Brevet FR3141769A1 — publié le 20240510

L’invention concerne un procédé de détection et de reconnaissance d’une décharge partielle dans des équipements électriques en environnement aéronautique, le procédé comprenant une étape de détection, au moyen d’un capteur, d’un signal électrique à analyser, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend, en outre, des étapes de calcul d’au moins une valeur d’un paramètre de distance entre le signal électrique à analyser et au moins un signal de signature représentatif d’une décharge partielle, le paramètre de distance étant fonction d’un écart entre le signal électrique à analyser et le signal de signature et de comparaison de la valeur du paramètre de distance avec un seuil de détection et détection d’une éventuelle décharge partielle en fonction d’un résultat de la comparaison. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Procédé de reconnaissance numérique d’une décharge partielle dans des équipements électriques en environnement aéronautique sévère et système de mise en œuvre L’invention concerne la reconnaissance numérique des signatures de décharges partielles dans une chaine électrique en environnement aéronautique. ETAT DE LA TECHNIQUE Une décharge partielle est une décharge électrique localisée qui ne court-circuite que partiellement l'intervalle isolant séparant des conducteurs ou des électrodes. La présence de ces décharges conduit à une dégradation accélérée de l'isolation qu'elle soit liquide, par oxydation, ou solide, par érosion et peut conduire à des problèmes de fiabilité importants. L’hybridation et/ou l’électrification des systèmes de propulsion conduisent à une demande en énergie électrique croissante et par suite à une augmentation des niveaux de tension. Cette augmentation de tension accompagnée des conditions sévères de pression et de température augmente le risque d’apparition de ces décharges partielles. Il est donc nécessaire d’être capable de détecter et de reconnaître ces décharges dès leur apparition de manière fiable sans avoir besoin d’une puissance de calcul trop importante. De plus, alors que sous tension sinusoïdale la détection de décharge partielle est relativement simple, sous contrainte impulsionnelle ou Modulation en largeur d’impulsion (MLI), le bruit généré tend à se superposer aux signaux des décharges partielles, complexifiant de fait la détection. Les décharges ayant des valeurs de charges très faibles, des dispositifs de mesure complexes et robustes doivent être mis en œuvre. Des méthodes de détections existent mais ne sont pas très simple à mettre en place car elles nécessitent une électronique adaptée et des exigences élevées en termes de fréquence d’acquisition par exemple. L’avis d’un expert est en outre souvent nécessaire pour confirmer ou non la présence éventuelle de ce phénomène. Un but général de l’invention est d’identifier la présence de décharges partielles dans des signaux électriques de manière simple et automatisée en s’affranchissant de traitements complexes. A cet effet, l’invention propose un procédé de détection et de reconnaissance d’une décharge partielle dans des équipements électriques en environnement aéronautique, le procédé comprenant une étape de détection, au moyen d’un capteur, d’un signal électrique à analyser, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend, en outre, des étapes de : - calcul d’au moins une valeur d’un paramètre de distance entre le signal électrique à analyser et au moins un signal de signature représentatif d’une décharge partielle, le paramètre de distance étant fonction d’un écart entre le signal électrique à analyser et le signal de signature, - comparaison de la valeur du paramètre de distance avec un seuil de détection et détection d’une éventuelle décharge partielle en fonction d’un résultat de la comparaison. L’invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : le calcul comprend le calcul d’une série de valeurs du paramètre de distance entre le signal électrique à analyser et au moins un signal de signature, le calcul comprenant les sous étapes de : - sélection d’une portion du signal électrique à analyser dans une fenêtre d’analyse, la fenêtre d’analyse présentant une largeur prédéfinie, - calcul d’une valeur du paramètre de distance entre la portion sélectionnée du signal électrique à analyser et le signal de signature, - décalage de la fenêtre d’analyse, et - renouvellement des étapes c), d) et e) afin d’obtenir la série de valeur du paramètre de distance ; le calcul de chaque valeur du paramètre de distance comprend la comparaison entre la portion du signal à analyser délimitée par la fenêtre d’analyse et une pluralité de signaux de signatures différents ; la valeur du paramètre de distance est calculée comme une distance euclidienne normalisée entre le signal électrique à analyser, centré et réduit, et le signal de signature, centré et réduit ; la valeur du paramètre de distance est calculée comme