Brevet FR3001345A1 — publié le 20140725

DETERMINATION D'UN TAUX DE FUITE D'UN GAZ D'ISOLATION DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne la surveillance de matériel haute tension utilisant un gaz à haut potentiel diélectrique. Plus particulièrement, la présente invention a trait à la détermination d'un taux de fuite 10 d'un gaz d'isolation d'un compartiment à isolation gazeuse d'un système électrique. Pour protéger l'environnement, les rejets de gaz d'isolation tel que l'hexafluorure de soufre SF6 doivent être contrôlés. En effet, l'hexafluorure de 15 soufre SF6 est l'un des gaz à effet de serre visés par le Protocole de Kyoto ainsi que dans la directive 2003/87/CE. Son potentiel de réchauffement global (PRG) est 22 800 fois supérieur à celui du dioxyde de carbone CO2. 20 Le taux de fuite d'un gaz d'isolation dans une installation haute tension de type PSEMIG/LIG (Poste Sous Enveloppe Métallique à Isolation Gazeuse / Ligne à Isolation gazeuse) doit donc être surveillé. 25 ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Il est connu d'utiliser des densistats à contacts sur les PSEMIG. Ces dispositifs électromécaniques sont calibrés pour se déclencher à des valeurs de pression fixées par le fabricant du 30 PSEMIG. Ils permettent de donner un état sur la tenue diélectrique du poste, mais en aucun cas ne permettent d'informer sur la quantité de gaz perdue ni sur le taux de fuite du gaz. Des capteurs/transmetteurs analogiques de 5 masse volumique de gaz, aussi appelés densimètres, peuvent être utilisés pour mesurer et transmettre une grandeur représentative de la masse volumique du gaz isolant enfermé dans un compartiment de PSEM mais ils sont sensibles aux perturbations électromagnétiques 10 provoquées par l'environnement haute tension de l'installation. Il est possible d'en déduire des courbes de tendance avec une précision de seulement quelques pourcents. Cette précision n'est pas suffisante pour la 15 surveillance du taux de fuite du gaz d'isolation d'une installation de type PSEMIG/LIG. Il est possible d'observer une fuite de gaz SF6 avec une caméra infrarouge. Cependant cela ne permet pas de quantifier la quantité de gaz perdue. 20 En considérant qu'un compartiment de gaz SF6 qui fuit doit être rempli à partir d'une bouteille de gaz SF6, il est encore possible de peser la bouteille avant et après chaque remplissage pour en déduire la quantité perdue depuis le remplissage 25 précédent et donc le taux de fuite. Or plusieurs années peuvent séparer deux remplissages. Entre les deux, on n'a aucune information sur le taux de fuite du gaz. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention vise à résoudre les problèmes 30 de la technique antérieure en fournissant un procédé de détermination d'un taux de fuite d'un gaz d'isolation d'un compartiment de PSEM à isolation gazeuse d'une installation électrique comportant plusieurs compartiments similaires, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de : - Détermination périodique d'une valeur de masse volumique de gaz pour chacun des compartiments de l'installation, - Détermination de droites de tendance respectives à partir de suites de valeurs de masse volumique de gaz précédemment déterminées pour chacun des compartiments de l'installation, - Comparaison des pentes des droites de tendance déterminées entre elles, - Détection d'une fuite si le résultat d'une comparaison pour l'une des pentes est supérieur à un seuil prédéterminé, et en cas de détection pour une pente, - Détermination d'un taux de fuite pour le compartiment associé à la pente ayant conduit à une détection. Grâce à l'invention, il est possible de déterminer le taux de fuite de gaz isolant, de manière à garantir qu'il reste inférieur à une valeur contractuelle et/ou d'alerter un opérateur en cas de fuite. Le taux de fuite est déterminé en fonction des pentes associées aux compartiments de l'installation. Selon une caractéristique préférée, la détermination périodique d'une valeur de masse volumique de gaz pour chacun des compartiments de l'installation comporte la détermination d'une masse volumique instantanée du gaz présent dans chaque compartiment à partir de mesures de pression et température et le calcul d'une moyenne des masses volumiques instantanées considérées sur une période prédéterminée. Ainsi les calculs sont faits sur une certaine durée qui est choisie en fonction de l'évolution des possibles fuites de gaz isolant et en fonction des variations de température ambiante et du profil de charge. Il s'agit en général de phénomènes relativement lents. Selon une caractéristique préférée, les droites de tendance respectives sont déterminées sur une fenêtre glissante sur les suites de valeurs de masse volumique de gaz. Chaque nouvelle masse volumique de gaz déterminée pour un compartiment alimente la suite de valeur et ainsi provoque la réactualisation du calcul de la pente de la droite de tendance concernée. Cela