma simplifié, avec L=Lpl/2 et R=Rp 1/2. Les caractéristiques de ce circuit résonant a une fréquence de résonance sont : Avec Val, tension d'alimentation du circuit figure 10 La figure 9 représente le module de la tension Vacq, pour 2 états : le premier correspond au circuit 10 ligne non perturbée, le second correspond au module de la tension, ligne coupée ou agressée. La simple mesure de ce module ne suffit pas, car, par exemple, pour une fréquence de mesure égale à f2 figure 9, la sensibilité est nulle. Selon l'invention, une démodulation synchrone, procédé connu, est appliquée à cette tension et dont seule la partie active est traitée fournit une valeur de test VT telle que Val VT=ù(f / f 0)2 Pour une fréquence f proche de f0, cette valeur de test est très sensible à une variation m^me minime de l'inductance L. Par exemple, pour f=0,9. f0, la valeur de test VT de consigne est de 5,2.Val En supposant une variation d'inductance de 10% soit L1=1,1.L, la fréquence de résonance est alors diminuée et devient 0,95.fO,et la valeur de test passe alors à 3,79.Val. et la variation initiale 10% se traduit par une variation de 28%. Une fréquence f plus proche de la résonance augmenterait encore plus cette sensibilité : par exemple pour f=0,95. f0, la variation est alors de 48%. De plus ce procédé élimine ou réduit fortement les parasites et les signaux aléatoires, tels que ceux provoqués par les orages ou les émetteurs de radiofréquences. Le dispositif selon l'invention effectue le contrôle de la ligne par prélèvements brefs séparés par un temps de repos long, afin de préserver l'autonomie de l'alimentation électrique , piles ou accumulateurs. La figure 11 représente le diagramme temporel d'un cycle de mesure et d'analyse. Le premier tracé représente la commande issue du calculateur de traitement. Le second représente le courant alternatif émis par l'amplificateur et transmis après répartition et conversion par le transformateur (30) aux boucles (31) et (32). Le temps tl Fréquence de résonance f0= 2. pi. L.0 Facteur de qualité : Q= 2.pi.L R Et l'amplitude complexe de la tension de mesure Vacq est , en fonction de la fréquence, donnée par la relation Val Vacq= ( 1ù(f/f0)2+j flfO)2 1 correspond à l'émission de ce courant, de fréquence choisie selon un algorithme qui sera précisé ultérieurement. Le rapport cyclique de ce temps d'émission au temps de cycle t2 est petit, par exemple de l'ordre de 1/100, ceci afin de ne pas consommer trop d'énergie et donc d'assurer une autonomie de l'alimentation compatible avec la durée de la surveillance. Le troisieme représente la tension mesurée aux bornes du condensateur (33) La dernière courbe représente les données de signal prises en compte pour le traitement de l'alarme, la période transitoire, fluctuante, est supprimée car inexploitable. Ces données subissent une démodulation synchrone, effectuée par multiplication, à chaque pas d'échantillonnage, de la tension d'entrée de l'amplificateur et de la tension ci-dessus, puis par addition cumulée, semblable au calcul de valeur moyenne, selon la formule de récurrence suivante ; Vd=Vd+ V1(i).V2(i) cumulée pendant le temps t3 (figure 11), i étant le ième échantillon du cycle de génération du courant alternatif. Selon l'invention, lors de la pose du dispositif, une première étape consiste à choisir par l'intermédiaire d'un processus automatique la fréquence de génération optimale; elle consiste, par l'intermédiaire du calculateur (26) qui génère la fréquence du signal émis (35) à faire varier cette fréquence partant d'une fréquence basse pour aller au delà de la fréquence de résonance f0, détectée par un algorithme assez conventionnel de recherche du sommet C figure 9. La mesure du rapport des fréquences f0 et f3, f3 étant la fréquence pour laquelle le signal mesuré est devenu moitié du signal mesuré à la fréquence f0 figure 9, fournit le facteur de qualité Q. Cela suffit pour choisir la fréquence fl, fréquence nominale assurant une sensibilité de détection constante, en fixant par exemple la fréquence de travail à 0,9 fois la fréquence propre f0. Dès que la fréquence de travail nominale est calculée, il envoie un signal codé d'information de mise sous surveillance de la ligne. Selon l'invention, le calculateur, à des temps prédéfinis, envoie via le modem radioélectrique son indicatif codé suivi de la mesure de la tension de la batterie, qui est une information nécessaire pour le suivi de l'état d'autonomie du dispositif de surveillance et afin de confirmer son état de fonctionnement opérationnel. Dès qu'une variation significative rapide des caractéristiques mesurées est identifiée, et après analyse et filtrage des éventuels parasites dus aux dérives, par exemple de la conductivité du sol, du vent ou de présences d'orage, l envoie son identification et un code d'alerte. Dès qu'une suite de chocs dépassant un seuil prédéfini est identifiée, il envoie son identification et un autre code d'alerte. Selon l'invention, le