une fonction de déformation temporelle dynamique, les variables de cette fonction étant centrées et réduites ; le seuil de détection est déterminé en fonction de paramètres caractéristiques de la série de valeur du paramètre de distance ; les paramètres caractéristiques de la série de valeur du paramètre de distance comprennent la moyenne et/ou l’écart type de la série de valeur du paramètre de distance ; le seuil de détection est déterminé en fonction de la moyenne de la série de valeur du paramètre de distance à laquelle on soustrait n fois la valeur de l’écart type de la série de valeur du paramètre de distance, n’étant un nombre réel ; la détection comprend une étape de traitement du signal électrique à analyser, le traitement comprenant un filtrage du signal électrique à analyser au moyen d’un filtre passe-haut, et une étape d’acquisition au moyen d’un dispositif d’acquisition ; le filtrage du signal est réalisé au moyen d’un filtre passe-haut dont la fréquence de coupure est de l’ordre de grandeur de la centaine de MHz et au-delà ; le procédé comprend une étape de génération d’une base de donnée de signaux de signatures représentatifs de signaux de décharges partielles, la génération comprenant une détection, un filtrage, une acquisition et une sauvegarde de ces signatures dans la base de données, la base de données comprenant une pluralité de signaux de signatures de décharges partielles prenant en compte des conditions de test variables et influant sur ces signaux de signatures ; un dispositif de détection est adapté pour mettre en œuvre les étapes de calcul et de comparaison du procédé selon l’invention ; le capteur est un capteur de type couplage capacitif, le capteur comprend une aiguille qui est en contact au cours de la détection avec une section du câble conducteur du signal électrique à analyser, la section comprenant une couche de cuivre ; un produit programme d'ordinateur, comprend des instructions de code pour exécuter un procédé selon l’invention lorsqu'il est exécuté sur des moyens informatiques. Ainsi, l’invention permet de distinguer les décharges partielles des autres bruits parasites, comme par exemple les bruits haute fréquence relatifs aux convertisseurs utilisant la modulation de largeur d’impulsion (MLI). En outre l’invention permet d’identifier la présence de décharges partielles sur n’importe quel type de signal de manière rapide et simple, et cela sans ajouter de traitement du signal trop important. L’invention permet en outre de reconnaître la présence de décharges partielles de faible amplitude, i.e. de l’ordre du millivolt. PRESENTATION DES FIGURES D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la illustre les étapes principales d’un procédé de détection de reconnaissance selon l’invention ; - la illustre le principe technique derrière la reconnaissance de décharges partielles selon l’invention ; - la illustre un système de détection de décharge partielles pour l’obtention de signatures selon un mode de réalisation de la présente invention. Sur l’ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques. DESCRIPTION DETAILLEE Systèmes électriques Aucun système électrique ne saurait fonctionner sans que des isolants ou des diélectriques ne soient utilisés. L’isolant électrique, en empêchant le passage du courant électrique, permet le bon fonctionnement des systèmes électriques. En électronique de puissance, ces matériaux se rencontrent soit dans les composants passifs, pour lesquels il s’agit plutôt d’exploiter les propriétés diélectriques de la matière (et ses aspects de stockage), soit en tant qu’isolation. En électrotechnique, c’est principalement la fonction d’isolation de parties portées à des potentiels différents qui est recherchée. Les matériaux isolants qu’ils soient solides, liquides ou gazeux sont souvent le maillon faible des systèmes électriques ; notamment, au-delà d’une certaine tension, le phénomène de Décharges Partielles (DP) et ses conséquences (telles que l’apparition de courts-circuits ou d’arcs électriques de défaut) sont susceptibles de se produire. Jusqu’ici, l’existence de ces décharges partielles n’avait été que peu prise en compte lors de la conception des équipements d’avion, compte tenu des faibles niveaux de tension utilisés. Cependant, et dans le domaine aéronautique en particulier, l’hybridation et l’électrification des systèmes propulsifs de forte puissance conduit à une augmentation des tensions de fonctionnement ; de fait, aucun système actuel ne peut se prévaloir soit d’être exempt soit de résister aux DPs. Par la suite, on comprendra par décharge partielle DP une décharge électrique localisée se générant, sous l'effet d'une forte tension ou variation de tension, dans un intervalle isolant séparant des conducteurs. Et par réseau électrique tout type de réseau qu’il est possible de trouver dans un environnement aéronautique par exemple dans un aéronef quelconque : avion ou hélicoptère etc. Procédé de