COAXIAL A ISOLATION GAZEUSE DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE

L' invention se situe dans le domaine de la détection et de la localisation de défauts sur une ligne électrique et concerne plus spécifiquement un dispositif et une méthode pour détecter et localiser un défaut sur un câble électrique coaxial à isolation gazeuse (GIS, GIL pour gaz-insulated switchgear, gaz- insulated switchgear) .

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

Les câbles à isolation gazeuse GIS, GIL

(pour gaz-insulated switchgear, gaz-insulated line) se différencient des câbles ordinaires par le fait que le milieu isolant se régénère en un temps court après l'apparition d'un défaut. Cette propriété rend la localisation du défaut difficile et ne permet pas l'utilisation d'appareils et de méthode de localisation dédiés aux câbles à isolant en polymère.

En effet, dans les câbles à isolant en polymère, un défaut diélectrique présente une rupture d'impédance qui perdure une fois l'installation mise en sécurité. Les dispositifs de détection et de localisation du défaut dans ce type de câble disposent d'un générateur d'impulsions de tension incorporé et utilisent les propriétés de vitesse de déplacement et de réflexion à l'endroit du défaut de l'onde de choc diélectrique. Ce dernier est localisé une fois l'installation mise hors tension.

Dans les câbles à isolation gazeuse, après un défaut franc à la masse, le diélectrique est renouvelé en un temps court du fait des mouvements de convection dans la zone de claquage. Il en résulte une persistance d'un important isolement diélectrique même après l'apparition du défaut. Ce dernier est ensuite normalement éliminé par les protections. Une fois l'installation mise hors tension, il devient difficile voire impossible de localiser le défaut sur la câble.

Par ailleurs, certains tronçons des câbles à isolation gazeuse peuvent être enterrés afin de ménager des voies de communication ou de préserver l'environnement d'un point de vue visuel, et d'autres tronçons peuvent se situer en zone immergeable. De ce fait, les dispositifs classiques de localisation des arcs internes en service au moyen de l'analyse des ondes de pression du gaz diélectrique, ainsi que les dispositifs utilisant une mesure par microphone des ondes sonores générées lors d'un claquage diélectrique ne peuvent pas être utilisés pour détecter un défaut sur les tronçons enterrés des câbles à isolation gazeuse en raison, d'une part, de 1 ' inaccessibilité de ces tronçons, et d'autre part, de la forte absorption des ondes, de l'affaiblissement du signal causé soit par des obstacles physiques à la lumière, de l'affaiblissement du signal causé par les liaisons au sol .

En outre, les dispositifs de l'art antérieur qui utilisent l'analyse des temps de transmission de pics de tension pour déterminer la position d'un défaut sur un câble ne sont pas conçus pour la localisation de défauts francs et nécessitent des capteurs situés aux deux extrémités de la zone surveillée.

Le document WO 2006/019738 décrit une méthode de localisation de défaut dans un câble électrique utilisant les temps de déplacement d'impulsions de courant à l'aide de tores de Rogowski.

Un inconvénient de cette méthode provient du fait que, contrairement à la tension d'un réseau qui est généralement connue et stable, le courant fluctue en fonction de la charge. Aussi, les mesures effectuées par cette méthode, utilisant les impulsions de courant, fournissent des signaux difficiles à exploiter.

Un but de l'invention est de pallier les inconvénients de l'art antérieur au moyen d'un dispositif et d'une méthode permettant de localiser rapidement le défaut dès son apparition avant que les systèmes de sécurité ne mettent le câble hors tension.

EXPOSÉ DE L' INVENTION

L'invention exploite le fait qu'un front raide de tension guidé dans un conducteur par rapport à une masse, se réfléchit à l'endroit de la rupture d'impédance que constitue un défaut d'isolation. Ainsi, un amorçage en essai diélectrique d' isolement ou en service provoque instantanément un front raide d'une onde de tension qui va se propager vers chacune des deux extrémités du câble.

