TITRE : Mesure de la tension dans un câble mono-conducteur isolé

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL

L’invention concerne un dispositif de mesure de tension sans contact sur un câble mono-conducteur isolé.

ETAT DE LA TECHNIQUE

La mesure de tension sur un câble mono-conducteur isolé permet de vérifier l’état d’une installation électrique.

Habituellement, pour mesurer la tension d’un câble mono-conducteur isolé, on doit venir se raccorder avec un piquage de tension au niveau de ses extrémités avec généralement la nécessité d’ouvrir une armoire électrique et de disposer d’une habilitation électrique ad-hoc pour pouvoir réaliser des mesures sous tension.

Pour effectuer ces opérations en sécurité, cela conduit souvent à ouvrir le sectionneur amont de façon à être en sécurité électrique le temps du branchement du piquage de tension.

Ces opérations sont coûteuses en temps et en argent et nécessitent de disposer d’une habilitation électrique et présentent un risque inhérent à un piquage de tension sur un élément non isolé.

On connaît des dispositifs de mesure sans contact qui permettent de mesurer des tensions sans contact. Le document US 2019/0072632 A1 décrit un dispositif de mesure d’une tension sans contact mais qui requiert cependant un contact à la terre (direct ou par l’intermédiaire d’un individu). En effet, sans cette référence à la terre, les mesures sont erronées.

PRESENTATION DE L’INVENTION

L’invention propose de pallier au moins un de ces inconvénients.

A cet effet, l’invention propose, selon un premier aspect, un dispositif de mesure de tension sans contact sur un câble mono-conducteur isolé comprenant une âme conductrice à laquelle est appliquée une tension Vx, ledit dispositif comprenant :

- une première électrode dite électrode interne ; - une deuxième électrode dite électrode externe, ladite électrode externe étant disposée en parallèle de l’électrode interne de manière à former ensemble un condensateur de capacité connue Ci, l’électrode externe présentant en outre une surface inférieure à celle de l’électrode interne afin de minimiser une capacité parasite Cp entre l’âme conductrice et l’électrode externe ;

- un commutateur ;

- une ligne de référence présentant un potentiel VREF ;

- un condensateur CD connecté entre le commutateur et la ligne de référence ;

- une unité de mesure de tension adaptée à mesurer une tension aux bornes du condensateur CD ; l’électrode interne et l’électrode externe étant destinées à être disposées autour ou à proximité d’un câble mono-conducteur isolé ; le commutateur étant adapté à connecter le condensateur CD à l’électrode interne seule ou à l’électrode externe seule de manière à ce que lorsque le commutateur connecte le condensateur CD à l’électrode interne seule le câble mono-conducteur isolé avec l’électrode interne forme un condensateur C _x , les condensateurs Cx, CD, formant un circuit diviseur capacitif de tension A, l’unité de mesure de tension mesurant directement une tension Vo ^A aux bornes du condensateur CD ; lorsque le commutateur connecte le condensateur CD à l’électrode externe seule le câble mono-conducteur isolé avec l’électrode externe forme un condensateur CY, les condensateurs CY, CD formant un circuit diviseur capacitif de tension B l’unité de mesure de tension mesurant directement une tension Vo ^B aux bornes du condensateur CD.

L’invention, selon le premier aspect, est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :

- il comprend une troisième électrode reliée à la terre de manière à former une cage de Faraday autour des électrodes interne et externe, la troisième électrode étant disposée autour des électrodes interne et externe pour faire écran entre les électrodes interne et externe d’une part, et les câbles perturbateurs situés par exemple dans le même chemin de câbles que le câble sous test d’autre part ;

- l’électrode externe présente une longueur inférieure à la longueur de l’électrode interne, l’électrode interne et l’électrode externe étant disposées l’une par rapport à l’autre de sorte que les extrémités de l’électrode interne dépassent les extrémités de l’électrode externe ;

