Brevet FR2950748A1 — publié le 20110401

ENVELOPPE DE CONDUCTEUR ELECTRIQUE MUNIE DE CAPTEURS DE COURANT DESCRIPTION Le sujet de l'invention est une enveloppe de conducteur électrique munie de capteurs de courant, et qui peut trouver emploi dans un appareillage électrique qui est un autre aspect de l'invention. Certains appareillages électriques à moyenne ou haute tension tels que les postes sous enveloppe métallique (PSEM) ou les commutateurs isolés au gaz (GIS) comprennent un conducteur linéaire et une enveloppe rigide remplie d'un gaz isolant qui l'entoure à distance, tout en le soutenant par des entretoises isolantes en forme de disques. Il sont munis de divers capteurs, dont des capteurs de courant pouvant être placés sur l'enveloppe et qui mesurent la circulation d'un courant dans le conducteur par induction électrique ou par effet Faraday, selon que l'élément sensible du capteur est un autre conducteur électrique ou une fibre optique. Les capteurs de ce genre sont enroulés sur l'enveloppe dans les deux cas en formant au moins une spire afin de capter un signal suffisant, et des appareils de mesure sont connectés à au moins une de leurs extrémités. Cette dernière nécessité impose de percer l'enveloppe, dans le cas le plus fréquent où les capteurs sont logés dans un boîtier monté sur la face interne de l'enveloppe, mais cela représente l'inconvénient de rendre l'étanchéité de l'enveloppe 2 plus difficile. Un autre inconvénient souvent observé est que le montage du capteur s'accompagne de discontinuités importantes de la section de l'enveloppe, qui entraînent des perturbations du courant de retour à haute fréquence qui apparaît notamment aux commutations de l'appareillage, et qui peuvent alors provoquer du rayonnement électromagnétique qui fausse les mesures des capteurs ou des arcs endommageant le gaz isolant dans l'enveloppe. Un inconvénient général des capteurs montés à l'intérieur de l'enveloppe est enfin qu'ils imposent un démontage de celle-ci s'ils doivent être remplacés, ce qui est malencontreux puisqu'il faut, entre autres contraintes, éviter de relâcher le gaz isolant interne, toxique et polluant ; mais si les capteurs sont installés à l'extérieur de l'enveloppe, ce qu'on a choisi dans certaines conceptions connues, soit l'encombrement de l'appareillage est augmenté à cause d'un boîtier dans lequel ils sont protégés, soit ils sont laissés nus et exposés à des dommages. Le document US-A-5 136 236 décrit un montage caractéristique de ces capteurs. Le document EP-A-1 710 589 décrit un autre montage, dans lequel les capteurs sont logés à l'intérieur de l'enveloppe dans des rainures d'un segment de l'enveloppe, les gorges s'ouvrant sur les faces planes d'extrémités du segment, touchant les segments voisins de l'enveloppe : un démontage complet de l'enveloppe est nécessaire pour les capteurs. Le document US-A-4 320 337 décrit un montage des capteurs à l'extérieur de l'enveloppe. Et 3 le document GB-A-2 332 784 décrit un montage où les capteurs sont montés sur une bobine installée autour du conducteur, sans contact avec l'enveloppe : cette conception n'évite pas les inconvénients de devoir démonter l'enveloppe pour les remplacer, et on peut supposer que la mesure du signal du capteur à travers tout un rayon de l'appareillage sera problématique. L'enveloppe caractéristique de l'invention est dépourvue des inconvénients précédents : elle permet une installation et un remplacement aisés du capteur ou des capteurs et elle ne perturbe pas la circulation de courants dans l'enveloppe, ni l'étanchéité de l'enveloppe. Sous une forme générale, elle concerne une enveloppe de conducteur électrique, l'enveloppe étant rigide et distante du conducteur électrique qu'elle entoure, caractérisée en ce qu'elle comprend une cavité circulaire munie d'au moins une ouverture à une face externe, la cavité étant occupée par au moins une gorge de guidage d'un capteur filiforme de courant du conducteur, la gorge comprenant au moins une spire et débouchant sur l'ouverture. L'enveloppe peut comprendre une pluralité de telles