Les buts de l'invention sont atteints au moyen d'un dispositif de détection et de localisation d'un défaut sur un câble électrique coaxial à isolation gazeuse comportant:

un unique capteur capacitif de tension agencé à une extrémité du câble électrique coaxial et destiné à détecter une onde de tension HF générée par l'apparition d'un défaut en un point P dudit câble,

une unité de traitement comportant:

• des moyens pour mesurer la durée d séparant une première détection de ladite onde HF juste après l'apparition du défaut et une deuxième détection de ladite onde de tension HF après une première réflexion de l'onde de tension HF à l'extrémité du câble électrique coaxial et une deuxième réflexion de ladite onde HF au point P du défaut, et,

· des moyens pour calculer la position du point P de défaut en fonction de ladite durée d et de la vitesse de déplacement de l'onde HF le long du câble électrique coaxial.

Grâce au dispositif de l'invention, il est possible de mesurer au moyen d'un unique capteur de tension capacitif, le temps écoulé entre l'arrivée du premier front généré en début du défaut et le second front de tension réfléchi par le changement d' impédance en extrémité du câble puis par celui que forme le défaut pendant que le câble est en charge.

Dans une autre variante de l'invention, le dispositif de détection et de localisation d'un défaut selon l'invention comporte en outre un deuxième capteur capacitif de tension agencé à proximité du premier capteur capacitif de tension de manière à déterminer le sens de déplacement de l'onde de tension HF. Dans cette variante, l'ensemble constitué de deux capteurs est placé à la base d'une traversée aérienne et permet de localiser et de discerner un défaut franc dans le câble électrique coaxial à isolation gazeuse d'un défaut sur le câble aérien. Lesdits premier et deuxième capteurs capacitifs de tension sont configurés pour détecter l'onde de tension HF pendant que le câble coaxial et le câble aérien sont en charge .

Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, l'unité de traitement comporte un module de correction automatique de la durée d destiné à compenser une erreur correspondant à la durée dm de transmission des signaux de mesure fournis par le capteur capacitif de tension à l'unité de traitement.

Préférentiellement , ledit module de compensation comporte un générateur de tension configuré pour injecter un signal dans un câble secondaire reliant le capteur capacitif à l'unité de traitement, des moyens pour mesurer la durée dm, et des moyens pour corriger la durée d.

Le procédé de détection et de localisation d'un défaut sur un câble électrique coaxial à isolation gazeuse selon l'invention comporte les étapes suivantes :

détecter au moyen d'un unique capteur capacitif de tension agencé à une extrémité du câble électrique coaxial une onde de tension HF générée par l'apparition d'un défaut en un point P dudit câble,

- mesurer au moyen d'une unité de traitement, la durée d séparant une première détection de ladite onde HF juste après l'apparition du défaut et une deuxième détection de ladite onde de tension HF après une première réflexion de l'onde de tension HF à l'extrémité du câble électrique coaxial, et une deuxième réflexion de ladite onde de tension HF au point P du défaut,

calculer, au moyen de l'unité de traitement, la position du point P en fonction de la durée d et de la vitesse de déplacement de l'onde HF le long du câble électrique coaxial.

Dans une variante de réalisation, le procédé selon l'invention comporte en outre une étape consistant à déterminer le sens de déplacement de l'onde de tension HF par la détection de l'onde de tension HF au moyen d'un deuxième capteur capacitif de tension agencé à proximité du premier capteur capacitif de tension.

Préférentiellement , le procédé comporte une étape de correction automatique de la durée d pour tenir compte d'une erreur correspondant à la durée dm de transmission des signaux de mesure fournis par le capteur capacitif de tension à l'unité de traitement.