permet de suivre l'évolution des valeurs de masse volumique de gaz. Selon une caractéristique préférée, la comparaison des pentes des droites de tendance est 25 effectuée lorsqu'un changement de pente est détecté pour l'un des compartiments. En effet, c'est lorsqu'il y a une dérive de pente d'une droite de tendance par rapport aux autres droites sur une fenêtre d'observation bornée qu'une 30 fuite de gaz isolant est suspectée. Le changement de pente d'une droite de tendance marque la fin d'une fenêtre d'observation sur laquelle les pentes liées à plusieurs compartiments similaires sont comparées et un taux de fuite est calculé. Un changement de pente peut être provoqué par des phénomènes de variations d'ambiance thermique provoquant des mouvements de gaz dans son enveloppe ou par l'apparition d'une fuite dans un compartiment. Selon une caractéristique préférée, la comparaison des pentes des droites de tendance comporte la comparaison de chacune des pentes avec la moyenne des autres pentes pour déterminer un écart pour chaque pente. Ainsi, chaque droite de tendance enregistrée pour un compartiment est comparée aux autres droites de tendance des compartiments similaires, ce qui permet de détecter un éventuel comportement différent de l'un des compartiments. Selon une caractéristique préférée, la détection d'une fuite comporte la sélection de l'écart le plus grand en valeur absolue et la comparaison de l'écart sélectionné avec le seuil prédéterminé. L'écart qui est ainsi sélectionné correspond au compartiment pour lequel une fuite sera déclarée si l'écart est supérieur au seuil prédéterminé. Selon une caractéristique préférée, la détermination du taux de fuite est effectuée à partir de l'écart le plus grand sélectionné. L'invention concerne aussi un dispositif de détermination d'un taux de fuite d'un gaz d'isolation d'un compartiment à isolation gazeuse d'une installation électrique comportant plusieurs compartiments similaires, caractérisé en ce qu'il comporte: - Des moyens de détermination périodique d'une valeur de masse volumique de gaz pour chacun des compartiments de l'installation, - Des moyens de détermination de droites de tendance respectives à partir de suites de valeurs de masse volumique de gaz précédemment déterminées pour chacun des compartiments de l'installation, - Des moyens de comparaison des pentes des droites de tendance déterminées entre elles, - Des moyens de détection d'une fuite si le résultat d'une comparaison pour l'une des pentes est supérieur à un seuil prédéterminé, et en cas de détection pour une pente, - Des moyens de détermination d'un taux de fuite pour le compartiment associé à la pente ayant conduit à une détection. L'invention concerne encore une installation électrique comportant un dispositif tel que précédemment présenté. Le dispositif et l'installation présentent des avantages analogues à ceux présentés ci-dessus. Dans un mode particulier de réalisation, les étapes du procédé selon l'invention sont mises en oeuvre par des instructions de programme d'ordinateur. En conséquence, l'invention vise aussi un 5 programme d'ordinateur sur un support d'informations, ce programme étant susceptible d'être mis en oeuvre dans un ordinateur, ce programme comportant des instructions adaptées à la mise en oeuvre des étapes d'un procédé tel que décrit ci-dessus. 10 Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre 15 forme souhaitable. L'invention vise aussi un support d'informations lisible par un ordinateur, et comportant des instructions de programme d'ordinateur adaptées à la mise en oeuvre des étapes d'un procédé tel que décrit 20 ci-dessus. Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par 25 exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette ou un disque dur. D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal 30 électrique, optique ou électromagnétique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio, par guide d'ondes électromagnétiques ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet. Alternativement, le support d'informations 5 peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé selon l'invention. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS 10 D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préféré donné à titre d'exemple non limitatif, décrit en référence aux figures dans lesquelles : - La figure la représente de manière 15 schématique une première installation électrique haute tension comportant des compartiments à isolation gazeuse, et équipée d'un dispositif de détermination d'un taux de fuite d'un gaz d'isolation d'un compartiment à isolation gazeuse selon un premier mode 20 de réalisation de l'invention, - La figure lb représente de manière schématique une seconde installation électrique haute tension comportant des compartiments à isolation gazeuse, et équipée d'un dispositif de détermination 25 d'un taux de fuite d'un gaz d'isolation d'un compartiment