Brevet FR3128537A1 — publié le 20230428

L’invention concerne un procédé de classification de décharge partielle dans un isolant (5) d’un conducteur électrique (1) d’un appareil électrique (2) de moyenne tension ou de haute tension, le procédé permettant de classer une décharge partielle parmi au moins une première classe (C1) et une deuxième classe (C2) distincte de la première classe (C1), le procédé comportant les étapes : - obtenir un ensemble (P) d’échantillons correspondant chacun à au moins une décharge partielle, - déterminer un modèle de classification (M2) par apprentissage automatique à partir d’au moins une grandeur statistique (G) des échantillons de l’ensemble (P), - acquérir un nouvel échantillon (E n +1 ) correspondant à au moins une décharge partielle, - déterminer la classe (C1, C2) de la décharge partielle associée au nouvel échantillon acquis (E n+1 ) à partir du modèle de classification (M2). Figure de l’abrégé : Figure 4 Procédé de classification de décharge partielle dans un conducteur électrique d’un appareil électrique de moyenne tension La présente invention se rapporte au domaine des appareils électriques à moyenne tension ou à haute tension. Les appareils électriques opérant sous moyenne tension ou haute tension peuvent être sujet à des décharges partielles entre les conducteurs électriques et l’environnement avoisinant. On entend par décharge partielle une décharge électrique localisée dans une isolation électrique. La décharge est dite partielle car elle ne court-circuite pas l’ensemble de l’isolation. Ces décharges partielles peuvent se propager dans l’air, ou à l’intérieur même de la matière isolante. Ces décharges partielles n’affectent pas à court terme le fonctionnement de l’appareil électrique concerné, mais accélèrent le vieillissement des isolants. Lorsque les isolants sont trop endommagés, un arc électrique franc peut survenir, ce qui peut conduire à la destruction de l’appareil électrique et poser des risques majeurs pour les personnes travaillant à proximité. Ainsi, les décharges partielles doivent être détectées afin de permettre une intervention avant un endommagement permanent, une destruction de l’appareil électrique concerné ou un incident de personne. Il est ainsi souhaitable de détecter l’apparition de décharges partielles. Pour cela, diverses méthodes de détection des décharges partielles sont connues. Généralement, lorsqu’une décharge partielle est détectée, ces méthodes de détection permettent une analyse statistique basée par exemple sur les valeurs telles que maximum, minimum, moyenne, médiane, mais ne permettent pas de déterminer la classe à laquelle appartient cette décharge partielle. On entend par là qu’il n’est pas possible de savoir l’origine de la ou des décharges partielles détectées. Ainsi, l’origine des décharges partielles détectées peut être difficile à identifier et par conséquent à corriger. Il existe un besoin de disposer d’une méthode permettant de déterminer, par famille de décharge partielle (dans le gaz ou l’air, dans les matériaux isolants ou à la surface de ces matériaux), l’origine de décharge partielle susceptible de se produire dans un appareil électrique de moyenne ou haute tension, autrement dit de réaliser une classification du type des décharges détectées. Résumé A cette fin, l’invention propose un procédé de classification de décharge partielle dans un isolant d’un conducteur électrique d’un appareil électrique de moyenne tension ou de haute tension, le procédé permettant de classer une décharge partielle parmi au moins une première classe et une deuxième classe distincte de la première classe, le procédé comportant les étapes : - obtenir un ensemble d’échantillons correspondant chacun à au moins une décharge partielle, - déterminer un modèle de classification par apprentissage automatique à partir d’au moins une grandeur statistique des échantillons de l’ensemble, - acquérir un nouvel échantillon correspondant à au moins une décharge partielle, - déterminer la classe de la décharge partielle associée au nouvel échantillon acquis à partir du modèle de classification. Le procédé de classification proposé est basé sur un apprentissage automatique pour déterminer la classe à laquelle appartient la décharge partielle détectée. Cet apprentissage automatique utilise au moins une grandeur statistique, ou paramètre statistique, déterminé à partir d’un ensemble d’échantillons dans lequel chaque échantillon correspond à au moins une décharge partielle. Grâce à ce principe, les décharges partielles survenant pendant le fonctionnement de l’appareil électrique peuvent être plus finement caractérisées qu’avec les méthodes selon l’art antérieur. Grâce au procédé de classification des décharges partielles, des actions correctives