récepteur des émissions radio collationne toutes les émissions de tous les dispositifs répartis le long de la ligne à protéger. Lorsque les distances entre émetteur et récepteur excèdent les portées des ondes radioélectriques émises dont la puissance est limitée par les normes en vigueur et l'autonomie de la batterie du dispositif, le transfert des information se fait en utilisant les moyens commerciaux proposés par les réseaux de téléphonie mobile, chaque dispositif ayant alors un numéro d'identification et appelant soit un numéro de réception commun de centralisation des information, soit un indicatif du type SMS. Selon l'invention, le centralisateur des informations est doté d'un moyen permettant d'appeler automatiquement l'équipe d'intervention la plus proche de l'alerte détectée. REVENDICATIONS 1) Dispositif de détection et d'alerte à distance de tentative de vols de câbles conducteurs hors tension aériens mis à la masse du sol caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble constitué d'un boîtier robuste (20) qui inclut tous les moyens de contrôle de la continuité électrique de la ligne, les moyens de détection, d'analyse et de télétransmission des alertes et d'un fil continu de mise à la terre de la ligne dans sa zone médiane, raccordé au secondaire d'un transformateur (30)inclus dans le boîtier (20), dont un bout (21) est fixé à la ligne (1) et l'autre (22) au sol, par exemple par l'intermédiaire d'un pylône (23) ou de tout autre élément conducteur relié au sol (10), ainsi que un ouplusieurs détecteurs de chocs (25). 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le moyen de mesure de l'impédance utilise la propriété de résonance électrique consécutive aux éléments électriques comprenant les 2 boucles fermées constituée par les 2 moitiés de la ligne(1) réunies au sol et par les 2 bouts du fil de mise à la terre (21) et (22) et le secondaire du transformateur (30), et le condensateur (33) raccordé au primaire du transformateur (30) . 3) Dispositif selon la revendication 1, 2 caractérisé par la fourniture d'un courant 10 alternatif de fréquence fl qui, par l'intermédiaire du transformateur et des longueurs de fils (21) et (22) parcours les 2 boucles (31) et (32). 4) Dispositif selon revendications précédentes, caractérisé par la réunion de l'enroulement primaire d'une part au condensateur (33) et d'autre part à la sortie d'un amplificateur (34) dont l'entrée est raccordée à un générateur de tension sinusoïdale de fréquence fl (35). 5) Dispositif selon revendications précédentes, caractérisé en ce que la mesure de contrôle de la ligne consiste à prélever la tension aux bornes du condensateur (33) démodulée de façon synchrone, par multiplication, à chaque pas d'échantillonnage, de la tension d'entrée de l'amplificateur et de la tension apparaissant aux bornes du condensateur, purgée des valeurs fluctuantes transitoires et addition cumulée 6) Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé par le fait que le contrôle 15 de la ligne s'effectue par prélèvements brefs séparés par un temps de repos long, afin de préserver l'autonomie de l'alimentation électrique, piles ou accumulateurs. 7) Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé par le fait que lors de la pose du dispositif, un processus automatique choisit la fréquence de génération optimale, l'intermédiaire d'un calculateur (26) qui génère une fréquence variable du signal émis (35) pour déterminer la fréquence de résonance f0, et le facteur de qualité Q. 8) Dispositif selon revendication 1 caractérisé en ce que le calculateur, à des temps prédéfinis, envoie via le modem radioélectrique son indicatif codé suivi de la mesure de la tension de la batterie, qui est une information nécessaire pour le suivi de l'état d'autonomie du dispositif de surveillance et afin de confirmer son état de fonctionnement opérationnel que dès qu'une variation significative rapide des caractéristiques mesurées est identifiée, et après analyse et filtrage des éventuels parasites dus aux dérives, par exemple de la conductivité du sol, du vent ou de présences d'orage, il envoie son identification et un code d' alerte. que dès qu'une suite de chocs dépassant un seuil prédéfini est identifiée, il envoie son identification et un autre code d'alerte. 9) Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé en ce que le récepteur des émissions radio collationne toutes les émissions de tous les dispositifs répartis le long de la ligne à protéger et lorsque les distances entre émetteur et récepteur excèdent les portées des ondes radioélectriques émises dont la puissance est limitée par les normes en vigueur et l'autonomie de la batterie du dispositif, le transfert des information se fait en utilisant les moyens commerciaux proposés par les réseaux de téléphonie mobile, chaque dispositif ayant alors un numéro d'identification et appelant soit un numéro de réception commun de centralisation des information, soit un indicatif du type SMS.