Brevet FR3101154A1 — publié le 20210326

Procédé de surveillance de décharges partielles (DP) dans une installation électrique (1) comprenant au moins une cellule électrique (2), la cellule électrique (2) comprenant au moins un appareillage électrique (3) de moyenne tension ou haute tension. Figure de l’abrégé : Figure 1 Système de surveillance des décharges partielles dans un appareillage électrique via les émissions gazeuses La présente invention concerne un système et un procédé de surveillance des décharges partielles dans au moins un appareillage électrique de moyenne tension ou haute tension. L'invention concerne également une installation électrique comportant un tel système de surveillance. Les appareillages électriques de moyenne et haute tension sont constamment sollicités par des hauts niveaux de courant et de tension électriques, et peuvent être soumis à des décharges partielles. Dans ce qui suit, les termes « moyenne tension » et « haute tension » sont utilisés dans leur acceptation habituelle, à savoir que le terme « moyenne tension » désigne une tension qui est supérieure à 1 000 volts en courant alternatif et à 1 500 volts en courant continu mais qui ne dépasse pas 52 000 volts en courant alternatif et 75 000 volts en courant continu, tandis que le terme « haute tension » désigne une tension qui est strictement supérieure à 52 000 volts en courant alternatif et à 75 000 volts en courant continu. Une décharge partielle est une décharge électrique localisée qui court-circuite partiellement un matériau isolant séparant des matériaux conducteurs, sous l'effet d'une forte tension. Les décharges partielles peuvent notamment être causées par un défaut de fabrication, à des conditions environnementales non maitrisé ou à une usure des matériaux. A titre d’exemple, les décharges partielles dans un matériau diélectrique peuvent avoir lieu dans une bulle gazeuse : la permittivité du gaz étant très inférieure à celle du matériau environnant, un champ électrique significativement plus important que celui existant au sein du matériau isolant apparait. Si la tension électrique dépasse la limite de rigidité diélectrique pour le gaz contenu par la bulle, une décharge partielle a lieu. À l'inverse, la présence d'une particule conductrice dans l'isolant peut également mener à une décharge partielle. D'autres types de décharges partielles peuvent avoir lieu en surface du matériau isolant ou dans les gaz environnants par effet corona. On distingue ainsi deux types de décharges partielles, à savoir les décharges partielles internes, se produisant à l’intérieur d’un matériau isolant, et les décharges partielles externes, se produisant à la surface ou dans les gaz environnant directement le matériau isolant. Ces décharges partielles sont susceptibles de dégrader de façon accélérée la tenue diélectrique du matériau isolant, par exemple en favorisant une érosion ou une oxydation du matériau. Sur le moyen terme et/ou long terme, ces dégradations peuvent devenir significatives et conduire finalement à un claquage aux bornes du matériau isolant et à la destruction de l'appareillage électrique. Il en résulte un risque accru pour la sécurité de l’appareillage électrique et donc des personnes qui travaillent à proximité. Afin de limiter ce risque, on connait différents procédés de surveillance des décharges partielles dans un appareillage électrique, par exemple des méthodes électriques, acoustiques ou optiques. Le document EP 3 258 278 A1 présente ainsi un procédé basé sur une analyse acoustique corrélée avec des mesures de capteurs de température et d’humidité. Le document EP 1 593 981 A2 présente un procédé basé sur une analyse des signaux électriques de tension et de courant lorsqu’une décharge partielle apparait. Des procédés chimiques peuvent également être utilisés. En effet, des décharges partielles externes peuvent entrainer des réactions chimiques à la surface des matériaux isolants de l’appareillage électrique ou dans le gaz environnant, notamment l’air. Ces réactions chimiques entrainent la formation d’éléments gazeux, notamment d’ozone. Le document « Characterization of medium voltage equipment ageing by monitoring of partial discharges chemical and acoustical emission, E. Odic, E. Jouseau, G. Vivien, C-S. Maroni, 10th International Electrical Insulation Conf. INSUCON 2006, Birmingham: United Kingdom (2006) » présente ainsi