- l’électrode interne et l’électrode externe sont chacune constituées par un conduit métallique fendu au niveau de son plan de symétrie, l’électrode externe entourant l’électrode interne, ladite électrode interne étant destinée à être positionnée autour d’un câble mono-conducteur isolé ;

- les extrémités du conduit de l’électrode interne dépassent des extrémités du conduit de l’électrode externe, de préférence d’une valeur comprise entre 85% et 120% du diamètre de l’électrode interne et plus préférentiellement d’une valeur égale au diamètre de l’électrode interne ;

- la troisième électrode présente une longueur supérieure à la longueur de l’électrode interne de sorte que la troisième électrode est positionnée par rapport aux électrodes interne et externe de manière à ce que les extrémités de la troisième électrode dépassent celles de l’électrode interne ;

- la troisième électrode est constituée par un conduit métallique fendu au niveau de son plan de symétrie de manière à être positionnée autour des électrodes interne et externe ;

- les extrémités du conduit de la troisième électrode dépassent celles de l’électrode interne d’une longueur comprise entre 85% et 120% du diamètre de l’électrode interne et plus préférentiellement d’une valeur égale au diamètre de l’électrode interne ;

- l’unité de mesure de tension est à haute impédance de type amplificateur suiveur.

L’invention propose selon un deuxième aspect, un procédé de mesure de tension circulant dans un câble mono-conducteur isolé au moyen d’un dispositif selon le premier aspect de l’invention disposé autour ou à proximité d’un câble mono conducteur isolé.

L’invention selon le deuxième aspect est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :

- il comprend une étape d’étalonnage du dispositif permettant d’obtenir une constante Ko’ fonction du ratio des tensions Vo ^A et Vo ^B , ladite étape d’étalonnage du dispositif comprenant les sous-étapes suivantes : disposition du commutateur pour former le circuit diviseur capacitif A ; mesure de la tension Vo ^A aux bornes du condensateur CD ; disposition du commutateur pour former le circuit diviseur capacitif B ; mesure de la tension Vo ^B aux bornes du condensateur CD ; vérification de la stabilité des tensions ; et si les tensions sont stables ; calcul d’une constante Ko’ fonction du ratio des tensions Vo ^A et Vo ^B ;

- le procédé comprenant après l’étape d’étalonnage les étapes suivantes : disposition du commutateur pour former le circuit diviseur capacitif A ; mesure de la tension Vo ^A aux bornes du condensateur CD ; calcul de la tension Vx appliquée au câble mono-conducteur isolé ; l’étape d’étalonnage est périodique, typiquement tous les quarts d’heure, toutes les heures, tous les jours.

- le procédé comprend les étapes suivantes : disposition du commutateur pour former le circuit diviseur capacitif A ; mesure de la tension Vo ^A aux bornes du condensateur CD, ladite tension mesurée étant proportionnelle à la tension Vx appliquée au câble mono-conducteur isolé.

L’invention propose selon un troisième aspect, un procédé de vérification d’une installation électrique comprenant la mise en oeuvre d’une étape de mesure d’une tension appliquée à un câble mono-conducteur isolé selon le deuxième aspect de l’invention, ledit procédé comprenant une étape de comparaison de la tension mesurée à une tension seuil.

L’invention propose selon un quatrième aspect, un procédé de vérification d’une installation électrique comprenant la mise en oeuvre d’une étape de mesure d’une tension appliquée à un câble mono-conducteur isolé selon le deuxième aspect de l’invention, comprenant au cours de la mesure de la tension une étape de mesure au moyen d’une pince ampèremétrique disposée autour du câble du courant appliqué audit câble.

Les avantages de l’invention sont multiples.

Le dispositif de l’invention permet donc une mesure aussi simple que celui du courant sur un câble mono-conducteur réalisé au moyen d’une pince ampèremétrique par exemple.