détection et reconnaissance La est l’organigramme des étapes d’un procédé de détection et de reconnaissance de décharge partielles DP dont les principales étapes sont illustrées par la . Le procédé comprend une étape de détection E10 d’un signal à électrique à analyser 1. Une fois détecté, le signal électrique à analyser 1 est avantageusement traité. L’étape de détection s’accompagne d’un filtrage E11 du signal électrique à analyser 1 au moyen d’un filtre. Le filtre est préférentiellement un filtre passe-haut, afin de réduire au maximum le niveau de bruit présent dans le signal électrique à analyser 1. La fréquence de coupure du filtre passe-haut est de l’ordre de grandeur de la centaine de MHz et au-delà. Le procédé comprend, ensuite, une étape d’acquisition E12 d’un signal à électrique à analyser 1. Le signal électrique à analyser 1 est préférentiellement acquis au moyen du dispositif d’acquisition (décrit ci-après). Une fois que le signal électrique à analyser 1 est traité, une étape de calcul E2 d’une valeur d’un paramètre de distance 3 est réalisée. Le paramètre de distance 3 est fonction d’un écart entre deux signaux ou portions de signaux. Le calcul E2 d’une valeur du paramètre de distance 3 est effectué entre le signal électrique à analyser 1 et un signal de signature 2. Le signal de signature 2 est un signal représentatif du signal d’une décharge partielle DP. La valeur du paramètre de distance 3 est donc calculée entre le signal électrique à analyser 1 et un signal représentatif d’une décharge partielle DP. Selon un mode de mise en œuvre, la valeur du paramètre de distance 3 est calculée comme une distance euclidienne normalisée. C’est-à-dire que pour chaque point du signal électrique à analyser 1 dont la grandeur est centrée et réduite on détermine son écart avec le point du signal de signature 2 correspondant, et dont la grandeur est centrée et réduite. En d’autres termes, la valeur du paramètre de distance 3 est le résultat de l’équation : Avec N le nombre de points du signal de signature 2, x une grandeur du point du signal de signature 2 et y une grandeur du point du signal électrique à analyser 1. Les grandeurs des points x et y sont avantageusement des tensions. De manière préférentielle, les grandeurs sont centrées et réduites pour obtenir des grandeurs indépendantes de l’unité ou de l’échelle choisie et ayant même moyenne et même dispersion. Selon un autre mode de mise en œuvre, la valeur du paramètre de distance 3 est calculée au moyen d’une fonction de déformation temporelle dynamique (ou « Dynamic Time Warping » dans la terminologie anglo-saxonne). Une telle fonction permet de calculer la valeur du paramètre de distance 3 entre le signal électrique à analyser 1 et le signal de signature 2 de manière plus robuste face à la dilatation/contraction temporelle et d'amplitude. Selon un autre mode de mise en œuvre, il est possible de calculer la valeur du paramètre de distance 3 au moyen de n’importe quelle fonction adaptée pour évaluer un écart entre deux signaux. En outre, l’étape de calcul E2 comprend avantageusement le calcul d’une série 8 de valeurs du paramètre de distance 3. La série 8 de valeurs est obtenue par la mise en œuvre des étapes suivantes : - une sélection E21 d’une portion 7 du signal électrique à analyser 1 dans une fenêtre d’analyse 6, la fenêtre d’analyse 6 présentant une largeur 61 prédéfinie ; - un calcul E22 d’une valeur du paramètre de distance 3 entre la portion 7 sélectionnée par la fenêtre d’analyse 6 du signal électrique à analyser 1 et le signal de signature 2 ; - le décalage E23 de la fenêtre d’analyse 6 d’un pas 62 prédéfini ; et - le renouvellement E24 de ces étapes de sélection E21, de calcul E22 et de décalage E23 afin d’obtenir la série 8 de valeurs du paramètre de distance 3. En d’autres termes la fenêtre d’analyse 6 sélectionnant une portion 7 du signal électrique à analyser 1, est déplacée temporellement sur le signal électrique à analyser 1 et, pour chacune de ses positions, on réalise le calcul E22 du paramètre de distance 3. De cette manière, la série 8 de valeurs du paramètre de distance 3 représente l’écart entre le signal électrique à analyser et le signal de signature pour chacune des portions 7 de ce signal électrique à analyser 1. Avantageusement, la largeur 61 de la fenêtre d’analyse 6 représente un intervalle temporel correspondant à la durée de la décharge partielle DP représentée sur le signal de signature 2. Avantageusement, le pas 62 de décalage de la fenêtre d’analyse 6 le long de l’échelle temporelle du signal électrique à analyser 1 est égale à une période d’acquisition du signal électrique à analyser 1. Il est cependant possible de choisir un pas 62 différent de cette période d’acquisition comme par exemple un multiple de la période d’acquisition ou une tout autre période temporelle. De plus, il est avantageusement possible de calculer E22 une valeur d’un paramètre de distance 3 entre une portion 7 du signal