ouvertures et de telles gorges, chacune des gorges débouchant dans une ouverture respective, les ouvertures étant de préférence décalées angulairement autour de l'enveloppe à la fois pour mieux distinguer les capteurs et pour offrir des gains de place pour les dispositifs de mesure. Cette conception permet de mettre le capteur ou les capteurs à l'abri entre deux parois 4 concentriques de l'enveloppe, en s'assurant qu'il est bien placé grâce au guidage dans la gorge. La paroi extérieure comporte l'ouverture d'installation du capteur, mais la paroi interne reste continue, ce qui préserve l'étanchéité. L'extrémité de mesure du capteur reste accessible à travers l'ouverture. Le seul encombrement supplémentaire nécessité par le capteur correspond au boîtier de mesure. Et les perturbations électriques sont réduites tant que l'enveloppe qui abrite le capteur prolonge bien les autres en ayant des dimensions analogues de rayon. La gorge peut être établie sur une face de la cavité, ou dans un tube fixé à la cavité. Quoi qu'il en soit, elle peut être formée dans une matière à frottement plus faible qu'une matière prépondérante (métallique) de l'enveloppe, afin de permettre des montages et démontages plus faciles. L'enveloppe peut être montée en prolongement d'autres enveloppes, lisses, c'est-à-dire dépourvues de cavité, du conducteur. Elle est avantageusement composée de deux pièces pourvues chacune d'une bride plate de fixation à une des autres enveloppes et d'une entretoise, les entretoises étant concentriques, jointives à la bride de la même pièce et munies de faces de centrage mutuel, la cavité s'étendant entre les entretoises, une des entretoises prolongeant les enveloppes lisses et butant directement contre la bride de l'autre des pièces, l'autre des entretoises étant à un rayon différent des enveloppes lisses et butant contre la bride de l'autre des pièces par une garniture d'étanchéité isolante de l'électricité. L'appareillage peut comprendre une pluralité de tels capteurs filiformes logés dans la gorge de la cavité, dont un capteur à fibre optique et un capteur à transformateur de courant conjoints, ce 5 qui peut améliorer la qualité des mesures. La perturbation à la forme de l'enveloppe générale est alors minime, ainsi que les irrégularités causées aux courants. L'invention sera maintenant décrite en liaison aux figures suivantes : - la figure 1 est une vue générale d'une implantation de l'invention, - la figure 2 est une première vue d'une réalisation d'enveloppe d'appareillage électrique selon l'invention, - la figure 3 est une deuxième vue, - la figure 4 est une vue en éclaté d'une autre réalisation de l'invention, - la figure 5 illustre une variante, - et la figure 6 est une représentation d'un capteur. La figure 1 est une vue extérieure d'une portion d'enveloppe d'un appareillage électrique tel qu'un poste PSEM ou GIS, dont l'élément caractéristique de l'invention est une enveloppe 1 centrale, qu'on a représentée bridée à deux autres enveloppes 2, cylindriques et lisses. Un conducteur 4 s'étend au centre des enveloppes 1 et 2, qui l'isolent de l'extérieur. L'enveloppe 1, servant à porter des capteurs, peut être plus courte que les autres. On a représenté ici un agencement à deux capteurs, puisque 6 les avantages de l'invention sont plus manifestes quand plusieurs capteurs sont employés, mais on pourrait parfaitement envisager l'emploi d'un seul capteur. La figure 1 étant une vue extérieure, on voit seulement les boîtiers de mesure 5, qui sont montés à l'extérieur de l'enveloppe 1, à deux emplacements angulaires différents, chacun sur la plus grande partie de la longueur de l'enveloppe 1. Si on retire les boîtiers 5, on démasque deux ouvertures 6 décalées longitudinalement et angulairement sur l'enveloppe 1 comme le représente la figure 2 ; les ouvertures 6 mènent à une cavité 7 à l'intérieur de l'enveloppe 1, qui peut être selon le cas commune aux deux ouvertures ou divisée par une nervure 8, et la cavité 7 comprend ici deux tubes 9 s'enroulant autour de l'enveloppe 1 en formant ici une pluralité de spires