L’invention permet la mesure sans contact de la tension d’un câble mono conducteur isolé. Ce type de mesures, utilisées aussi bien dans les domaines du dépannage, de la maintenance, de l ^' entretien et de l’audit visent historiquement à venir se raccorder avec un piquage de tension au niveau des extrémités du conducteur, avec généralement la nécessité d’ouvrir une armoire électrique, de disposer d’une habilitation électrique ad hoc pour pouvoir réaliser des mesures sous tension, et bien souvent avec le besoin d’arrêter le processus industriel lors de la phase de pose de l’instrumentation. Cela rend ainsi les mesures traditionnelles coûteuses en termes de temps et d’argent (arrêt du processus industriel), nécessite du personnel qualifié (habilitation électrique) et présente un risque dû à la présence de pièces nues sous tensions (PNST) ou d’actions de piquage.

Grâce à l’invention, il est possible d’effectuer dépannages, maintenances, entretiens et audits, de façon plus sûre, plus facile et plus efficace, en permettant notamment :

. un gain de temps en limitant les manipulations dans les armoires électriques,

. un gain de productivité en permettant une installation de la mesure sans arrêt du processus industriel ;

. un gain en matière de sécurité en réduisant les risques d’électrisation de par l’absence de PNST et de piquages de tension ;

. un gain en efficacité, en permettant de mesurer simultanément la tension et le courant, leur déphasage et les harmoniques directement ;

. un gain de facilité d’installation et en matière d’investissement avec un seul appareil de mesure ;

. un gain en matière de transportabilité avec un seul équipement portable vs un analyseur de réseaux nécessitant un caisson de transport.

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 figure 1 illustre un dispositif de mesure sans contact selon un premier mode de réalisation de l’invention ;

- la figure 2 illustre une réalisation possible des électrodes d’un dispositif selon le premier mode de réalisation ;

- la figure 3 illustre un dispositif de mesure sans contact selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;

- la figure 4 illustre une réalisation possible des électrodes d’un dispositif selon le deuxième mode de réalisation ; - la figure 5 illustre la tension selon les configurations A, B en fonction de la tension circulant dans le câble ;

- la figure 6 illustre un procédé de mesure selon un premier mode de réalisation de l’invention ;

- la figure 7 illustre un procédé de mesure selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;

- la figure 8 illustre un procédé de vérification d’une installation électrique selon un premier mode de réalisation de l’invention ;

- la figure 9 illustre un procédé de vérification d’une installation électrique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;

- la figure 10 illustre une courbe montrant l’impact de la tension d’un câble perturbateur sur le terme T en fonction de la distance entre le câble perturbateur et le dispositif de mesure.

Sur l’ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques.

DESCRIPTION DETAILLEE

Premier mode de réalisation

Un dispositif 1 de mesure de tension sans contact sur un câble 10 mono conducteur isolé (ci-après le câble) selon un premier mode de réalisation est illustré sur la figure 1. Le câble 10 sous tension est constitué d’une âme conductrice 100 entourée d’une gaine isolante 101 .

Le dispositif 1 comprend une première électrode 102 et une deuxième électrode 103 respectivement dites interne et externe. Les première et deuxième électrodes sont, de préférence, en matériaux conducteurs, non ferreux, amagnétiques (cuivre ou aluminium par exemple) afin de permettre une utilisation conjointe avec une pince ampérométrique à proximité.

Un condensateur 105 de capacité CD est connecté entre une ligne de référence 107 et un commutateur 104.

Les électrodes interne 102 et externe 103 sont disposées à proximité ou autour du câble 10. Par à proximité du câble on comprend aussi le long du câble 10. Le commutateur 104 permet de connecter l’électrode interne 102 ou l’électrode externe 103 au condensateur 105. Dès lors, le commutateur 104 permet de former un circuit diviseur capacitif selon

- une configuration A avec l’électrode interne 102 formant un condensateur de valeur Cx ; ou

- une configuration B avec l’électrode externe 103 formant un condensateur de valeur CY.