à isolation gazeuse selon un second mode de réalisation de l'invention, - La figure 2 représente un procédé détermination d'un taux de fuite d'un gaz d'isolation 30 d'un compartiment à isolation gazeuse selon l'invention, - La figure 3 représente des sous-étapes du procédé de la figure 3, - La figure 4 représente des droites de tendance déterminées selon l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Selon un premier mode de réalisation préféré représenté à la figure la, une installation électrique triphasée comporte des compartiments à isolation gazeuse Cl, C2 et C3 correspondant chacun à une phase électrique de l'installation. Les trois compartiments Cl, C2 et C3 sont de constitution, de taille et de volume similaires. La longueur d'un compartiment peut être de quelques dizaines de centimètres jusqu'à plusieurs dizaines de mètres. Les compartiments sont traversés par un ou plusieurs conducteurs dans le(s)quel(s) un courant est susceptible de passer. Chaque compartiment comporte une enveloppe métallique remplie d'un gaz sous pression et ayant des propriétés diélectriques pour assurer l'isolation électrique du conducteur de l'enveloppe. Chaque compartiment a ses extrémités fermées par des barrières isolantes et étanches. Le gaz d'isolation est à titre d'exemple l'hexafluorure de soufre SF6. Des capteurs de température CT1, CT2 et CT3 et des capteurs de pression CP1, CP2 et CP3 équipent respectivement chaque compartiment Cl, C2 et C3, pour en mesurer la température et la pression du gaz isolant. Les capteurs de température et de pression sont distincts ou sont encapsulés au sein d'un transmetteur unique. Les capteurs disposent respectivement d'un microprocesseur et communiquent de manière numérique avec une unité UA d'acquisition elle-même reliée à une unité UT de traitement des données. L'unité d'acquisition peut être encapsulée dans le transmetteur ou distante. Chaque capteur de température et de pression a une sortie reliée à une entrée de l'unité UA d'acquisition, qui a une sortie reliée à une entrée de l'unité UT de traitement des données. Il est à noter que l'invention peut être mise en oeuvre avec des transmetteurs de masse volumique, ou densistats. L'unité UT de traitement des données pilote les mesures et l'exploitation qui en est faite, comme exposée dans la suite. L'unité UT de traitement des données est reliée à une base de données BD qui mémorise toutes les données mesurées et calculées. L'unité UT de traitement des données est également reliée à une interface homme machine INT qui peut notamment informer un opérateur en cas de détection d'une fuite. La figure lb représente un second mode de réalisation d'installation électrique qui comporte des compartiments à isolation gazeuse. Il ne s'agit pas ici d'une installation triphasée, mais monophasée. Cette installation comporte globalement les 25 mêmes éléments que ceux du premier mode de réalisation. Par soucis de simplification, les mêmes références désignent des éléments similaires. L'installation électrique monophasée comporte ainsi trois compartiments Cl, C2 et C3 30 successivement traversés par un ou plusieurs conducteurs dans le(s)quel(s) un courant est susceptible de passer. Il est à noter que le nombre de compartiments peut être différent. Des capteurs de température CT1, CT2 et CT3 et des capteurs de pression CP1, CP2 et CP3 équipent respectivement chaque compartiment Cl, C2 et C3, pour en mesurer la température et la pression du gaz isolant. Chaque capteur de température et de pression a une sortie reliée à une entrée d'une unité UA d'acquisition, qui a une sortie reliée à une entrée d'une unité UT de traitement des données. L'unité UT de traitement des données est 15 reliée à une base de données BD. L'unité UT de traitement des données est également reliée à une interface homme machine INT. Le fonctionnement de ces éléments et leurs interactions sont similaires dans les deux modes de 20 réalisation. La suite de la description s'applique donc indifféremment aux deux modes de réalisations. La figure 2 représente le fonctionnement du dispositif selon l'invention, sous la forme d'un procédé comportant des étapes El à E8. 25 Selon l'invention, l'unité UT met principalement en oeuvre les étapes suivantes : - Détermination périodique d'une valeur de masse volumique de gaz pour chacun des compartiments de l'installation, 30 - Détermination de droites de tendance respectives à partir de suites de valeurs de masse volumique de gaz précédemment déterminées pour chacun des compartiments de l'installation, - Comparaison des pentes des droites de tendance déterminées entre elles, - Détection d'une fuite si le résultat d'une comparaison pour l'une des pentes est supérieur à un seuil prédéterminé, et en cas de détection pour une pente, - Détermination d'un taux de fuite pour le compartiment associé à la pente ayant conduit à une détection. Plus précisément, l'étape El est une étape à