Brevet FR3141529A1 — publié le 20240503

Ce dispositif (10) d’application et mesure d’une surtension transitoire dans un câble électrique comporte un échantillon de test représentatif du câble électrique, un premier générateur (DC 1 ) de tension continue adapté à appliquer une tension continue prédéterminée à l’échantillon et un second générateur (DC 2 ) de tension continue adapté à appliquer une surtension prédéterminée à l’échantillon. Il comporte en outre un interrupteur à haute tension (12) connecté au second générateur (DC 2 ) de tension continue et adapté à convertir la surtension prédéterminée en une tension créneau, une résistance de contrôle (R2) adaptée à contrôler le temps de montée en tension de l’échantillon et une capacité de découplage (C1) adaptée à contrôler le temps de décroissance de surtension dans l’échantillon. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 DISPOSITIF ET PROCÉDÉ D’APPLICATION ET MESURE D’UNE SURTENSION TRANSITOIRE DANS UN CÂBLE ÉLECTRIQUE La présente invention se rapporte à un dispositif et à un procédé d’application et mesure d’une surtension transitoire dans un câble électrique. L’invention appartient au domaine des câbles électriques destinés au transport d’énergie et/ou à la transmission de données. Elle trouve à s’appliquer en particulier dans le domaine de l’analyse du comportement de l’isolation électrique des câbles à courant continu à haute tension en cas de surtension ponctuelle (TOV, en anglais « Transient OverVoltage »). Dans le domaine des câbles HVDC (câbles à courant continu à haute tension, en anglais « High Voltage Direct Current »), des tests de validation sont requis non seulement sous alimentation à courant continu, mais aussi pour vérifier le comportement du système d’isolation électrique du câble en cas de survenue de formes d’ondes non classiques, telles que des surtensions temporaires à front montant très lent. Actuellement, ces tests de validation sont généralement effectués sur des systèmes d’isolation réels et sur des câbles réels. Le processus prend du temps et est coûteux. Il est nécessaire d’être en mesure de mener ces tests en laboratoire, sur des échantillons de plaques isolantes et/ou des câbles de dimension réduite représentatifs des systèmes d’isolation et des câbles réels, afin d’étudier plus rapidement et à moindre coût les propriétés électriques du système d’isolation lorsqu’il subit une telle forme d’onde inhabituelle. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités de l’art antérieur. Dans ce but, la présente invention propose un dispositif d’application et mesure d’une surtension transitoire dans un câble électrique, comportant : un premier générateur de tension continue adapté à engendrer une tension continue prédéterminée ; et un second générateur de tension continue adapté à engendrer une surtension prédéterminée, le dispositif étant remarquable en ce qu’il comporte en outre : un échantillon de test représentatif du câble électrique ; en ce que le premier générateur de tension continue est adapté à appliquer la tension continue prédéterminée à l’échantillon de test ; en ce que le second générateur de tension continue est adapté à appliquer la surtension prédéterminée à l’échantillon de test ; et en ce qu’il comporte en outre : un interrupteur à haute tension connecté au second générateur de tension continue et adapté à convertir la surtension prédéterminée en une tension créneau ; une résistance de contrôle adaptée à contrôler le temps de montée en tension de l’échantillon de test ; et une capacité de découplage adaptée à contrôler le temps de décroissance de surtension dans l’échantillon de test. Ainsi, la présente invention permet, grâce à un circuit électrique simple et peu coûteux, de réaliser des tests de validation en laboratoire sur des échantillons de système d’isolation et/ou sur des mini-câbles, de façon plus rapide et plus économique que sur le terrain. Dans un mode particulier de réalisation, le dispositif comporte en outre au moins une résistance de protection. Cela permet de ne pas endommager l’échantillon de test pendant l’étude de son comportement lors de la survenue de la surtension. Dans un mode particulier de réalisation, l’interrupteur à haute tension comporte au moins un transistor rapide à haute tension. Cela permet de créer rapidement une surtension et, en combinaison avec la résistance de contrôle et la capacité de découplage, d’ajuster aisément les caractéristiques de la forme d’onde associée à la surtension pour les besoins du test de validation de l’échantillon. Dans un mode particulier de réalisation, l’échantillon de test est une plaque électriquement isolante présentant une épaisseur comprise entre 500 µm et 1,5 mm. Cela permet de reconstituer à peu de frais, à l’échelle réduite du laboratoire de tests, les propriétés électriques d’un système d’isolation équivalentes à celles d’un système d’isolation électrique réel d’un câble. En variante, l’échantillon de test est un mini-câble à courant continu à haute tension présentant un isolant d’épaisseur 1,5 mm. Cette épaisseur de 1,5 mm est à comparer à une épaisseur de 20 