Brevet FR2961602A1 — publié le 20111223

PROCEDE DE LOCALISATION DE ZONE D'EMISSION DE DECHARGE PARTIELLE ET DISPOSITIF ASSOCIE DESCRIPTION Domaine technique et art antérieur L'invention concerne un procédé de localisation de zone d'émission de décharge partielle et un dispositif de localisation apte à mettre en oeuvre le procédé. Des mesures de décharges partielles sont effectuées, en usine, sur les transformateurs de puissance afin de s'assurer de leur bon fonctionnement. Selon les conditions d'environnement, il peut arriver que les mesures de décharges partielles soient fortement perturbées par la présence de décharges parasites qui proviennent de sources électriques extérieures aux transformateurs. Le problème se pose alors de localiser ces décharges parasites afin de pouvoir les éliminer. Diverses techniques sont connues de l'art antérieur pour localiser des décharges extérieures. Un première technique connue est la localisation à l'aide d'un détecteur ultrasonique. Un premier problème rencontré par l'utilisation d'un détecteur ultrasonique est sa sensibilité à des perturbations autres que celles dues à des décharges. Un deuxième problème est la durée importante que peut prendre une localisation de source de décharges partielles lorsque le local dans lequel se situe la source est grand. 2 Une deuxième technique connue utilise une caméra ultra violet. Un premier problème rencontré par l'utilisation d'une caméra ultra-violet est qu'il n'est possible de localiser que des décharges qui ionisent l'air (décharges corona). Un autre inconvénient de cette technique est son coût très élévé. Pour les deux techniques d'art antérieur mentionnées ci-dessus, il est par ailleurs nécessaire que l'activité des décharges soit continue et non sporadique car, sinon, la détection des décharges est très fortement aléatoire. Ceci représente également un autre inconvénient. Le procédé de l'invention ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. Exposé de l'invention En effet, l'invention concerne un procédé de localisation d'une zone d'émission de décharge partielle, caractérisé en ce qu'il comprend : - une étape de calibration de quatre chaînes de mesure sensiblement identiques comprenant, chacune, un détecteur VHF et/ou UHF, une étape de mesure de signaux de décharge partielle à l'aide des quatre chaînes de mesure, les quatre détecteurs VHF et/ou UHF étant positionnés dans un plan (X, Y) un détecteur Dl est placé au point (0,0), un détecteur D2 au point (0,Y2), un détecteur D3 au point (X2, Y2) et un détecteur D4 au point (X4,0), - une étape de calcul d'une différence de temps TOAD2-TOAD3, corrigée de données de calibration qui résultent de l'étape de calibration, entre les 3 instants de réception des signaux mesurés par les chaînes de mesure qui comprennent les détecteurs respectifs D2 et D3 ; une étape de calcul d'une différence de temps TOAD4-TOAD1r corrigée de données de calibration qui résultent de l'étape de calibration, entre les instants de réception des signaux mesurés par les chaînes de mesure qui comprennent les détecteurs respectifs D4 et Dl; une étape de calcul d'une différence de temps TOAD1-TOAD2r corrigée de données de calibration qui résultent de l'étape de calibration, entre les instants de réception des signaux mesurés par les chaînes de mesure qui comprennent les détecteurs respectifs Dl et D2 ; une étape de calcul d'une différence de temps TOAD3-TOAD4r corrigée de données de calibration qui résultent de l'étape de calibration, entre les instants de réception des signaux mesurés par les chaînes de mesure qui comprennent les détecteurs respectifs D3 et D4 ; et une étape de localisation d'une zone d'émission de décharge partielle à l'intersection des droites Xdi, Xd2, Ydi et Yd2 définies, dans le repère (X,Y), par les équations ci-dessous: Xdi (X3 /2) + ( (TOAD2 -TOAD3) /2) x c Xd2 (X4 /2) - ( (TOAD4 -TOAD1) /2) x c Ydi (Y2 /2) + ( (TOADD -TOAD2) /2) x c Yd2 (Y3 /2) - ( (TOAD3 -TOAD4) /2) x c où c est la vitesse de la lumière. 