un procédé de surveillance des décharges partielles utilisant des capteurs d’ozone. Toutefois, un tel procédé ne permet pas de déterminer la cause spécifique des décharges partielles. Or, les actions à entreprendre pour limiter l’apparition de ces décharges partielles peuvent en dépendre. En outre, un tel procédé peut se révéler imprécis dans certaines situations. En effet, la concentration des éléments gazeux mesurée par les capteurs est susceptible de varier au cours du temps indépendamment de l’apparition ou non de décharges partielles, par exemple en fonction d’autres activités humaines réalisées à proximité de l’appareillage électrique. A titre d’exemple, il est connu que certaines usines ou que le trafic automobile peuvent émettre des précurseurs d’ozone, tels que l’oxyde d’azote, des hydrocarbures, ou des composés organiques volatiles. Ces précurseurs d’ozone peuvent ensuite réagir, notamment sous l’action des radiations ultraviolettes du soleil, en ozone. Ainsi, les mesures des capteurs d’éléments gazeux sont susceptibles d’être faussées en mesurant des concentrations élevées d’éléments gazeux, tels que l’ozone, indépendamment de l’apparition ou non de décharges partielles dans l’appareillage électrique. Un des buts de l'invention est donc de trouver un système simple, fiable et économique qui permet de détecter la survenance de décharges partielles dans une installation électrique, d’une part afin d’en connaitre la cause et d’autre part de s’assurer de l’efficacité du procédé utilisé. En outre, les éléments gazeux produits lors de décharges partielles peuvent avoir un impact significatif sur la santé, en favorisant par exemple une réaction inflammatoire des bronches ou des lésions du tissu pulmonaire chez les personnes travaillant à proximité de l’appareillage électrique. Un autre but de l’invention est donc de permettre une surveillance continue et en temps réel permettant de détecter des décharges partielles potentiellement dangereuses. Résumé L’invention vient améliorer la situation. Il est proposé un procédé de surveillance de décharges partielles dans une installation électrique comprenant au moins une cellule électrique, la cellule électrique comprenant au moins un appareillage électrique de moyenne tension ou haute tension, l’installation électrique comportant : - au moins un premier ensemble de capteurs disposé à l'intérieur de la cellule électrique et au moins un second ensemble de capteurs disposé à l'extérieur de la cellule électrique, chacun des premier et second ensembles de capteurs comprenant au moins un capteur d’un élément gazeux, - au moins un capteur de température et/ou un capteur d’humidité disposés à l'intérieur de l’installation électrique, le procédé comprenant au moins les étapes suivantes : a1) comparer les concentrations de l’élément gazeux obtenue avec le premier ensemble de capteur et le second ensemble de capteurs, a2) déterminer à partir de la comparaison de l’étape a1) si une variation de la concentration d’élément gazeux acquise par le premier ensemble de capteurs provient d’un facteur extérieur à l’installation électrique, b1) comparer la concentration de l’élément gazeux obtenue par le premier ensemble de capteur avec les mesures du capteur de température et/ou d’humidité, b2) déterminer à partir de la comparaison de l’étape b1) si une variation de la concentration de l’élément gazeux acquis par le premier ensemble de capteurs provient d’une variation de température et/ou d'humidité à l’intérieur de l’installation électrique, et c) si la réponse aux étapes a2) et b2) est négative, déduire que la concentration de l’élément gazeux obtenue par le premier ensemble de capteurs provient d’un facteur intérieur à l’installation électrique. Grâce à ces dispositions, il est possible de distinguer entre les décharges partielles provenant de facteurs extérieures, tels que conditions environnementales particulières à l’intérieur de l’installation électrique, qui peuvent favoriser l’apparition de décharges partielles de façon ponctuelle, et les décharges partielles provenant plus particulièrement de facteurs intérieurs à l’appareillage électrique, tels que l’usure des matériaux de l’appareillage électriques. Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en œuvre. Elles peuvent être mises en œuvre indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : Selon une réalisation, le capteur d’un élément gazeux des premier et second ensembles de capteurs est choisi parmi un capteur d’ozone, un capteur de monoxyde de carbone, un capteur d’acide nitrique et un capteur d’oxydes d'azote. Selon une autre réalisation, si la réponse à l’étape b2) est positive, le procédé comprend en outre une étape b3) de régulation des conditions environnementales à l’intérieur de l’installation électrique. Selon une autre réalisation, si la réponse à l’étape b2) est négative, le procédé comprend en outre une étape c’) de détermination de l’état d’usure du matériau de l’appareillage électrique en fonction de la concentration de l’élément gazeux obtenue par le premier ensemble de capteur. Selon une autre réalisation, le procédé comprend en outre une étape d) d’alerte si la concentration de l’élément gazeux obtenue par le premier ensemble de capteur est supérieure à une valeur seuil. Selon une autre réalisation, le facteur intérieur est une usure de l’appareillage électrique. Une analyse « différentielle » ou relative entre les capteurs installés à l’intérieur et à l’extérieur de la cellule électrique permet donc de garantir une maintenance satisfaisante de l’installation électrique. Une analyse des concentrations absolues permet de surveiller les concentrations d’éléments gazeux et de garantir ainsi si nécessaire la sécurité des personnes travaillant dans l’installation électrique. Selon un autre aspect, il est proposé un système de surveillance de décharges partielles dans une installation électrique comprenant au moins une cellule électrique, la cellule électrique comprenant au moins un appareillage électrique de moyenne tension ou haute tension, le système comportant : - au moins un premier ensemble de capteurs disposé à l'intérieur de la cellule électrique et au moins un second ensemble de capteurs disposé à l'extérieur de la cellule électrique, chacun des premier et second ensembles de capteurs comprenant au moins un capteur d’un élément gazeux, - au moins un capteur de température et/ou un capteur d’humidité disposés à l'intérieur de l’installation électrique, - une unité de traitement comprenant un processeur configuré pour mettre en œuvre au moins les étapes suivantes : a1) comparer les concentrations de l’élément gazeux obtenues avec le premier ensemble de capteur et le second ensemble de capteurs, a2) déterminer à partir de la comparaison de l’étape a1) si une variation de la concentration d’élément gazeux acquise par le premier ensemble de capteurs provient d’un facteur extérieur à l’installation électrique, b1) comparer la concentration de l’élément gazeux obtenue par le premier ensemble de capteur avec les mesures du capteur de température et/ou d’humidité, b2) déterminer à partir de la comparaison de l’étape b1) si une variation de la concentration de l’élément gazeux acquis par le premier ensemble de capteurs provient d’une variation de la température ou de l'humidité à l’intérieur de l’installation électrique, et c) si la réponse aux étapes a2) et b2) est négative, déduire que la concentration de l’élément gazeux obtenue par le premier ensemble de capteurs provient d’un facteur intérieur à l’installation électrique. Selon une réalisation, le système comprend un dispositif d’alarme. Selon une autre réalisation, le système comprend un ou plusieurs actionneurs configurés pour réguler les conditions environnementales à l’intérieur de l’installation électrique. D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels : Fig. 1 représente une vue schématique d’une installation selon un mode de réalisation de l’invention. Fig. 2 représente une vue schématique d’un procédé de surveillance selon un mode de réalisation de l’invention. Procédé de surveillance de décharges partielles (DP) dans une installation électrique (1) comprenant au moins une cellule électrique (2), la cellule électrique (2) comprenant au moins un appareillage électrique (3) de moyenne tension ou haute tension, l’installation électrique (1) comportant : - au moins un premier ensemble de capteurs (4) disposé à l'intérieur de la cellule électrique (2) et au moins un second ensemble de capteurs (5) disposé à l'extérieur de la cellule électrique (2), chacun des premier et second ensembles de capteurs (4, 5) comprenant au moins un capteur d’un élément gazeux (Cg), - au moins un capteur de température (Ct) et/ou un capteur d’humidité (Ch) disposés à l'intérieur