On remarque que l’électrode interne 102 forme un écran entre le câble 10 et l’électrode externe 103. Ainsi cette électrode externe 103 est disposée en parallèle de l’électrode interne 102 de manière à former ensemble un condensateur de capacité connue Ci par construction, l’électrode externe 103 présentant en outre une surface inférieure à celle de l’électrode interne 102 afin de minimiser une capacité parasite Cp entre l’âme conductrice 100 et l’électrode externe 103. De préférence, l’électrode externe 103 présente une surface cent fois inférieure à celle de l’électrode interne 102.

Le commutateur 104 permet de connecter par basculement le circuit de mesure soit à l’électrode 102 seule soit à l’électrode 103 seule de manière exclusive (une électrode à la fois).

Une unité de mesure 106 est connectée aux bornes du condensateur 105 pour mesurer la tension à ses bornes.

Dans l’environnement de mesure, on considère la présence potentielle d’un câble perturbateur 108 mais ce n’est pas obligatoire.

Le principe du dispositif selon le premier mode de réalisation est le suivant.

On considère dans un premier temps l’absence du câble perturbateur 108. Le commutateur 104 peut se trouver dans l’une ou l’autre des configurations A ou B.

Dans la configuration A, l’électrode interne 102 est couplée de manière capacitive à l’âme conductrice 100 du câble 10 via une capacité de valeur inconnue Cx, le câble 10 est porté à un potentiel inconnu Vx(t) dépendant du temps. C’est cette tension Vx(t) que l’on cherche à mesurer.

Le dispositif 1 peut être alimenté de différentes manières, mais de façon pratique il est préférablement alimenté par une batterie (non représentée).

Le potentiel de référence du dispositif de mesure de tension 106 est celui de la ligne 107 : il est quelconque et dépend de l’environnement électromagnétique du dispositif 1. On note VREF le potentiel inconnu de la ligne 107. Dans la configuration A (électrode interne 102 reliée au condensateur C _D 105), on est en présence d’un simple diviseur capacitif et la tension Vo ^A (t) mesurée par le dispositif de mesure de tension 106 est donnée par :

V ₀ ^A (t) = (V _x (t) - VREF) ^* CX / ( CX + CD) Eq. (1 )

Dans la configuration B, l’électrode externe 103 est couplée de manière capacitive à l’âme conductrice 100 du câble 10 à la fois via l’électrode interne 102 et en direct via une capacité parasite Cp. On est à nouveau en présence d’un simple diviseur capacitif et la tension Vo ^B (t) mesurée par le dispositif de mesure de tension 106 est donnée par :

V ₀ ^B (t) = (V _x (t) - VREF) ^* CY / ( CY + CD) Eq . (2) où C _Y est la capacité entre l’électrode externe 103 et le câble 10.

L’électrode interne 102 est construite de manière à ce qu’elle fasse écran entre le câble 10 et l’électrode externe 103 en minimisant l’angle solide sous lequel le câble 10 est vu par l’électrode externe 103. Soit Ci la capacité entre les électrodes interne 102 et externe 103 et Cp la capacité parasite entre l’électrode externe 103 et le câble 10. On a alors la relation :

C _Y = Cp + Ci ^* Cx / (Ci + Cx) Eq. (3)

Dans le cas où la capacité parasite Cp peut être négligée, la solution de ce système d’équations est donnée par :

V _x (t) - VREF = Ko ^* V ₀ ^A (t) / (h - 1 ) Eq. (4) avec h = Vo ^A (t) / Vo ^B (t) = Vo ^Aeff / Vo ^Beff Eq. (5)

Cx = C _D ^* Ci ^* (V ₀ ^A (t) - V ₀ ^B (t)) / ((C _D + Ci) ^* V ₀ ^B (t) - Ci ^* V ₀ ^A (t)) Eq. (6) où Vx(t) - VREF et Cx sont les seules grandeurs inconnues. Le coefficient d’étalonnage Ko = C _D / Ci peut être déterminé soit par mesure des valeurs des capacités C _D et Ci ou par étalonnage initial sur un câble 10 dont la tension à laquelle il est soumis est connue.