plus efficaces peuvent être mises en œuvre. Les caractéristiques listées dans les paragraphes suivant peuvent être mises en œuvre indépendamment les unes des autres ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : Chaque échantillon de l’ensemble d’échantillons correspondant chacun à au moins une décharge partielle est mesuré avec au moins un capteur. Le capteur est configuré pour fournir un signal vibratoire associé à l’isolant du conducteur électrique. Selon un mode de réalisation, l’ensemble d’échantillons à classifier comprend par exemple deux classes. Une première classe de décharge partielle est par exemple une décharge partielle se produisant dans un connecteur relié au conducteur électrique de l’appareil électrique. Une deuxième classe de décharge partielle est par exemple une décharge partielle se produisant du fait d’une déconnexion d’un panier de terre de l’appareil électrique. Selon un autre mode de réalisation, l’ensemble d’échantillons à classifier comprend par exemple trois classes distinctes. L’ensemble d’échantillons à classifier peut comprendre plus de trois classes distinctes. Chaque échantillon acquis est un échantillon d’un signal vibratoire associé au conducteur électrique. Selon un mode de réalisation, le signal vibratoire est un signal représentatif d’une vibration de l’isolant du conducteur électrique. Le procédé de classification des décharges partielles comprend également des étapes préalables permettant tout d’abord de détecter les décharges partielles. Afin de détecter la présence d’une décharge partielle, le procédé comporte les sous-étapes : i) acquérir un ensemble d’échantillons successifs d’un signal vibratoire associé au conducteur électrique, ii) déterminer une valeur modélisée d’un échantillon suivant à partir de l’ensemble d’échantillons acquis et d’un modèle de prédiction, le modèle de prédiction étant obtenu par apprentissage automatique du signal vibratoire, iii) acquérir l’échantillon suivant du signal vibratoire, iv) calculer une différence entre la valeur de l’échantillon acquis et la valeur modélisée, v) Si la différence calculée est supérieure à un seuil prédéterminé, détecter une décharge partielle dans le conducteur électrique, et l’apprentissage automatique est réalisé à partir d’un ensemble d’échantillons acquis dans des conditions de référence dans lesquelles le conducteur électrique est exempt de décharge partielle. Selon un exemple de mise en œuvre du procédé, la tension dans le conducteur électrique est périodique de période, le nouvel échantillon acquis est obtenu par intégration d’un signal vibratoire pendant une fenêtre temporelle d’acquisition, et une durée de la fenêtre temporelle d’acquisition est égale à un multiple de la période de la tension. De préférence, le multiple de la période de la tension est une valeur entière comprise par exemple entre 1 et 10. La durée de la fenêtre temporelle d’acquisition est par exemple égale à la période de la tension, préférablement égale à trois fois la période de la tension, plus préférablement égale à cinq fois la période de la tension. En variante, une durée entre deux échantillons successifs du signal du capteur est inférieure à un dixième de la période de la tension, de préférence inférieure à la période divisée par 20. Selon un mode de réalisation, le procédé comporte l’étape : - déterminer une durée séparant deux échantillons consécutifs de l’ensemble d’échantillons correspondant chacun à au moins une décharge partielle, et dans lequel la grandeur statistique de l’ensemble d’échantillons à classifier comprend la durée séparant deux échantillons consécutifs de l’ensemble d’échantillons à classifier. Selon un mode de réalisation, le procédé comporte l’étape : - calculer une fonction de distribution des valeurs de chaque échantillon de l’ensemble d’échantillons à classifier. Selon un exemple de mise en œuvre du procédé, la grandeur statistique comprend le coefficient d'asymétrie de la fonction de distribution obtenue. En variante ou de manière complémentaire, la grandeur statistique comprend le coefficient d'aplatissement de la fonction de distribution obtenue. Selon un mode de réalisation, la grandeur statistique comprend le coefficient d'asymétrie et le coefficient d'aplatissement de la fonction de distribution obtenue. Selon un mode de réalisation, le procédé comporte l’étape : - déterminer parmi l’ensemble d’échantillons correspondant chacun à au moins une décharge partielle une fraction d’échantillons ayant une valeur positive, et la grandeur statistique comprend la fraction d’échantillons ayant une valeur positive. En variante ou de manière complémentaire, le procédé comporte l’étape : - déterminer parmi l’ensemble d’échantillons correspondant chacun à au moins une décharge partielle