4 Selon un perfectionnement de l'invention, le procédé comprend deux chaînes de mesure supplémentaires sensiblement identiques aux quatre chaînes de mesure, les deux détecteurs supplémentaires D5 et D6 des deux chaînes de mesure supplémentaires étant positionnés dans un plan parallèle au plan (X, y), à la verticale des détecteurs respectifs Dl et D2. Il est alors possible de déterminer une zone d'émission de décharge supplémentaire à l'aide des quatre détecteurs Dl, D2, D5 et D6, dans un plan (Y, V), les axes X, Y, V définissant un trièdre direct [X, Y, V]. Ainsi, lorsque des zones d'émission de décharge partielle planes sont simultanémment localisées dans les plans respectifs (X, Y) et (Y, V), le procédé de l'invention permet de déterminer s'il existe une zone d'émission de décharge partielle sous la forme d'un volume dont les projections sur les plans (X, Y) et (Y, V) sont les zones d'émission planes déterminées. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre, faite en référence aux figures jointes, parmi lesquelles : - La figure 1 représente un dispositif apte à mettre en oeuvre une étape préliminaire de calibration nécessaire à la mise en oeuvre du procédé de l'invention; - La figure 2 représente un exemple de dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention Les figures 3A-3D représentent des signaux de mesure délivrés par les détecteurs UHF du dispositif représenté en figure 2 ; - La figure 4 représente un 5 perfectionnement du dispositif représenté en figure 2. Sur toutes les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments. Exposé détaillé d'un mode de réalisation préférentiel 10 de l'invention La figure 1 représente un dispositif apte à mettre en oeuvre une étape préliminaire de calibration nécessaire à la mise en oeuvre du procédé de l'invention. 15 Comme cela apparaîtra ci-dessous à la lecture du mode de réalisation préférentiel de l'invention, quatre chaînes de mesure sont utilisées pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Chaque chaîne de mesure est constituée, par exemple, par un 20 détecteur haute fréquence Di (par exemple un détecteur UHF), un câble coaxial long Ki, un amplificateur Ai et un câble coaxial court ki. Le câble coaxial long Ki a, par exemple, une longueur comprise entre 5m et 50m et le câble coaxial court, par exemple une longeur 25 sensiblement égale à 1m. D'autres configurations de câblage entre le détecteur Di et l'amplificateur Ai sont également possibles, les configurations de câblage ne dépendant que de raisons de commodité. Le détecteur haute fréquence travaille, par exemple, dans la bande 30 de fréquences UHF 300MHz-1000MHz. Le détecteur haute fréquence peut également travailler dans une bande de 6 fréquences VHF/UHF, par exemple la bande 200MHz-1000MHz. Les détecteurs VHF/UHF choisis sont de type omnidirectionnel afin de pouvoir détecter des décharges dans toutes les directions. Les détecteurs Di et les amplificateurs Ai des différentes chaînes de mesure sont choisis identiques d'une chaîne de mesure à l'autre. De même, les longueurs des différents câbles sont choisies identiques d'une chaîne de mesure à l'autre. L'étape de calibration consiste à envoyer un signal haute fréquence SHF sur les quatre détecteurs UHF à partir d'un calibrateur à impulsion CAL (émission d'un signal dont le front de montée de quelques picosecondes excite des ondes dans la bande fréquences 200MHz-1000MHz). Un oscilloscope Os, mesure alors le signal électrique reçu en fonction du temps en bout de chaque chaîne de mesure. L'oscilloscope est déclenché sur l'un des quatre signaux détectés et les différences de temps entre les différents signaux sont mesurées. Les chaînes de mesure sont ajustées (longueurs des câbles, amplification) jusqu'à temps que les différences de temps mesurées ne dépassent pas une valeur de seuil égale, par exemple, à 5 nanosecondes. Les écarts de temps mesurés qui sont inférieurs à la valeur de seuil sont mémorisés pour être intégrés ultérieurement dans les calculs (cf. les données dcal en référence à la figure 2). La figure 2 représente un dispositif qui met en oeuvre le procédé de l'invention. Les quatre détecteurs haute fréquence D1-D4 délimitent une surface carrée ou rectangulaire à l'intérieur de laquelle une 7 source présumée de décharges partielles est à localiser. Les chaînes de mesure Di, Ki, Ai, ki (i=1, 2, 3, 4) sont toutes reliées à un calculateur C ou, comme c'est le cas dans l'étape préliminaire de calibration, à un oscilloscope. Dans la suite de la description, on fera exclusivement référence au cas où les chaînes de mesure sont reliées à un calculateur. Le calculateur C reçoit comme signaux d'entrée les signaux délivrés par les quatre chaînes de mesure. Il reçoit également, en tant que paramètres de calcul, les données de calibration dcai précédemment mesurées et des données de position dp qui représentent les positions connues des quatre détecteurs D1-D4 dans un repère plan (X,Y) où, par exemple, le détecteur Dl est placé au point (0,0), le détecteur D2 au point (O,Y2), le détecteur D3 au point (X3,Y3) et le détecteur D4 au point (X4,0). Dès lors qu'une décharge partielle survient dans la zone délimitée par les quatre détecteurs, les signaux mesurés par les quatre chaînes de mesure sont transmis au calculateur C. Le calculateur C détermine alors quatre différences de temps corrigées des données de calibration dca1, à savoir : - TOAD2-TOAD3 : différence entre les instants de réception des signaux détectés par les chaînes de mesure associées aux détecteurs respectifs D2 et D3 ; TOAD4-TOAD1 : différence entre les instants de réception des signaux détectés par les chaînes de mesure associées aux détecteurs respectifs D4 et Dl; 8 - TOAD1-TOAD2 : différence entre les instants de réception des signaux détectés par les chaînes de mesure associées aux détecteurs respectifs Dl et D2 ; - TOAD3-TOAD4 : différence entre les instants de réception des signaux détectés par les chaînes de mesure associées aux détecteurs respectifs D3 et D4. La zone Z à partir de laquelle sont émises les décharges partielles est alors délimitée par les droites horizontales Xdi et Xd2 et les droites verticales Ydi et Yd2r définies, dans le repère (X, Y) , par les équations ci-dessous: Xdi = (X3 /2) + ( (TOAD2 -TOAD3) /2) x c Xd2 = (X4 /2) - ( (TOAD4 -TOAD1) /2) x c Ydi = (Y2 /2) + ( (TOAD1 -TOAD2) /2) x c Yd2 = (Y3 /2) - ( (TOAD3 -TOAD4) /2) x c Où c est la vitesse de la lumière dans l'air libre (3108m/s) . Dans le mode de réalisation préférentiel de l'invention, le calculateur C comprend un dispositif d'affichage qui affiche sur un écran la zone Z définie par les quatre droites Xdi, Xd2, Ydi et Yd2. Dans le cas où la source de décharges partielles est située sensiblement au centre du rectangle ou du carré défini par la position des quatre détecteurs UHF, la zone Z est une zone sensiblement ponctuelle située sensiblement au centre du rectangle. Dans le cas où la source de décharges partielles n'est pas au centre du rectangle, la zone Z est une surface 9 plus ou moins étendue qui n'est pas centrée dans le rectangle. De façon avantageuse, dans le cas d'une recherche de décharges partielles dans un hangar de grandes dimensions (typiquement 30m x 30m) où les détecteurs UHF sont placés aux quatre coins du hangar, la zone Z ne dépasse pas, de façon générale, quelques mètres de côté. Il est alors généralement facile de repérer visuellement la position exacte de la source de décharges partielles dans la zone Z déterminée. Dans le cas où le repérage visuel n'est pas possible, la zone Z étant faiblement étendue, l'utilisation d'un détecteur ultrasonore orienté vers la zone Z permet également un repérage rapide de la source de décharges. Les figures 3A-3D représentent, à titre d'exemple, des signaux de mesure SA-SD délivrés par les chaînes de mesure du dispositif de l'invention qui sont associées aux détecteurs respectifs D1-D4. Sur les figures 3A-3D, les instants t1-t4 représentent ainsi les différents instants où une même