Brevet FR2958755A1 — publié le 20111014

DISPOSITIF DE MESURE A DIVISEUR DE TENSION ELECTRIQUE DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un dispositif de mesure à diviseur de tension électrique comportant : - une première résistance de mesure connectée entre une entrée de mesure de tension et un point commun, - une seconde résistance de mesure connectée entre ledit point commun et une masse électrique de référence, - une sortie de mesure connectée audit point commun, - une enveloppe extérieure de blindage entourant lesdites première et seconde résistances de mesure connectée à ladite masse électrique de référence, et - une électrode capacitive intérieure entourant lesdites première et seconde résistances de mesure et disposée à l'intérieur de ladite enveloppe extérieure de blindage. ETAT DE LA TECHNIQUE Les dispositifs de mesure de tension en moyenne ou haute tension électrique connus représentés sur la figure 1 comportent une première résistance 1 de forte valeur connectée a une entrée 2 de mesure haute tension et une seconde résistance 3 de pied de faible valeur connectée à une masse électrique 4. Les deux résistances sont reliées à un point commun 5 pour former un pont résistif. Le point commun 5 est relié à une sortie 6 de mesure du pont résistif. De manière connue, des diviseurs résistifs à haute tension sont disposés dans une enveloppe extérieure 7 de blindage entourant les résistances de mesure 1 et 3. Dans une telle disposition, des capacités parasites 8 apparaissent entre la résistance 1 et l'enveloppe extérieure reliée à la masse. Ces condensateurs sont repartis sur la longueur de la résistance 1 et de l'enveloppe extérieure 7. Ainsi, la résistance de mesure 1 et les condensateurs 8 forment un filtre passe bas réparti. Un tel filtre génère un déphasage du signal de sortie par rapport au signal de tension d'entrée et atténue les fréquences élevées du signal, en particulier les harmoniques. D'autres dispositifs représentés sur la figure 2 comportent une électrode capacitive intérieure 9 entourant les résistances de mesure 1 et 3. Cette électrode, généralement disposée à l'intérieur de l'enveloppe extérieure de blindage 7, est raccordée à la sortie la sortie de mesure 6. Un tel dispositif est décrit dans la demande de brevet DE19841164. Les dispositifs comportant une électrode capacitive intérieure ont un déphasage amélioré. Cependant, le déphasage est encore trop élevé pour utiliser ces dispositifs dans des systèmes de mesure de puissance électrique. De plus, avec ces dispositifs la mesure de signaux comportant des harmoniques de rangs élevés n'est pas suffisamment précise. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention a pour but un dispositif de mesure à diviseur de tension ayant un déphasage réduit, permettant la mesure de signaux harmoniques de rangs élevés et ayant une faible dérive du déphasage en température. Dispositif de mesure à diviseur de tension électrique selon l'invention comportant : - une première résistance de mesure connectée entre une entrée de mesure de tension et un 20 point commun, - une seconde résistance de mesure connectée entre ledit point commun et une masse électrique de référence, - une sortie de mesure connectée audit point commun, - une enveloppe extérieure de blindage entourant lesdites première et seconde résistances 25 de mesure connectée à ladite masse électrique de référence, et - une électrode capacitive intérieure entourant lesdites première et seconde résistances de mesure et disposée à l'intérieur de ladite enveloppe extérieure de blindage, comporte un circuit de compensation de déphasage connecté entre ladite électrode capacitive intérieure et ledit point commun. 30 Dans un mode de réalisation préférentiel, le circuit de compensation est un circuit dipôle à deux entrée-sortie. De préférence, le circuit de compensation est un circuit à avance de phase. De préférence, le circuit de compensation comporte au moins une résistance et un condensateur. De préférence, le circuit de compensation comporte au moins un composant électronique ayant une grandeur électrique variable en fonction de la température. Selon une première variante, le circuit de compensation est disposé à l'intérieur de la dite électrode capacitive intérieure. Selon une seconde variante, ladite électrode capacitive intérieure est connectée à une sortie de compensation et le circuit de compensation est connecté entre ladite sortie de compensation et ladite sortie de mesure. Avantageusement, la première résistance de mesure a une valeur supérieure à 50 mégohms. Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif comporte : - une première couche isolante entre ladite enveloppe extérieure de blindage et ladite électrode capacitive intérieure, et - une seconde couche isolante entre ladite électrode capacitive intérieure et ladite première résistance de mesure, la première et la seconde couche isolante ayant des variations des caractéristiques diélectriques en fonction de la température sensiblement identiques. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés aux dessins annexés sur lesquels : - Les figures 1 et 2 représentent des dispositifs de mesure à pont résistifs de l'état de la technique ; - la figure 3 représente un dispositif de mesure selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 représente un premier schéma de modélisation d'un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 représente un dispositif de mesure selon un second mode de réalisation de l'invention ; - la figure 6 représente un second schéma de modélisation d'un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention ; - Les figures 7 à 9 représentent des schémas de circuits de compensation utilisés dans des dispositifs selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION PREFERES La figure 3 représente un dispositif de mesure à diviseur de tension électrique comportant une première résistance de mesure 1 connectée entre une entrée 2 de mesure de tension et un point commun 5, une seconde résistance de mesure 3 connectée entre ledit point commun 5 et une masse électrique de référence 4, et une sortie 6 de mesure connectée audit point commun. Le dispositif comporte aussi une enveloppe extérieure 7 de blindage entourant les première et seconde résistances 1 et 3 de mesure et connectée à ladite masse électrique de référence. L'enveloppe 7 protège les résistances contre les perturbations électromagnétiques et électrostatiques extérieures au dispositif. Une électrode capacitive intérieure 9 de compensation entourant lesdites première et seconde résistances de mesure 1 et 3 est disposée à l'intérieur de ladite enveloppe extérieure de blindage. Elle permet de ramener vers le signal de sortie des signaux recueillis par la liaison capacitive avec les résistances. Selon l'invention, le dispositif comporte un circuit 10 de compensation de déphasage connecté entre ladite électrode capacitive intérieure 9 de compensation et ledit point commun 5. Le circuit de compensation 9 comporte des composants électroniques permettant de compenser précisément le déphasage entre le signal de sortie sur la sortie 6 et le signal haute tension d'entrée sur l'entrée 2. Le circuit de compensation permet aussi de garantir une atténuation du signal quasi constante sur une bande passante du signal à mesurer afin de mesurer des harmoniques de rangs élevés. Par exemple, la bande passante à mesurer sera de préférence entre la fréquence fondamentale et la treizième harmonique (rang 13). Dans le mode réalisation de la figure 3, le circuit de compensation 10 est disposé à l'intérieur de l'électrode capacitive intérieure 9. Le circuit 10 se présente sous la forme d'un circuit imprimé comportant les composants électroniques. La figure 4 représente un premier schéma de modélisation d'un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention. Les résistances 1 et 3 forment un pont diviseur résistif, les condensateurs répartis 8 entre la résistance 1 et l'électrode capacitive intérieure 9 d'une part et des condensateurs 11 répartis entre l'électrode capacitive intérieure 9 et l'enveloppe extérieure 7 forment un diviseur capacitif. Le circuit de compensation 10 est connecté entre le diviseur capacitif et le diviseur résistif de manière à optimiser ou à réduire le déphasage conjointement avec l'augmentation de la bande passante du dispositif. Dans le mode réalisation de la figure 5, l'électrode capacitive intérieure 9 est connectée à une sortie de compensation 12 et le circuit 10 de compensation est connecté entre la sortie de compensation 12 et la sortie de mesure 6. Le circuit 10 se présente sous la forme d'un circuit imprimé comportant les composants électroniques dans un boîtier disposé à l'extérieur de l'enveloppe extérieure 7. La figure 6 représente un second schéma de modélisation d'un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention. Sur ce schéma, la résistance répartie 1 et les condensateurs répartis 8 sont représentés par une succession de filtres résistance-condensateur (RC). De préférence, le circuit de compensation est un circuit dipôle à deux entrée-sorties13 et 14 comme représenté sur les figures 7, 8 et 9. Le circuit de compensation est dans la plupart des cas un circuit à avance de phase. Cependant, ce déphasage peut être ajusté en fonction de déphasages d'autres circuits de mesure. Par exemple, il sera ajusté en fonction d'un déphasage subit par un circuit de mesure de courant associé dans le cadre d'une mesure de puissance active ou réactive ou d'un cosinus cp d'une installation. Dans des versions simplifiées, le circuit de compensation comporte une résistance 15 connecté en série