mm d’isolant pour un câble réel, ce qui montre l’économie réalisée du fait de l’utilisation d’un échantillon et non d’un câble réel. Dans le même but que celui indiqué plus haut, la présente invention propose également un procédé de mesure d’une surtension transitoire dans un câble électrique au moyen d’un dispositif tel que succinctement décrit ci-dessus, remarquable en ce qu’il comporte des étapes consistant à : appliquer à l’échantillon de test la tension continue prédéterminée au moyen du premier générateur de tension continue ; appliquer à l’échantillon de test la surtension prédéterminée, sous forme de la tension créneau, au moyen du second générateur de tension continue et de l’interrupteur à haute tension ; contrôler le temps de montée en tension au moyen de la résistance de contrôle ; contrôler le temps de décroissance de surtension au moyen de la capacité de découplage. Dans un mode particulier de réalisation, la surtension est égale à 0,7 U 0 , où U 0 désigne la tension continue prédéterminée. Les caractéristiques particulières et les avantages du procédé étant similaires à ceux du dispositif, ils ne sont pas répétés ici. D’autres aspects et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d’exemples nullement limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : est une représentation schématique d’un dispositif conforme à la présente invention, dans un mode particulier de réalisation. est un graphique représentant le niveau de surtension en fonction du temps dans un échantillon de test compris dans un dispositif conforme à la présente invention, dans un mode particulier de réalisation. Description de mode(s) de réalisation Le schéma électrique de la représente un dispositif 10 conforme à la présente invention, de mesure d’une surtension transitoire dans un câble électrique, dans un mode particulier de réalisation. L’invention s’applique en particulier, mais pas uniquement, aux câbles HVDC soumis à des tensions pouvant atteindre 800 kV. Le dispositif 10 comporte un échantillon de test, illustré en tirets sur le dessin et représentatif du câble électrique. A titre d’exemple non limitatif, cet échantillon de test peut être une plaque électriquement isolante présentant une épaisseur comprise entre 500 µm et 1,5 mm, ou bien un mini-câble à courant continu à haute tension présentant un isolant de longueur 1,5 mm. Le dispositif 10 comporte également un premier générateur DC 1 de tension continue, adapté à engendrer une tension continue U 0 prédéterminée. Une borne du premier générateur DC 1 de tension continue est reliée à la masse et son autre borne est reliée à l’échantillon de test, qui est par ailleurs également relié à la masse. Ainsi, le premier générateur DC 1 de tension continue est adapté à appliquer la tension U 0 à l’échantillon de test. Le dispositif 10 comporte aussi un second générateur DC 2 de tension continue, adapté à engendrer une surtension prédéterminée. Dans le mode particulier de réalisation de la , cette surtension est de 0,7U 0 . Une borne du second générateur DC 2 de tension continue est reliée à la masse et son autre borne est reliée à l’échantillon de test. Ainsi, le second générateur DC 2 de tension continue est adapté à appliquer la surtension 0,7U 0 à l’échantillon de test. Pour que la surtension soit appliquée uniquement de façon temporaire, le dispositif 10 comporte en outre un interrupteur à haute tension 12. Une borne de l’interrupteur à haute tension 12 est reliée à la masse et son autre borne est connectée au second générateur DC 2 de tension continue. L’interrupteur à haute tension 12 est adapté à convertir la surtension en une tension dont la forme d’onde est un créneau, en vue de son application à l’échantillon de test. A titre d’exemple nullement limitatif, l’interrupteur à haute tension 12 peut être fermé pendant 130 ms, c’est-à-dire que pendant cet intervalle de temps, les bornes + et – de l’interrupteur à haute tension 12 sont reliées entre elles. La surtension 0,7U 0 est alors appliquée à l’échantillon de test pendant 130 ms. A titre d’exemple nullement limitatif, l’interrupteur à haute tension 12 peut comporter au moins un transistor rapide à haute tension. Dans le mode particulier de réalisation illustré, l’interrupteur à haute tension 12 est un transistor rapide à haute tension. Pour contrôler le temps de montée en tension de l’échantillon de test lorsque la surtension lui est appliquée, c’est-à-dire mesurer ce temps de montée en tension, le dispositif 10 comporte en outre une résistance de contrôle R2, dont une borne est reliée au second générateur DC 2 de tension continue et à l’interrupteur à haute tension 12 et l’autre borne est reliée à l’échantillon de test et à la masse. Par ailleurs, pour contrôler le temps de décroissance de surtension dans l’échantillon de test, c’est-à-dire mesurer ce temps lorsque la surtension n’est plus appliquée, le dispositif 10 comporte en outre une capacité de découplage C1, dont une borne est reliée au second générateur DC 2 de tension continue et à l’interrupteur à haute tension 12 et l’autre borne est reliée à l’échantillon de test et à la masse. De