de l’installation électrique (1), caractérisé en ce que le procédé comprend au moins les étapes suivantes : a1) comparer les concentrations de l’élément gazeux obtenues avec le premier ensemble de capteurs (4) et le second ensemble de capteurs (5), a2) déterminer à partir de la comparaison de l’étape a1) si une variation de la concentration d’élément gazeux acquise par le premier ensemble de capteurs (4) provient d’un facteur extérieur à l’installation électrique (1), b1) comparer la concentration de l’élément gazeux obtenue par le premier ensemble de capteur (4) avec les mesures du capteur de température (Ct) et/ou d’humidité (Ch), b2) déterminer à partir de la comparaison de l’étape b1) si une variation de la concentration de l’élément gazeux acquis par le premier ensemble de capteurs (4) provient d’une variation de température et/ou d'humidité à l’intérieur de l’installation électrique (1), et c) si la réponse aux étapes a2) et b2) est négative, déduire que la concentration de l’élément gazeux obtenue par le premier ensemble de capteurs (4) provient d’un facteur intérieur à l’installation électrique (1). Procédé selon la revendication 1, dans lequel le capteur d’un élément gazeux des premier et second ensembles de capteurs (4, 5) est choisi parmi un capteur d’ozone (O3), un capteur de monoxyde de carbone (CO), un capteur d’acide nitrique (HNO3) et un capteur d’oxydes d'azote (Nox). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel si la réponse à l’étape b2) est positive, le procédé comprend en outre une étape b3) de régulation des conditions environnementales à l’intérieur de l’installation électrique (1). Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel si la réponse à l’étape b2) est négative, le procédé comprend en outre une étape c’) de détermination de l’état d’usure du matériau de l’appareillage électrique (3) en fonction de la concentration de l’élément gazeux obtenue par le premier ensemble de capteur (4). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une étape d) d’alerte si la concentration de l’élément gazeux obtenue par le premier ensemble de capteur (4) est supérieure à une valeur seuil. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le facteur intérieur est une usure de l’appareillage électrique (3). Système de surveillance de décharges partielles (DP) dans une installation électrique (1) comprenant au moins une cellule électrique (2), la cellule électrique (2) comprenant au moins un appareillage électrique (3) de moyenne tension ou haute tension, le système comportant : - au moins un premier ensemble de capteurs (4) disposé à l'intérieur de la cellule électrique (2) et au moins un second ensemble de capteurs (5) disposé à l'extérieur de la cellule électrique (2), chacun des premier et second ensemble de capteurs (4, 5) comprenant au moins un capteur d’un élément gazeux (Cg), - au moins un capteur de température (Ct) et/ou un capteur d’humidité (Ch) disposés à l'intérieur de l’installation électrique (2), - une unité de traitement (6) comprenant un processeur (9) configuré pour mettre en œuvre au moins les étapes suivantes : a1) comparer les concentrations de l’élément gazeux obtenue avec le premier ensemble de capteur (4) et le second ensemble de capteurs (5), a2) déterminer à partir de la comparaison de l’étape a1) si une variation de la concentration d’élément gazeux acquise par le premier ensemble de capteurs (4) provient d’un facteur extérieur à l’installation électrique (1), b1) comparer la concentration de l’élément gazeux obtenue par le premier ensemble de capteur (4) avec les mesures du capteur de température (Ct) et/ou d’humidité (Ch), b2) déterminer à partir de la comparaison de l’étape b1) si une variation de la concentration de l’élément gazeux acquis par le premier ensemble de capteurs (4) provient d’une variation de la température ou de l'humidité à l’intérieur de l’installation électrique (1), et c) si la réponse aux étapes a2) et b2) est négative, déduire que la concentration de l’élément gazeux obtenue par le premier ensemble de capteurs (4) provient d’un facteur intérieur à l’installation électrique (1). Système selon la revendication 7, comprenant un dispositif d’alarme (11). Système selon la revendication 7 ou 8, comprenant un ou plusieurs actionneurs (12) configurés pour réguler les conditions environnementales à l’intérieur de l’installation électrique (1).