décharge partielle est détectée par les détecteurs respectifs D1-D4. La figure 4 représente un perfectionnement du dispositif qui met en oeuvre le procédé de l'invention. Selon ce perfectionnement, le dispositif de l'invention comprend six chaînes de mesure. Outre les quatre chaînes de mesure précédentes, deux chaînes de mesures supplémentaires, sensiblement identiques aux quatre chaînes de mesure précédentes, sont associés à deux détecteurs UHF supplémentaires D5 et D6. Comme cela a déjà été mentionné ci-dessus, chaque chaîne de mesure comprend un détecteur haute fréquence, par 10 exemple un câble coaxial long, un amplificateur et par exemple un câble coaxial court. Pour des raisons de commodité, seuls les détecteurs D1-D6 sont représentés sur la figure 4. Les deux détecteurs supplémentaires D5 et D6 sont situés à la verticale des détecteurs respectifs Dl et D2, dans un plan parallèle au plan défini par les détecteurs Dl-D4. De la même manière que les détecteurs Dl-D4 permettent de définir le plan (X, Y), les détecteurs Dl, D2, D5, D6 permettent de définir un plan (Y, V) perpendiculaire au plan (X, Y). Les axes X, Y, V définissent ainsi le trièdre direct [X, Y, V]. Les positions des détecteurs Dl, D2, D5 et D6 dans le repère (Y, V) sont telles que le détecteur Dl est placé au point (0, 0), le détecteur D2 au point (Y2, 0), le détecteur D5 au point (0, V5) et le détecteur D6 au point (Y6r V6)- Comme cela a été mentionné précédemment, les détecteurs D1-D4 permettent de définir, dans le repère (X, Y), une zone plane Z à l'intersection des droites d'équations respectives : = (X3 /2) + ( (TOAD2 -TOAD3) /2) x c Xd2 = (X4 /2) - ( (TOAD4 -TOAD1) /2) x c Ydi = (Y2 /2) + ( (TOAD1 -TOAD2) /2) x c Yd2 = (Y3 /2) - ( (TOAD3 -TOAD4) /2) x c Selon le perfectionnement de l'invention, les détecteurs Dl, D2, D5 et D6 permettent également de définir, dans le repère (Y, V), une zone plane Q à l'intersection des droites d'équations respectives: Yd3 = (Y6/2) + ( (TOAD5 - TOAD6)/2)x c Yd4 = (Y2/2) - ( (TOAD2 - TOAD1) /2) x c 11 Val = (V5/2) + ( (TOAD1 - TOAD5) /2) x c Vd2 = (V6/2) - ( (TOAD6 - TOAD2) /2) x c Où . TOADS-TOAD6 est la différence de temps, corrigée des données de calibration, entre les instants de réception des signaux détectés par les chaînes de mesure associées aux détecteurs respectifs D5 et D6 ; TOAD2-TOAD1 est la différence de temps, corrigée des données de calibration, entre les instants de réception des signaux détectés par les chaînes de mesure associées aux détecteurs respectifs D2 et Dl; TOAD1-TOADS est la différence de temps, corrigée des données de calibration, entre les instants de réception des signaux détectés par les chaînes de mesure associées aux détecteurs respectifs Dl et D5; et TOAD6-TOAD2 est la différence de temps, corrigée des données de calibration, entre les instants de réception des signaux détectés par les chaînes de mesure associées aux détecteurs respectifs D6 et D2. Il est alors possible de définir, dans le trièdre direct [X, Y, V], un volume W dont la projection sur le plan (X, Y) est la surface Z et dont la projection sur le plan (Y, V) est la surface Q. Le volume W localise alors la source de décharge partielle.30 REVENDICATIONS1. Procédé de localisation d'une zone d'émission (Z) de décharge partielle, caractérisé en ce qu'il comprend : une étape de calibration de quatre chaînes de mesure sensiblement identiques comprenant, chacune, un détecteur VHF et/ou UHF (D1-D4), une étape de mesure de signaux de décharge partielle à l'aide des quatre chaînes de mesure, les quatre détecteurs VHF et/ou UHF étant positionnés dans un plan (X, Y) où un détecteur Dl est placé au point (0,0), un détecteur D2 au point (0, Y2) , un détecteur D3 au point (X2, Y2) et un détecteur D4 au point (X4r 0) , une étape de calcul des différences de temps TOAD2-TOAD3 entre les instants de réception des signaux mesurés par les chaînes de mesure associées aux détecteurs respectifs D2 et D3 ; une étape de calcul d'une différence de temps TOAD4-TOAD1 