façon optionnelle, le dispositif 10 peut comporter en outre une ou plusieurs résistances de protection. Dans le mode particulier de réalisation illustré, le dispositif 10 comporte une première résistance de protection R1 connectée entre le second générateur DC 2 de tension continue et l’interrupteur à haute tension 12 et une seconde résistance de protection R3 dont une borne est reliée au premier générateur DC 1 de tension continue et l’autre borne est connectée entre, d’une part, l’échantillon de test et d’autre part, le second générateur DC 2 de tension continue et l’interrupteur à haute tension 12. Le graphique de la illustre l’évolution de la tension U et donc le niveau de surtension en fonction du temps t. La tension en début de test est U 0 . Puis lorsque la surtension 0,7U 0 est appliquée à l’échantillon de test, la tension atteint un pic U 1 dont la valeur est donc de 1,7U 0 . La résistance de contrôle R2 permet de mesurer l’intervalle de temps T1 entre le démarrage de la montée en tension et le pic de tension U 1 . Typiquement, on constate que T1 est compris entre 1 et 3 ms. La capacité de découplage C1 permet de mesurer l’intervalle de temps T2 durant lequel la tension dépasse 90% de sa valeur maximale (soit 0,9.(U 1 -U 0 ), comme indiqué sur le graphique). Typiquement, on constate que T2 est compris entre 10 et 150 ms. Ainsi, le procédé conforme à la présente invention, de mesure d’une surtension transitoire d’un câble électrique au moyen du dispositif 10, comporte les étapes suivantes. Le premier générateur DC 1 de tension continue applique à l’échantillon de test la tension continue U 0 prédéterminée. Puis le second générateur DC 2 de tension continue applique à l’échantillon de test la surtension prédéterminée, 0,7U 0 dans l’exemple non limitatif donné ici, sous forme d’un créneau fourni par l’interrupteur à haute tension 12. La résistance de contrôle R2 contrôle i.e. mesure alors le temps T1 de montée en tension de l’échantillon de test et la capacité de découplage C1 contrôle i.e. mesure le temps T2 de décroissance de surtension. Ainsi, le dispositif 10 et le procédé conformes à l’invention permettent de contrôler avec précision, de façon rapide et peu coûteuse la forme d’onde associée à la surtension appliquée, notamment le temps T1 de montée en tension et le temps T2 de décroissance de surtension. Dispositif (10) d’application et mesure d’une surtension transitoire dans un câble électrique, comportant : un premier générateur (DC 1 ) de tension continue adapté à engendrer une tension continue (U 0 ) prédéterminée ; et un second générateur (DC 2 ) de tension continue adapté à engendrer une surtension prédéterminée, ledit dispositif (10) étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre : un échantillon de test représentatif dudit câble électrique ; en ce que ledit premier générateur (DC 1 ) de tension continue est adapté à appliquer ladite tension continue (U 0 ) prédéterminée audit échantillon de test ; en ce que ledit second générateur (DC 2 ) de tension continue est adapté à appliquer ladite surtension prédéterminée audit échantillon de test ; et en ce qu’il comporte en outre : un interrupteur à haute tension (12) connecté audit second générateur (DC 2 ) de tension continue et adapté à convertir ladite surtension prédéterminée en une tension créneau ; une résistance de contrôle (R2) adaptée à contrôler le temps (T1) de montée en tension dudit échantillon de test ; et une capacité de découplage (C1) adaptée à contrôler le temps (T2) de décroissance de surtension dans ledit échantillon de test. Dispositif (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte en outre au moins une résistance de protection (R1, R3). Dispositif (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit interrupteur à haute tension (12) comporte au moins un transistor rapide à haute tension. Dispositif (10) selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit échantillon de test est une plaque électriquement isolante présentant une épaisseur comprise entre 500 µm et 1,5 mm. Dispositif (10) selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit échantillon de test est un mini-câble à courant continu à haute tension présentant un isolant d’épaisseur 1,5 mm. Procédé d’application et mesure d’une surtension transitoire dans un câble électrique au moyen d’un dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte des étapes consistant à : appliquer audit échantillon de test ladite tension continue (U 0 ) prédéterminée au moyen dudit premier générateur (DC 1 ) de tension continue ; appliquer audit échantillon de test ladite surtension prédéterminée, sous forme de ladite tension créneau, au moyen dudit second générateur (DC 2 ) de tension continue et dudit interrupteur à haute tension (12) ; contrôler ledit temps (T1) de montée en tension au moyen de ladite résistance de contrôle (R2) ; contrôler ledit temps (T2) de décroissance de surtension au moyen de ladite capacité de découplage (C1). Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite surtension est égale à 0,7 U 0 , où U 0 désigne ladite tension continue prédéterminée.