électrique à analyser 1 et une pluralité de signaux de signatures 2 représentatifs de différents types de décharges partielles DP. Selon un mode de mise en œuvre, la pluralité de signaux de signatures 2 est issue d’une base de données. Un dispositif de détection C, décrit ci-après, permet de générer E0 une base de données comprenant une pluralité de signaux de signature 2 représentatifs de décharges partielles DP. Il est en effet possible d’identifier les signaux de signature et de les enregistrer dans la base de données préalablement à la mise en œuvre des autres étapes du procédé de détection et de reconnaissance. Les signatures de signaux 2 peuvent évoluer en fonction des conditions dans lesquelles le réseau électrique 10 est présent au cours de son utilisation. Il est donc possible de générer, en laboratoire, des signatures de signaux 2 représentatives de décharges partielles DP telles qu’elles seraient dans ces conditions. Afin de pouvoir surveiller l’état de l’isolation du réseau électrique 10, il est avantageux de mettre en œuvre le procédé de détection et de reconnaissance comprenant l’utilisation de la base de données 10 comprenant une pluralité de signaux de signatures 2 représentatifs de décharges partielles DP. Après l’étape de calcul E2, le procédé de détection et de reconnaissance comprend une étape de comparaison E3. Au cours de cette étape, la valeur du paramètre de distance 3 est comparée avec un seuil de détection 4. La comparaison E3 est propre à détecter une éventuelle décharge partielle DP en fonction des résultats obtenus, et donc de la distance entre le signal électrique à analyser 1 et le signal de signature 2. En, effet, plus la valeur du paramètre de distance 3 est faible, plus l’écart entre le signal électrique à analyser 1 et le signal de signature 2 est faible. Un faible écart entre le signal électrique à analyser 1 et le signal de signature 2 implique une similarité importante et une détection d’une décharge partielle DP est alors probable. Dans le mode de réalisation selon lequel, une série 8 de valeurs du paramètre de distance 3 est calculée, l’étape de comparaison E3 compare la série 8 au seuil de détection 4 afin de détecter une ou plusieurs éventuelles décharges partielles DP et leur position dans le signal électrique à analyser 1. Le seuil de détection 4 est avantageusement déterminé en fonction de la moyenne de la série 8 de valeurs du paramètre de distance 3 à laquelle on soustrait n fois la valeur de l’écart type de la série 8 de valeurs du paramètre de distance 3. Le nombre n est un nombre réel, avantageusement un entier supérieur ou égal à 1. Selon un mode de réalisation, le procédé de détection et de reconnaissance présenté précédemment peut être couplé à d’autres procédés afin de garantir une reconnaissance encore plus précise. Par exemple, le procédé peut être jumelé à une méthode de reconnaissance de décharge partielle DP mettant en œuvre une transformée en ondelette du signal électrique à analyser 1. Banc de test La illustre schématiquement un dispositif C permettant à la fois de détecter au préalable et en laboratoire, des signaux de signature 2 permettant de générer E0 la base de données des signaux de signature 2, mais aussi d’obtenir le signal électrique à analyser 1 afin de pouvoir mettre en œuvre le procédé de détection et de reconnaissance tel que décrit précédemment. Le dispositif C est par exemple un banc de test comprenant un dispositif d’acquisition 9 et un capteur 91. Le capteur 9 est par exemple un capteur 91 de type couplage capacitif. Le capteur 91 comprend avantageusement une pointe métallique qui touche une partie 11 d’un réseau électrique 10. La partie 11 du réseau électrique 10 est avantageusement recouverte d’une couche 12 de cuivre pour amplifier le signal électrique détecté. Le dispositif C permet à la fois de générer au préalable E0 la base de données, mais aussi d’obtenir le signal électrique à analyser 1. A cette fin, le capteur 9 acquiert le signal électrique, par exemple en millivolts, image d’une grandeur électrique variant dans le réseau électrique 10, par exemple le courant électrique. Un filtrage E11, par exemple un filtrage au moyen d’un filtre passe haut, est appliqué au signal électrique afin de réduire au maximum le niveau de bruit présent. La fréquence de coupure du filtre utilisé est avantageusement d’une centaine de mégahertz ou supérieur. Enfin, l’étape d’acquisition E12 est nécessaire pour obtenir le signal électrique à analyser 1 ou le signal de signature 2. Une fois détecté, filtré et acquis, le signal est soit enregistré dans la base de données s’il s’agit d’une mesure visant à enrichir E0 la base de données en laboratoire, soit utilisé comme signal électrique à analyser 1 pour mettre en œuvre le procédé de détection et de reconnaissance tel que décrit précédemment. Procédé de détection et de reconnaissance d’une décharge partielle (DP) dans des équipements électriques (10) en environnement