Ainsi, l’étalonnage du dispositif 1 selon le premier mode de réalisation peut être réalisé très simplement en alternant les configurations A et B pour une même valeur de Vx(t) - V _REF pour déterminer les paramètres d’étalonnage Ko et h de l’équation (4). Ceci sera détaillé plus loin.

La valeur de V _REF n’étant pas connue, elle reste néanmoins proche de 0V en pratique. Exceptée la composante continue de Vx(t), tout le contenu harmonique de la tension du câble 10 ainsi que tous les transitoires de cette même tension peuvent être mesurés avec précision.

Dans le cas où la capacité parasite Cp ne peut pas être négligée sans conduire à des erreurs de mesure significatives, un développement limité permet d’obtenir une expression plus précise de l’équation (4) :

V _x (t) - VREF = Ko’ ^* V ₀ ^A (t) / (h - 1 ) Eq. (7) avec

Ko’ = Ko ^* (1 + b ^* h - d) Eq. (8) où les termes correctifs b et d sont déterminés par étalonnage initial du dispositif en utilisant des câbles de référence avec des conducteurs de différentes sections et soumis à une même tension. Par ajustement des valeurs efficaces mesurées au moyen des équations (7) et (8) on détermine les trois coefficients inconnus Ko, b et d.

On notera qu’ici il n’est pas requis d’utiliser une source interne de tension, ni liaison à la terre, ni décomposition spectrale par FFT. Le dispositif 1 permet donc une mesure simple sans contact et permet d’avoir directement sans aucun pré ou post traitement l’image de l’évolution temporelle de la tension du câble 10.

Afin de s’approcher au mieux de la condition où la capacité parasite Cp peut être négligée, comme visible sur la figure 2, l’électrode interne 102 est réalisée de manière préférentielle sous forme d’un conduit métallique fendu approximativement au niveau de son plan de symétrie (par exemple sous forme de deux demi-cylindres) et pouvant se refermer autour du câble sous test pour la phase de mesure, les deux demi-cylindres formant alors un tube sans interstice. L’électrode externe 103 peut être par exemple réalisée sous forme de deux demi-cylindres concentriques à ceux formant l’électrode interne 102 et fixés sur ces derniers de manière à former la capacité inter-électrode Ci.

En outre, avantageusement et pour minimiser la valeur de la capacité parasite Cp relativement à la valeur de la capacité inter-électrode Ci, la longueur des demi cylindres formant l’électrode externe 103 est plus courte que celle des demi cylindres formant l’électrode interne 102. Ainsi, les extrémités de l’électrode interne 102 dépassent les extrémités de l’électrode externe 103 d’une valeur de l’ordre de grandeur du diamètre de l’électrode interne 102.

En revenant à la figure 1 , en présence d’un câble perturbateur 108 soumis à la tension Vp(t), les équations (1 ) et (2) sont modifiées comme suit.

V ₀ ^A (t) = (V _x (t) - VREF) ^* Cx / ( Cx + CD) + (V _P (t) - VREF) ^* C’x / ( C’x + C _D ) Eq. (9) V ₀ ^B (t) = (V _x (t) - VREF) * CY / ( CY + CD) + (V _P (t) - VREF) ^* C V / ( CV + C _D ) Eq. (10) où C’x représente la capacité entre le câble perturbateur 108 et l’électrode interne 102 et où C’Y est la capacité entre ce même câble perturbateur 108 et l’électrode externe 103. Avec des électrodes interne 102 et externe 103 entourant le câble 10, les capacités Cx et CY sont maximisées.

En pratique, dans le pire cas où le câble 10 et le câble perturbateur 108 sont parallèles, la perturbation induite par le câble perturbateur 108 est négligeable (< 1%) pour une distance entre le câble perturbateur 108 et le câble 10 supérieure à environ trente fois le diamètre de la gaine isolante 101 du câble 10.