et dont les extrémités 10 s'ouvrent devant une ouverture 6 respective. Les tubes 9 servent à loger les capteurs, ici à fibre optique exploitant l'effet Faraday des courants passant par le conducteur 4. Les capteurs sont enfoncés dans les tubes 9 par les ouvertures 10, qui servent à les guider et à les maintenir à une position favorable à la mesure sans leur permettre de glisser dans la cavité 7. Les tubes 9 sont collés ou fixés d'une manière quelconque dans les cavités 7. Ils sont avantageusement en matière à frottement plus faible que la matière de l'enveloppe 1, comme en PTFE : l'introduction des capteurs, de même que leur enlèvement afin de les remplacer, sont alors faciles. Un capteur de courant 25 idoine est représenté à la figure 6. Il comprend une fibre optique 7 26 comme élément sensible, avec un miroir 27 à une extrémité et le boîtier 5 à l'autre. Ce dernier comprend les éléments nécessaires à l'exploitation du capteur, à savoir une source de lumière 29, un polariseur 30, en ondulateur 31, un polariseur circulaire 32, et un photo-détecteur 33. La lumière émise par la source 29 parcourt la fibre 26 après avoir traversé les éléments 30 à 32, puis revient jusqu'au photo-détecteur 33 après avoir été réfléchie par le miroir 27. La fibre optique 26 est enroulée en spires autour du conducteur 4, qui n'est pas représenté ici, mais dont le courant influence la lumière qui le parcourt d'une façon qui peut être mesurée. Une autre représentation est celle de la figure 3. L'enveloppe 1 se compose de deux portions 11 et 12, dont chacune comprend une bride 13 et une entretoise jointive à la bride, respectivement une entretoise externe 14 et une entretoise interne 15. Les entretoises 14 et 15 sont concentriques et la cavité 7 s'étend entre elles. L'assemblage est réalisé par des surfaces de butée 16 entre les entretoises 14 et 15, près des brides 13 et qui apportent un centrage mutuel préservant la concentricité des entretoises 14 et 15. Des vis 17 assemblent une des brides 13 à l'entretoise (ici l'entretoise externe 14) de l'autre pièce. Une garniture d'étanchéité 18 est prévue à la jonction entre l'autre entretoise 15 et l'autre bride 13. Il est avantageux que cette garniture soit aussi isolante de l'électricité à condition que les enveloppes 2 lisses prolongent l'entretoise externe 14, puisque la circulation de courants de retour à travers 8 l'entretoise interne 15 est alors contrariée et que ces courants s'écoulent donc de façon presque rectiligne et régulière à travers les enveloppes 1 et 2 en passant exclusivement par l'entretoise externe, sans perturbation responsable d'un rayonnement. On passe aux commentaires de la figure 4, qui illustrent une réalisation un peu différente dans laquelle on utilise des transformateurs de courant fonctionnant selon la méthode de Rogowski. Ces capteurs, portant la référence 19, se présentent sous forme d'une boucle à spire unique refermée sur elle-même à une extrémité, où ils sont munis de bornes de connexion 20 aux boîtiers 5. Ils consistent essentiellement en un conducteur façonné en enroulements empilés le long de la spire et dont les extrémités sont reliés à une borne 20. Les boîtiers de connexion 5 de ce genre de capteurs ont évidemment un contenu adapté à des éléments sensibles électriques. Ces capteurs étant connus, ils ne seront pas décrits plus ici. Quoiqu'il soit possible de les installer en utilisant des tubes analogues aux tubes 9, ici d'une seule spire, on peut envisager un autre mode d'installation, reposant sur l'emploi de gorges 21 entaillant une des entretoises, ici l'entretoise interne 15, et qui ont les mêmes propriétés de guidage. On a représenté aussi des plaquettes 22 de couverture qu'on pose sur les ouvertures 6 et sur lesquelles on pose ensuite les boîtiers de connexion 5. Ces plaquettes 22 peuvent être semblables et munies chacune d'un bossage à ouverture 23 destiné au passage de la borne de connexion 20 et d'un bossage continu 24. Une 9 fois que les capteurs 19 ont été placés dans les gorges 21 et que leurs spires ont été fermées, les plaquettes 