laquelle sont mesurées les pressions de gaz Pl, P2 et P3 et les températures Tl, T2 et T3 respectivement dans chaque compartiment Cl, C2 et C3. Les mesures sont effectuées périodiquement, suivant une période qui peut être configurable par l'utilisateur. Ces mesures sont typiquement effectuées plusieurs fois par seconde. L'étape suivante E2 est un filtrage pour éliminer des mesures aberrantes et ne retenir que des valeurs cohérentes. L'étape suivante E3 est la détermination de valeurs de masse volumique de gaz Dl, D2 et D3 25 respectivement pour chacun des compartiments Cl, C2 et C3 de l'installation. L'étape E3 comporte des sous-étapes E31 à E33 décrites en référence à la figure 3. A l'étape E31, une moyenne des pressions 30 MP1 à MP3 et une moyenne des températures MT1 à MT3 sont calculées respectivement pour chaque compartiment Cl à C3. Les moyennes sont calculées sur un nombre prédéterminé de valeurs mesurées. Les moyennes des pressions sont calculées périodiquement, suivant une période qui peut être configurable par l'utilisateur. A l'étape suivante E32, une masse volumique instantanée DI' à D13 du gaz présent dans chaque compartiment Cl à C3 est déterminée respectivement à partir des valeurs moyennes de pression et température précédemment calculées, en utilisant l'équation d'état des gaz réels de Beattie-Bridgeman. Ce calcul est effectué périodiquement, par exemple toutes les deux secondes. L'étape suivante E33 est le calcul pour chaque compartiment Cl à C3 d'une moyenne des masses volumiques instantanées DI' à D13 considérées sur une période prédéterminée présentant la plus faible amplitude thermique ambiante et la plus faible amplitude de charge, c'est-à-dire la plus faible amplitude de courant transitant à travers les conducteurs. La moyenne des masses volumiques instantanées pour chaque compartiment Cl à C3 est ainsi le résultat de l'étape E3 sous la forme d'une valeur de masse volumique de gaz Dl à D3. Cette masse volumique de gaz est mémorisée dans la base de données BD, qui contient ainsi une suite de valeurs de masse volumique de gaz journalières, pour chaque compartiment Cl à C3. Bien entendu, les valeurs mesurées et les résultats des calculs intermédiaires sont aussi mémorisés. L'étape E3 est suivie de l'étape E4 qui est la détermination d'une droite de tendance, par régression linéaire sur les suites de valeurs de masse volumique de gaz Dl à D3 déterminées à l'étape E3, pour chacun des compartiments Cl à C3. Chaque compartiment est donc associé à une droite de tendance. La détermination d'une droite de tendance comporte la détermination de sa pente. La figure 4 représente trois droites de tendance DR1, DR2 et DR3, déterminées à partir de suites de masses volumiques de gaz Dl, D2 et D3. Une droite de tendance donnée correspond à un compartiment donné. Le calcul des droites de tendance est effectué sur une fenêtre glissante. La taille de la fenêtre est déterminée en fonction des variations de la température ambiante, du profil de charge, c'est-à-dire de l'amplitude de courant circulant dans l'installation, et de la détection d'une rupture de pente, comme expliqué dans la suite. Par exemple, la fenêtre d'observation pour un PSEM situé dans un local équipé d'air conditionné sera plus courte que celle pour un PSEM situé en extérieur ou dans un local soumis à de fortes amplitudes thermiques. Un tunnel d'incertitude est établi autour de chaque droite de tendance calculée, en appliquant la loi de Student avec un niveau de confiance donné. A titre d'exemple, un seul tunnel Tl est représenté autour de la droite DR1 dans la figure 4. L'étape suivante E5 est un test pour déterminer s'il y a une rupture de pente pour l'une des droites de tendance. Une rupture est détectée lorsqu'il y a un changement de pente sur plusieurs valeurs, et que ces valeurs sortent du tunnel d'incertitude. Une telle rupture de pente est représentée à la figure 4 : sur la droite de tendance DR1, à partir du point de rupture PR, les valeurs de masse volumique déterminées pour le compartiment Cl sortent du tunnel Tl. Ce point de rupture PR borne la fenêtre d'observation en cours et en initie une nouvelle. Lorsqu'il y a rupture de pente, l'étape E5 est suivie de l'étape E6 à laquelle les pentes des droites de tendance DR1, DR2 et DR3 de la fenêtre précédente sont comparées entre elles. Pour cela, chaque pente est comparée à la moyenne des deux autres, ce qui a pour résultat des écarts EC1, EC2 et EC3 respectivement pour chaque droite de tendance DR1, DR2 et DR3. L'écart le plus grand en valeur absolue est retenu. A l'étape suivante E7, l'écart retenu est comparé à un seuil prédéterminé. Si l'écart retenu est supérieur au seuil prédéterminé, une fuite est déclarée, pour le compartiment pour lequel l'écart a été retenu. L'étape suivante E8 est le calcul du taux de fuite du compartiment pour lequel une fuite a été déclarée à l'étape précédente. Le taux de fuite est calculé en fonction de l'écart retenu à l'étape E6 pour ce compartiment. Le volume des compartiments étant connu, il est possible de déterminer la quantité de gaz perdu. Le taux de fuite est la quantité de gaz perdue par unité de temps. Pour déterminer un taux de fuite sur une période de temps légale ou contractuelle, il est possible de cumuler plusieurs fenêtres d'observation. Si aucune fuite n'est détectée sur 5 plusieurs fenêtres glissantes successives et closes, les fenêtres peuvent être juxtaposées pour effectuer un nouveau calcul de taux de fuite sur une période plus longue en calculant une pente moyenne sur les fenêtres juxtaposées. 