une fraction d’échantillons ayant une valeur négative, et la grandeur statistique comprend la fraction d’échantillons ayant une valeur négative. Selon un mode de réalisation, la tension présente des variations périodiques, et la grandeur statistique comprend un phasage du nouvel échantillon acquis par rapport aux variations périodiques de la tension. Selon un mode de réalisation, le procédé comporte successivement les étapes : - acquérir un ensemble d’échantillons de référence comportant un premier sous-ensemble correspondant à la première classe et un deuxième sous-ensemble correspondant à la deuxième classe, - entrainer le modèle de classification avec au moins une partie de l’ensemble d’échantillons de référence. De préférence, l’ensemble d’échantillons de référence est obtenu dans des conditions de référence dans lesquelles des décharges partielles se produisent dans le conducteur électrique. L’ensemble d’échantillons de référence comprend par exemple entre 100 et 500 échantillons. Selon un exemple d’utilisation du procédé, le modèle de classification est entrainé en utilisant par exemple 70% des échantillons de l’ensemble d’échantillons de référence. Selon cet exemple d’utilisation du procédé, le modèle de classification est testé en utilisant par exemple 30% des échantillons de l’ensemble d’échantillons de référence. Selon un mode de mise en œuvre du procédé, celui-ci comporte successivement les étapes : - acquérir un ensemble d’échantillons de référence comportant un premier sous-ensemble correspondant à la première classe et un deuxième sous-ensemble correspondant à la deuxième classe, - déterminer une moyenne (Moy) et un écart type (S) des échantillons de l’ensemble d’échantillons de référence, - normaliser les valeurs de l’ensemble d’échantillons de référence de façon à obtenir un ensemble d’échantillons de référence normalisés, la valeur normalisée (Eref_N k ) d’un échantillon (Eref k ) étant égale à: - entrainer le modèle de classification avec au moins une partie des valeurs de l’ensemble de valeurs normalisées. Par exemple, l’étape de normalisation des valeurs de l’ensemble d’échantillons à classifier comporte les étapes : - déterminer la moyenne et l’écart type des échantillons de l’ensemble d’échantillons de référence, - pour chaque échantillon du premier sous-ensemble, calculer une valeur corrigée, la valeur corrigée étant obtenue en soustrayant à la valeur de échantillon la valeur de la moyenne déterminée, puis en divisant le résultat de la soustraction par l’écart type déterminé, - pour chaque échantillon du deuxième sous-ensemble, calculer une valeur corrigée, la valeur corrigée étant obtenue en soustrayant à la valeur de échantillon la valeur de la moyenne déterminée, puis en divisant le résultat de la soustraction par l’écart type déterminé. L’invention se rapporte également à un appareil électrique de moyenne tension ou de haute tension, l’appareil électrique comportant : - un conducteur électrique, - un capteur configuré pour fournir un signal vibratoire associé à un isolant du conducteur électrique, - une unité électronique de contrôle configurée pour mettre en œuvre le procédé de classification de décharge partielle tel que décrit précédemment. Selon un mode de réalisation, le capteur est configuré pour fournir un signal représentatif d’une vibration de l’isolant du conducteur électrique. Le capteur est un capteur de vibration. Le capteur est configuré pour fournir un signal représentatif d’une accélération de l’isolant du conducteur électrique. Le capteur de vibration est fixé à une surface extérieure du conducteur électrique. Plus précisément, le conducteur électrique est entouré d’un isolant formant gaine, et le capteur de vibration est fixé sur la surface extérieure de l’isolant. Le capteur de vibration est un capteur de type piézo-électrique. Selon un mode de réalisation, la bande passante du capteur de vibration est comprise entre 1 kHz et 300 kHz. Selon un exemple de mise en œuvre du procédé, le capteur de vibration délivre un signal analogique. En variante, le capteur de vibration délivre un signal numérique. 