Deuxième mode de réalisation

Un dispositif 2 de mesure de tension sans contact sur un câble 20 selon un deuxième mode de réalisation est illustré sur la figure 3.

Ce mode de réalisation reprend tous les éléments du dispositif 1 selon le premier mode de réalisation : électrode interne 202, électrode externe 203, commutateur 204, unité de mesure de tension 206, ligne de référence 207, condensateur CD 205. Outre ces éléments, une troisième électrode 209 est reliée à la terre et est ajoutée autour des électrodes interne 202 et externe 203. Cette troisième électrode 209 permet d’obtenir une cage de Faraday autour des électrodes interne 202 et externe 203. La troisième électrode 209 entoure ainsi l’ensemble constitué par les électrodes interne 202, externe 203 et le câble 20 afin de réaliser une cage de Faraday.

En outre et de manière complémentaire, la troisième électrode 209 est reliée à la ligne de référence 207.

Ce deuxième mode de réalisation est particulièrement avantageux dans les situations où la distance entre le câble 20 et le câble perturbateur 208 est fortement réduite. Dans ce cas, l’effet du câble perturbateur 208 est fortement réduit.

Dans le cas de deuxième mode de réalisation et pour la configuration où la troisième électrode 209 est reliée à la ligne de référence 207, les équations (1) et (2) se réécrivent :

V ₀ ^A (t) = V _x (t) ^* Cx / ( Cx + CD) Eq. (11 )

V ₀ ^B (t) = V _x (t) ^* C _Y / ( C _Y + C _D ) Eq. (12)

Par rapport aux équations (1 ) et (2), la ligne de référence 207 étant à la terre, le terme Vref est ainsi éliminé. Comme illustré sur la figure 4, afin de s’approcher au mieux de la condition de cage de Faraday autour des électrodes interne 202 et externe 203, l’électrode externe 203 peut être par exemple entourée de deux demi-cylindres amovibles et concentriques formant une électrode de mise à la terre 209. Pour maximiser l’effet de blindage, l’électrode de mise à la terre 209 présente une longueur supérieure à celle de l’électrode interne 202 et à celle de l’électrode externe 203. En outre, pour maximiser cet effet, les extrémités de l’électrode de mise à la terre 209 dépasseront celles de l’électrode interne 202 de chacun des deux côtés d’une valeur de l’ordre de grandeur du diamètre de l’électrode interne 202.

En présence d’un câble perturbateur 208, l’ajout de la troisième électrode 209 faisant office de cage de Faraday permet de s’affranchir des effets du câble perturbateur. A cet effet et à titre d’ordre de grandeur pour effectuer des mesures sur des câbles 20 de faible section (1 ,5 mm ² à 2,5 mm ² ), on pourra par exemple considérer :

- une électrode interne 202 formée de deux demi-tubes métalliques de diamètre interne 8 mm et de diamètre externe 10 mm, de longueur 10 cm,

- une électrode externe 203 formée de deux demi-tubes métalliques de diamètre interne 12 mm et de diamètre externe 14 mm, de longueur 8 cm, et

- une électrode de mise à la terre 209 formée de deux demi-tubes métalliques de diamètre interne 14 mm et de diamètre externe 16 mm, de longueur 13 cm.

Procédé de mesure

A titre d’ordre de grandeur pour effectuer des mesures sur des câbles mono conducteurs de faible section (1 ,5 mm ² à 2,5 mm ² ), on pourra par exemple considérer :

- une électrode interne 102 formée de deux demi-tubes métalliques de diamètre interne 8 mm et de diamètre externe 10 mm, de longueur 10 cm ; et

- une électrode externe 103 formée de deux demi-tubes métalliques de diamètre interne 12 mm et de diamètre externe 14 mm, de longueur 8 cm.

Avec une telle configuration les tensions efficaces mesurées dans les configurations A et B pour différentes tensions efficaces appliquées à un câble sous test sont représentées sur la figure 5.