entre les instants de réception des signaux détectés par les chaînes de mesure associées aux détecteurs respectifs D4 et Dl; une étape de calcul d'une différence de temps TOAD1- TOAD2 entre les instants de réception des signaux détectés par les chaînes de mesure associées aux détecteurs respectifs Dl et D2 ; une étape de calcul d'une différence de temps TOAD3-TOAD4 entre les instants de réception des signaux détectés par les chaînes de mesure associées aux détecteurs respectifs D3 et D4 ; et 13 - une étape de détermination de la zone d'émission à l'intersection des droites Xdi, Xd2, Ydi et Yd2 définies, dans le repère (X,Y), par les équations ci-dessous: Xdi = (X3 /2) + ( (TOAD2 -TOAD3) /2) x c Xd2 = (X4 /2) - ( (TOAD4 -TOAD1) /2) x c Ydi = (Y2 /2) + ( (TOAD1 -TOAD2) /2) x c Yd2 = (Y3 /2) - ( (TOAD3 -TOAD4) /2) x c où c est la vitesse de la lumière. 2. Procédé selon la revendication 1 qui comprend, en outre : - lors de l'étape de calibration, une étape de calibration supplémentaire de deux chaînes de mesure supplémentaires sensiblement identiques aux quatre chaînes de mesure, - deux étapes de mesure supplémentaires de signaux de décharge partielle à l'aide des deux chaines de mesure supplémentaires, les deux détecteurs supplémentaires D5 et D6 des deux chaînes de mesure supplémentaires étant positionnés, dans un plan parallèle au plan (X, Y), à la verticale des détecteurs respectifs Dl et D2, - une étape de calcul supplémentaire de différence de temps TOAD5-TOAD6entre les instants de réception des signaux mesurés par les chaînes de mesure associées aux détecteurs respectifs D5 et D6 ; - une étape de calcul supplémentaire de différence de temps TOAD1-TOAD5 entre les instants de réception des signaux mesurés par les chaînes de mesure associées aux détecteurs respectifs Dl et D5; et 14 - une étape de calcul supplémentaire de différence de temps TOAD6-TOAD2 entre les instants de réception des signaux mesurés par les chaînes de mesure associées aux détecteurs respectifs D6 et D2, et - une étape de détermination d'une zone d'émission supplémentaire (Q) de décharge partielle à l'intersection des droites définies par les équations . Yd3 = (Y6/2) + ( (TOAD5 - TOAD6) /2) x c Yd4 = (Y2/2) - ( (TOAD2 - TOAD1) /2) x c Vd1 = (V5/2) + ( (TOAD1 - TOAD5) /2) x c Vd2 = (V6/2) - ( (TOAD6 - TOAD2) /2) x c Où Y6 et V6 sont, respectivement, la position du détecteur D6 dans un repère (Y, V) perpendiculaire au repère (X, Y), les axes X, Y, V définissant un trièdre direct [X, Y, V], et V5 étant la position du détecteur D5 dans le repère (Y, V). 3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel, dès lors que la zone d'émission de décharge partielle et la zone d'émission de décharge partielle supplémentaire sont déterminées simultanément, il est vérifié s'il existe un volume de l'espace (W) dont la projection sur le plan (X, Y) est définie par la zone d'émission et dont la projection sur le plan (Y, V) est définie par la zone d'émission supplémentaire et, si ce volume existe, celui-ci est déterminé comme étant la zone de décharge partielle. 4. Dispositif de localisation de zone d'émission (Z, Q) de décharge partielle, caractérisé en 15 ce qu'il comprend quatre chaînes de mesure sensiblement identiques comprenant, chacune, un détecteur VHF et/ou UHF (D1-D4), les quatre détecteurs VHF et/ou UHF étant positionnés aux quatre sommets d'un carré ou d'un rectangle dessiné dans un plan de référence (X, Y) et un calculateur (C) qui détermine la localisation de la zone d'émission sur la base de mesures délivrées par les quatre chaînes de mesure. 5. Dispositif selon la revendication 4 qui comprend, en outre, deux chaînes de mesure supplémentaires sensiblement identiques aux quatre chaînes de mesure, les deux détecteurs supplémentaires D5 et D6 des deux chaînes de mesure supplémentaires étant positionnés dans un plan parallèle au plan (X, y), à la verticale des détecteurs respectifs Dl et D2, les deux chaînes de mesure supplémentaires étant reliées au calculateur (C).20