10 Il est possible d'informer l'opérateur des différents évènements mesurés ou calculés par l'intermédiaire de l'interface homme-machine INT. Le taux de fuite calculé peut être comparé aux obligations légales ou contractuelles qui 15 déterminent un taux de fuite maximal, par exemple de 0.5% par an pour un poste complet. REVENDICATIONS1. Procédé de détermination d'un taux de fuite d'un gaz d'isolation d'un compartiment (Cl, C2, 5 C3) à isolation gazeuse d'une installation électrique comportant plusieurs compartiments similaires, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de : Détermination périodique (E3) d'une 10 valeur de masse volumique de gaz (Dl, D2, D3) pour chacun des compartiments de l'installation, - Détermination (E4) de droites de tendance respectives (DR1, DR2, DR3) à partir de 15 suites de valeurs de masse volumique de gaz précédemment déterminées pour chacun des compartiments de l'installation, - Comparaison (E6) des pentes des droites déterminées entre elles, 20 - Détection (E7) d'une fuite si le résultat d'une comparaison pour l'une des pentes est supérieur à un seuil prédéterminé, et en cas de détection pour une pente, - Détermination (E8) d'un taux de fuite 25 pour le compartiment associé à la pente ayant conduit à une détection. 2. Procédé de détermination selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détermination 30 périodique (E3) d'une valeur de masse volumique de gaz pour chacun des compartiments de l'installationcomporte la détermination (E32) d'une masse volumique instantanée (DI1, DI2, DI3) du gaz présent dans chaque compartiment à partir de mesures de pression et température et le calcul (E33) d'une moyenne des masses volumiques instantanées considérées sur une période prédéterminée. 3. Procédé de détermination selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les droites de tendance respectives (DR1, DR2, DR3) sont déterminées sur une fenêtre glissante sur les suites de valeurs de masse volumique de gaz. 4. Procédé de détermination selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la comparaison (E6) des pentes des droites de tendance est effectuée lorsqu'un changement de pente est détecté (E5) pour l'un des compartiments. 5. Procédé de détermination selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la comparaison (E6) des pentes des droites de tendance comporte la comparaison de chacune des pentes avec la moyenne des autres pentes pour déterminer un écart pour chaque pente. 6. Procédé de détermination selon la revendication 5, caractérisé en ce que la détection d'une fuite comporte la sélection de l'écart le plus grand en valeur absolue et la comparaison de l'écart sélectionné avec le seuil prédéterminé. 7. Procédé de détermination selon la revendication 6, caractérisé en ce que la détermination du taux de fuite (E8) est effectuée à partir de l'écart le plus grand sélectionné. 8. Dispositif de détermination d'un taux de fuite d'un gaz d'isolation d'un compartiment (Cl, C2, C3) à isolation gazeuse d'une installation électrique comportant plusieurs compartiments similaires, caractérisé en ce qu'il comporte : - Des moyens de détermination périodique d'une valeur de masse volumique de gaz (Dl, D2, D3) pour chacun des compartiments de l'installation, - Des moyens de détermination de droites de tendance respectives (DR1, DR2, DR3) à partir de suites de valeurs de masse volumique de gaz précédemment déterminées pour chacun des compartiments de l'installation, - Des moyens de comparaison des pentes des droites de tendance déterminées entre elles, - Des moyens de détection d'une fuite si le résultat d'une comparaison pour l'une des pentes est supérieur à un seuil prédéterminé, et en cas de détection pour une pente, - Des moyens de détermination d'un taux de fuite pour le compartiment associé à la pente ayant conduit à une détection. 9. Installation électrique caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif selon la revendication 8. 10. Installation électrique selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle est multiphasée et en ce que chaque compartiment correspond à une phase de l'installation. 11. Programme d'ordinateur comportant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur. 12. Support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.20