22 sont posées sur l'entretoise externe 14 en étant tournées de façon que les bossages à ouverture 23 viennent devant les ouvertures 6 et les bornes de connexion 20. On emboîte alors les boîtiers de connexion 5 sur les bossages 23 et 24 et les bornes de connexion 20. Un montage serré est obtenu, par un collier de fixation enserrant les boîtiers de connexion 5 ou par tout autre autre moyen de serrage sur les bornes de connexion 20. Les gorges 21 peuvent être ici aussi revêtues de matière à faible frottement pour faciliter l'introduction des capteurs 19. Une variante de réalisation est représentée à la figure 5 : toute l'entretoise interne 15 est munie de gorges 21 placées à intervalle régulier, ici cinq, et dont certaines sont surnuméraires, seuls trois capteurs 19 étant ici installés. Cette conception permet d'ajouter, en cas de besoin, de nouveaux capteurs pendant la durée de vie de l'appareillage. Cela ne soulève aucune difficulté avec les ouvertures 6 placées toutes à des emplacements angulaires différents. Les dispositifs à tubes et à gorges ne sont pas nécessairement associés respectivement aux capteurs à fibre optique et aux capteurs à transformateur. Une conception voisine de celle de la figure 5 pourrait être adoptée avec des capteurs à fibre optique. Le nombre de spires des capteurs n'est pas critique pour une bonne exécution de l'invention : 10 il suffit de prévoir des dispositifs de guidage et de réception appropriés. Enfin, les capteurs des deux catégories peuvent être placés ensemble sur une même enveloppe 1, 5 ce qui peut même être très avantageux pour la sûreté des mesures. REVENDICATIONS1. Enveloppe (1) de conducteur électrique, l'enveloppe étant rigide et distante du conducteur électrique (4) qu'elle entoure, caractérisée en ce qu'elle comprend une cavité circulaire (7) munie d'au moins une ouverture (6) à une face externe, la cavité étant occupée par au moins une gorge (9, 21) de guidage d'un capteur filiforme (19, 25) de courant du conducteur, la gorge comprenant au moins une spire et débouchant sur l'ouverture. 2. Enveloppe de conducteur électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cavité comprend une pluralité d'ouvertures (6) et une pluralité des gorges (9, 21), chacune des gorges débouchant dans une ouverture respective, les ouvertures étant décalées angulairement autour de l'enveloppe. 3. Enveloppe de conducteur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la gorge (21) est établie sur une face de la cavité. 4. Enveloppe de conducteur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la gorge est établie dans un tube (9) fixé à la cavité (7). 30 12 5. Enveloppe de conducteur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la gorge est formée dans une matière à frottement plus faible qu'une matière prépondérante de l'enveloppe (1). 6. Appareillage électrique comprenant une enveloppe (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, montée entre d'autres enveloppes (2), lisses, du conducteur. 7. Appareillage électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'enveloppe (1) est composée de deux pièces pourvues chacune d'une bride plate (13) de fixation à une des autres enveloppes (2) et d'une entretoise (14, 15), les entretoises étant concentriques, jointives à la bride de la même pièce et munies de faces (16) de centrage mutuel, la cavité s'étendant entre les entretoises, une des entretoises (14) prolongeant les enveloppes lisses (2) et butant directement contre la bride de l'autre des pièces, l'autre des entretoises étant à un rayon différent des enveloppes lisses (2) et butant contre la bride de l'autre des pièces par une garniture d'étanchéité (18) isolante de l'électricité. 8) Appareillage électrique selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de capteurs filiformes (19, 25) de courant du conducteur, logés dans la gorge de guidage de la cavité de l'enveloppe. 13 9) Appareillage électrique selon la revendication 8, caractérisé en ce que les capteurs comprennent un capteur à fibre optique et un capteur à transformateur de courant.