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 : est une représentation schématique d’un appareil électrique sur lequel le procédé selon l’invention est mis en œuvre, est une représentation schématique de détail de l’appareil électrique de la , est une représentation schématique de l’évolution temporelle de paramètres du procédé selon l’invention, est une autre représentation de l’évolution temporelle de paramètres du procédé selon l’invention, est une représentation schématique de paramètres statistiques du procédé, est une représentation schématique d’autres paramètres statistiques du procédé, est un schéma-bloc illustrant différentes étapes du procédé selon l’invention. Procédé de classification de décharge partielle dans un isolant (5) d’un conducteur électrique (1) d’un appareil électrique (2) de moyenne tension ou de haute tension, le procédé permettant de classer une décharge partielle parmi au moins une première classe (C1) et une deuxième classe (C2) distincte de la première classe (C1), le procédé comportant les étapes : - obtenir un ensemble (P) d’échantillons (E 1 …, E n ) correspondant chacun à au moins une décharge partielle, (étape 51) - déterminer un modèle de classification (M2) par apprentissage automatique à partir d’au moins une grandeur statistique (G) des échantillons de l’ensemble (P) obtenu, (étape 52) - acquérir un nouvel échantillon (E n +1 ) correspondant à au moins une décharge partielle, (étape 53) - déterminer la classe (C1, C2) de la décharge partielle associée au nouvel échantillon acquis (E n+1 ) à partir du modèle de classification (M2). (étape 54) Procédé selon la revendication 1, dans lequel la tension dans le conducteur électrique (1) est périodique de période (T), dans lequel le nouvel échantillon acquis (E n +1 ) est obtenu par intégration d’un signal vibratoire (V) pendant une fenêtre temporelle (SW) d’acquisition, et dans lequel une durée (D) de la fenêtre temporelle (SW) d’acquisition est égale à un multiple (k) de la période (T) de la tension. Procédé selon la revendication 1 ou 2, comportant l’étape : - déterminer une durée (Delta) séparant deux échantillons consécutifs de l’ensemble (P) d’échantillons correspondant chacun à au moins une décharge partielle, et dans lequel la grandeur statistique (G) de l’ensemble (P) d’échantillons à classifier comprend la durée (Delta) séparant deux échantillons consécutifs de l’ensemble (P) d’échantillons à classifier. Procédé selon l’une des revendications précédentes, comportant l’étape : - calculer une fonction de distribution (D) des valeurs de chaque échantillon de l’ensemble (P) d’échantillons à classifier. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la grandeur statistique (G) comprend le coefficient d'asymétrie de la fonction de distribution (D) obtenue. Procédé selon la revendication 4 ou 5, dans lequel la grandeur statistique (G) comprend le coefficient d'aplatissement de la fonction de distribution (D) obtenue. Procédé selon l’une des revendications précédentes, comportant l’étape : - déterminer parmi l’ensemble (P) d’échantillons (E 1 …, E n ) correspondant chacun à au moins une décharge partielle une fraction d’échantillons ayant une valeur positive, dans lequel la grandeur statistique (G) comprend la fraction d’échantillons ayant une valeur positive. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la tension présente des variations périodiques, et dans lequel la grandeur statistique (G) comprend un phasage du nouvel échantillon acquis (E n+1 ) par rapport aux variations périodiques de la tension. Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, comportant successivement les étapes : - acquérir un ensemble (PRef) d’échantillons de référence comportant un premier sous-ensemble (PREf_1) correspondant à la première classe (C1) et un deuxième sous-ensemble (PRef_2) correspondant à la deuxième classe (C2), - entrainer le modèle de classification (M2) avec au moins une partie de l’ensemble (PRef) d’échantillons de référence. Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, comportant successivement les étapes : - acquérir un ensemble (PRef) d’échantillons de référence (Eref 1 , …, ERef p ) comportant un premier sous-ensemble (PREf_1) correspondant à la première classe (C1) et un deuxième sous-ensemble (PRef_2) correspondant à la deuxième classe (C2), - déterminer une moyenne (Moy) et un écart type (S) des échantillons de l’ensemble (PRef) d’échantillons de référence, - normaliser les valeurs de l’ensemble (PRef) d’échantillons de référence de façon à obtenir un ensemble (PRef_N) d’échantillons de référence normalisés, la valeur normalisée (Eref_N k ) d’un échantillon (Eref k ) étant égale à: - entrainer le modèle de classification (M2) avec au moins une partie des valeurs de l’ensemble (PRef_N) de valeurs normalisées. Appareil électrique (2) de moyenne tension ou de haute tension, l’appareil électrique (2) comportant : - un conducteur électrique (1), - un capteur (3) configuré pour fournir un signal vibratoire (V) associé à un isolant (5) du conducteur électrique (1), - une unité électronique de contrôle (10) configurée pour mettre en œuvre le procédé de classification de décharge partielle selon l’une des revendications précédentes. Appareil électrique (2) selon la revendication précédente, dans lequel le capteur (3) est configuré pour fournir un signal représentatif d’une vibration de l’isolant (5) du conducteur électrique (1).