avec un condensateur 16 comme sur la figure 7, ou un condensateur 17 et une résistance 18 connecté en parallèle comme sur la figure 8. Les couches de matériaux diélectriques disposées entre la résistance 1 et l'électrode capacitive intérieure 9 et entre ladite électrode capacitive intérieure et l'enveloppe extérieure 7 peuvent avoir des caractéristiques diélectriques qui varient en fonction de la température. Ainsi, les valeurs de condensateurs 8 et 11 varient également en fonction de la température. De telles variations ont des effets sur le déphasage et la bande passante. Pour limiter ces effets, le dispositif selon un mode de réalisation de l'invention comporte une première couche isolante 30 entre ladite enveloppe extérieure de blindage et ladite électrode capacitive intérieure et une seconde couche isolante 31 entre ladite électrode capacitive intérieure et ladite première résistance de mesure réalisées avec des matériaux ayant des variations des caractéristiques diélectriques en fonction de la température sensiblement identiques. Avantageusement, le matériau est identique pour les deux couches. Pour améliorer la compensation en fonction de la température, le circuit 10 de compensation comporte au moins un composant électronique ayant une grandeur électrique variable en fonction de la température. Sur la figure 9, le circuit de compensation est complexe. Il comporte un premier condensateur 19 en série avec une résistance 20 et en série avec une cellule RC parallèle comportant un condensateur 21 et une résistance 22 ayant une valeur variable en fonction de la température. Le coefficient de température de la résistance 22 peut être positif (CTP) ou négatif (CTN). Le circuit de compensation décrit ci-dessus permet de réaliser un dispositif de mesure de tension ayant des résistances 1 de très forte valeur. Avantageusement, la résistance de mesure 1 a une valeur supérieure à 50 mégohms (Mn). Les fortes valeurs de résistance permettent de limiter la puissance électrique dissipée dans les dispositifs de mesure et par conséquent de pouvoir diminuer leur volume. Les dispositifs décrits ci-dessus sont particulièrement destinés à la mesure de moyenne tension, haute tension, ou très haute tension, par exemple de 1000 volts à l00 000 volts. REVENDICATIONS1. Dispositif de mesure à diviseur de tension électrique comportant : - une première résistance de mesure (1) connectée entre une entrée (2) de mesure de tension et un point commun (5), - une seconde résistance de mesure (3) connectée entre ledit point commun (5) et une masse électrique (4) de référence, - une sortie de mesure (6) connectée audit point commun (5), - une enveloppe extérieure (7) de blindage entourant lesdites première et seconde résistances de mesure connectée à ladite masse électrique (4) de référence, et - une électrode capacitive (9) intérieure entourant lesdites première et seconde résistances de mesure et disposée à l'intérieur de ladite enveloppe extérieure (7) de blindage, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte un circuit (10) de compensation de déphasage connecté entre ladite électrode capacitive (9) intérieure et ledit point commun (5). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit (10) de compensation est un circuit dipôle à deux entrée-sortie (13, 14). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le circuit (10) de compensation est un circuit à avance de phase. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le circuit (10) de compensation comporte au moins une résistance (15, 18, 20, 22) et un condensateur (16, 17, 19, 21). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le circuit (10) de compensation comporte au moins un composant électronique (22) ayant une grandeur électrique variable en fonction de la température.30 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le circuit (10) de compensation est disposé à l'intérieur de la dite électrode capacitive intérieure (9). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que ladite électrode capacitive intérieure (9) est connectée à une sortie (12) de compensation et le circuit (10) de compensation est connecté entre ladite sortie (12) de compensation et ladite sortie (6) de mesure. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que la première résistance (1) de mesure a une valeur supérieure à 50 mégohms. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'il comporte : - une première couche isolante (30) entre ladite enveloppe extérieure (7) de blindage et ladite électrode capacitive (9) intérieure, et - une seconde couche isolante (31) entre ladite électrode capacitive (9) intérieure et ladite première résistance (1) de mesure, la première et la seconde couche isolante ayant des variations des caractéristiques diélectriques en fonction de la température sensiblement identiques.