aéronautique, le procédé comprenant une étape de détection (E10), au moyen d’un capteur (91), d’un signal électrique à analyser (1), le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend, en outre, des étapes de : a) calcul (E2) d’au moins une valeur d’un paramètre de distance (3) entre le signal électrique à analyser (1) et au moins un signal de signature (2) représentatif d’une décharge partielle (DP), le paramètre de distance (3) étant fonction d’un écart entre le signal électrique à analyser (1) et le signal de signature (2), et b) comparaison (E3) de la valeur du paramètre de distance (3) avec un seuil de détection (4) et détection d’une éventuelle décharge partielle (DP) en fonction d’un résultat de la comparaison (E3). Procédé selon la revendication 1, dans lequel le calcul (E2) comprend le calcul d’une série (8) de valeurs du paramètre de distance (3) entre le signal électrique à analyser (1) et au moins un signal de signature (2), le calcul (E2) comprenant les sous étapes de : c) sélection (E21) d’une portion (7) du signal électrique à analyser (1) dans une fenêtre d’analyse (6), la fenêtre d’analyse (6) présentant une largeur (61) prédéfinie, d) calcul (E22) d’une valeur du paramètre de distance (3) entre la portion (7) sélectionnée du signal électrique à analyser (1) et le signal de signature (2), e) décalage (E23) de la fenêtre d’analyse (6), et f) renouvellement (E24) des étapes c), d) et e) afin d’obtenir la série (8) de valeur du paramètre de distance (3). Procédé selon la revendication 2, dans lequel le calcul (E2) de chaque valeur du paramètre de distance (3) comprend la comparaison (E3) entre la portion (7) du signal à analyser (1) délimitée par la fenêtre d’analyse (6) et une pluralité de signaux de signatures (2) différents. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la valeur du paramètre de distance (3) est calculée comme une distance euclidienne normalisée entre le signal électrique à analyser (1), centré et réduit, et le signal de signature (2), centré et réduit. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la valeur du paramètre de distance (3) est calculée comme une fonction de déformation temporelle dynamique, les variables de cette fonction étant centrées et réduites. Procédé selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel le seuil de détection (4) est déterminé en fonction de paramètres caractéristiques de la série (8) de valeur du paramètre de distance (3). Procédé selon la revendication 6, dans lequel les paramètres caractéristiques de la série (8) de valeur du paramètre de distance (3) comprennent la moyenne et/ou l’écart type de la série (8) de valeur du paramètre de distance (3). Procédé selon l’une quelconque des revendications 2 à 7, dans lequel le seuil de détection (4) est déterminé en fonction de la moyenne de la série (8) de valeur du paramètre de distance (3) à laquelle on soustrait n fois la valeur de l’écart type de la série (8) de valeur du paramètre de distance (3), n’étant un nombre réel. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la détection (E10) comprend une étape de traitement du signal électrique à analyser (1), le traitement comprenant un filtrage (E11) du signal électrique à analyser (1) au moyen d’un filtre passe-haut, et une étape d’acquisition (E12) au moyen d’un dispositif d’acquisition (9). Procédé selon la revendication 9, dans lequel le filtrage (E11) du signal est réalisé au moyen d’un filtre passe-haut dont la fréquence de coupure est de l’ordre de grandeur de la centaine de MHz et au-delà. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant une étape de génération (E0) d’une base de donnée (10) de signaux de signatures (2) représentatifs de signaux de décharges partielles (DP), la génération (E0) comprenant une détection, un filtrage, une acquisition et une sauvegarde de ces signatures (2) dans la base de données (10), la base de données (10) comprenant une pluralité de signaux de signatures (2) de décharges partielles (DP) prenant en compte des conditions de test variables et influant sur ces signaux de signatures (2). Dispositif (C) de détection et de reconnaissance d’une décharge partielle (DP) dans des équipements électriques (10) en environnement aéronautique comportant un capteur (91), d’un signal électrique à analyser (1), ledit dispositif (C) étant en outre adapté pour mettre en œuvre les étapes a) et b) du procédé selon la revendication 1. Dispositif (C) selon la revendication 12, dans lequel le capteur (91) est un capteur (91) de type couplage capacitif, le capteur (91) comprend une aiguille qui est en contact au cours de la détection (E1) avec une section (11) du câble (10) conducteur du signal électrique à analyser (1), la section (11) comprenant une couche de cuivre (12). Produit programme d'ordinateur, comprenant des instructions de code pour exécuter un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 lorsqu'il est exécuté sur des moyens informatiques.