Ladite étape de correction comporte les étapes suivantes :

- injecter un signal dans un câble secondaire reliant le capteur capacitif à l'unité de traitement,

mesurer la durée dm, et,

corriger la durée d pour compenser la durée dm mesurée. L'invention est mise en œuvre au moyen d'un logiciel mémorisé sur un support d'enregistrement et comportant des instructions destinées à appliquer les étapes du procédé selon l'invention lorsqu'il est exécuté par un ordinateur.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, prise à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures annexées dans lesquelles:

- la figure 1 illustre schématiquement l'application de l'invention dans une ligne électrique haute tension comportant une portion formée d'un câble coaxial à isolation gazeuse et d'une portion formée par une câble aérien.

- la figure 2 représente schématiquement un agencement particulier selon l'invention destiné à compenser le temps de transfert de signaux de mesure entre le capteur et une unité de traitement sur la ligne de la figure 1.

- la figure 3 représente schématiquement un agencement selon l'invention de capteurs sur la ligne électrique haute tension de la figure 1 pour déterminer la portion de ladite ligne électrique concernée par un défaut;

- la figure 4 représente un mode particulier de réalisation de l'invention utilisant de capteurs à chaque extrémité de la ligne de la figure 1. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

La figure 1 illustre une partie d'une ligne électrique Haute tension 1 formée d'un câble coaxial à isolation gazeuse 2 qui peut être enterré ou situé dans une zone immergeable, et d'une ligne aérienne 4. Le câble coaxial à isolation gazeuse 2 comporte un conducteur primaire 6 entouré par une enveloppe métallique 8 renfermant un diélectrique 10 constitué d'un gaz isolant tel que du SF6 par exemple. Une première extrémité 12 du câble coaxial à isolation gazeuse 1 est relié à une source de haute tension 14 ou à un transformateur haute tension et comporte un capteur capacitif de tension 16 relié, d'une part, à l'enveloppe métallique 8, et d'autre par à une unité de traitement 18.

L'apparition d'un défaut d'isolation en un point P du câble coaxial 2, dû par exemple à un claquage du gaz isolant utilisé, génère un front raide sur la tension primaire qui tend alors brutalement vers une tension d' arc qui est faible par rapport à la tension qui provoque le claquage. Ce front est assimilable à une onde HF et se propage dans deux directions opposées en fonction du point de défaut P avec un amortissement très faible.

L'extrémité 12 du câble coaxial 2 constitue un changement d'impédance brutal pour l'onde HF. De ce fait, celle-ci se réfléchit une première fois à cette extrémité 12 en direction du point P.

Une fois le milieu diélectrique entre conducteur primaire 6 et l'enveloppe métallique 8 transpercé, le défaut s'installe le temps que les dispositifs de protection entrent en fonctionnement.

Un tel défaut franc à la masse présente une rupture d'impédance élevée puisqu'elle devient quasiment nulle au point P. Comme le temps d'élimination du défaut par les protections est long (quelques dizaines de millisecondes) comparativement au temps de propagation de l'onde (inférieur à quelques micro secondes) , le front de tension HF se réfléchie une deuxième fois, dans sa plus grande partie au point P en direction des extrémités du câble coaxial 2.

Le capteur capacitif 16 détecte le premier et le deuxième passage de l'onde HF à l'extrémité 12 et envoie à l'unité de traitement 18 un signal de mesure pour chaque détection. L'unité de traitement 18 enregistre les instants tl et t2 de réception desdits signaux de mesure, puis calcule, pendant que le conducteur primaire 6 est en charge, la durée d écoulée entre les instants tl et t2 enregistrés. Connaissant la vitesse de déplacement de l'onde HF le long du conducteur primaire 6 qui est de l'ordre de 200 000 Km/s dans un câble BT ordinaire de petite section à 300 000 Km/s dans un conducteur primaire de très forte section, et connaissant la durée d, l'unité de traitement 18 détermine la distance entre le capteur 16 et le point P.

Notons que le capteur 16 transmet les signaux de mesure à l'unité de traitement 18 par un câble secondaire généralement de section inférieure à celle du conducteur primaire 6. La durée dm que mettent les signaux de mesure transmis pour parcourir la distance séparant le capteur 16 et l'unité de traitement 18 s'ajoute à celle que met l'onde HF générée pour parcourir la distance séparant le point P du capteur 16. De ce fait, la durée d calculée par l'unité de traitement est entachée d'une erreur qu'il convient de corriger dans la mesure où les vitesses de transmission des signaux de mesure via le câble secondaire sont du même ordre de grandeur que celle l'onde HF le long du conducteur primaire.

A cet effet, l'unité de traitement 18 est équipée d'un module de correction automatique de la durée d destiné à compenser l'erreur correspondant à la durée dm de transmission des signaux de mesure fournis par le capteur capacitifs de tension à l'unité de traitement. Ce module de correction automatique de l'erreur comporte un générateur de tension destiné à injecter un signal dans le câble secondaire, des moyens pour déterminer la durée dm et des moyens corriger la durée pour tenir compte de la durée dm. La correction consiste à soustraire la durée dm de la durée d.

Ainsi, la position P du défaut sur le câble coaxial 2 est déterminée avec précision à l'aide d'un unique capteur 16 en exploitant le fait que le défaut établi dure au moins plusieurs millisecondes, le temps que les dispositifs de protection fassent leur effet, et le fait que ce défaut forme un changement d' impédance brutal du fait que le gaz isolant est localement court-circuité . Par ailleurs, dans la mesure où le défaut généré est franc, la détection de l'onde HF par le capteur n'est pas perturbée par les réflexions situées de l'autre côté du point P. La figure 2 est un schéma illustrant schématiquement une configuration dans laquelle le capteur 16 est situé à distance de l'unité de traitement 18 et est relié à cette unité 18 par un câble secondaire 20.

Dans cet agencement, le générateur de tension de l'unité de traitement 18 injecte une onde carrée 22 dans le câble secondaire 20 et mesure la durée que met l'onde réfléchie 22 pour revenir à l'unité de traitement 18 après une réflexion à l'extrémité 12 du câble coaxial. La durée ainsi mesurée correspondant à deux fois la durée dm.

La figure 3 illustre schématiquement une variante de l'invention dans laquelle, en plus du capteur capacitif 16, un deuxième capteur capacitif de tension 24, distant de quelques mètres du capteur 16, est agencé à la base de la portion aérienne 4 de la ligne électrique 1. Dans cette configuration, selon le même principe décrit ci-dessus en référence à la figure 1, le capteur 16 détecte l'apparition d'une onde HF généré par un défaut d' isolation sur le câble coaxial 2 tandis que le capteur 24, situé du côté du câble aérien 4, détecte une onde HF générée par un défaut sur ce câble aérien 4. Ainsi, en utilisant deux capteurs distants de quelques mètre l'un de l'autre, il est possible de discerner rapidement un défaut survenant sur une portion enterrée d'une ligne électrique d'un défaut survenant sur la portion aérienne de cette ligne .

La figure 4 représente la portion constituée d'un câble coaxial 2 de la ligne électrique HT 1 de la figure 3. Dans cette configuration, le capteur capacitif 16 est agencé à proximité de l'extrémité 12 et le capteur capacitif 24 est agencé à proximité de la deuxième extrémité 26 du câble coaxial 2. Les deux capteurs sont reliés à l'unité de traitement 18 respectivement par le câble secondaire 20 et un deuxième câble secondaire 28.

Dans cet agencement, les deux capteurs capacitifs 16 et 24 doivent être parfaitement synchrones entre eux. Ceci est difficile à réaliser compte tenue du fait que les vitesses de transmission des signaux de synchronisation sont du même ordre de grandeur que le phénomène mesuré.

La solution consiste à utiliser la méthode de correction décrite précédemment pour compenser le temps de transmission des signaux de mesure des capteurs 16 et 24 dans les câbles secondaires 20 et 28 en injectant, dans chacun de ces câbles secondaires 20, 28 une onde carrée et en mesurant le temps d'arrivée de l'onde réfléchie à l'unité de traitement 18. Ce temps, divisé par deux, est ensuite utilisé pour synchroniser les signaux mesurés.