Dans cette configuration, l’écart-type constaté entre les tensions efficaces calculées à partir des mesures dans les configurations A et B d’une part, et les tensions efficaces appliquées au câble 10, 20 d’autre part, est de 0,3 Veff, et ce pour des tensions efficaces appliquées au câble 10, 20 comprises entre 0 et 340 Veff.

Selon un mode de réalisation préféré du procédé de mesure, le dispositif 1 , 2 est disposé autour du câble 10, 20 et une alternance de mesures entre les configurations A et B est effectuée afin de déduire les deux grandeurs inconnues Cx et Vxeff en fonction des amplitudes des tensions efficaces Vo ^A eff et Vo ^B eff à la fréquence du fondamental par exemple au cours d’une phase d’étalonnage. Si cette phase d’étalonnage est réalisée durant un moment où la tension sur le réseau est stable alors les deux grandeurs inconnues Cx et V _x eff extraites seront elles-aussi stables lorsqu’elles seront calculées au fur et à mesure de la commutation du commutateur 104, 204. On peut alors passer dans la phase de mesure en temps réel de la tension du câble 10, 20 en figeant le commutateur dans la configuration A. Grâce à la valeur de Cx précédemment déterminée et à l'équation (1), on obtient, à une tension de décalage inconnue près VREF, la valeur de la tension inconnue au cours du temps, tout phénomène transitoire inclus.

La figure 6 illustre un procédé de mesure de la tension Vx(t) circulant dans le câble 10, 20 selon ce mode de réalisation préféré.

Le dispositif 1 , 2 est placé à proximité ou autour du câble 10, 20 (étape E00).

Ensuite, le procédé comprend une étape d’étalonnage E0 afin de s’assurer que les tensions mesurées sont stables et pour déterminer des constantes nécessaires aux calculs de la tension Vx(t).

L’étape d’étalonnage (étape E0) comprend les sous étapes suivantes.

Un compteur i=0 et une temporisation sont initialisées (étape E01 ) et le compteur est incrémenté de 1 (étape E02).

Le commutateur 104, 204 est positionné selon la configuration A (étape E03) et la tension Vo ^A aux bornes du condensateur CD est mesurée (étape E04).

Ensuite, le commutateur 104, 204 est positionné selon la configuration B (étape E05) et la tension Vo ^B aux bornes du condensateur CD est mesurée (étape E06).

La constante h selon l’équation (5) est calculée ainsi qu’une valeur T(i)= Vo ^A eff/(q-1 ) (étape E07). Les étapes E02, E03, E04, E05, E06, E07 sont répétées jusqu’à ce que la condition T(i)=T(i-1 ) soient vérifiées ce qui signifie que les tensions mesurées sont stables. Une fois que la condition de stabilité est vérifiée, l’étalonnage consiste à calculer la constante Ko’ (voir équation (8)) qui dépend de la constante h mais aussi des paramètres Ko, b et d (étape E010). Ceci termine l’étape d’étalonnage et le procédé comprend alors les étapes suivantes.

Le commutateur 104, 204 est disposé pour former le circuit diviseur capacitif A (étape E1 ) puis la tension Vo ^A aux bornes du condensateur CD est mesurée (étape E2). Enfin, la tension Vx circulant dans le câble 10, 20 est calculée au moyen de l’équation (7).

A l’issue du calcul de la tension Vx circulant dans le câble mono-conducteur isolé 10, 20 il est vérifié si une étape d’étalonnage n’est pas nécessaire (étape E011 ). En effet, cette étape d’étalonnage est mise en oeuvre périodiquement à des intervalles plus ou moins variables. Typiquement, et en fonction de si l’on souhaite réaliser une mesure périodique ou un suivi de longue durée, un étalonnage automatique périodique pourra être effectué tous les quarts d’heure, toutes les heures, tous les jours ou à une autre périodicité.

La figure 7 illustre un procédé de mesure selon un deuxième mode de réalisation. Selon ce mode de réalisation, l’étape d’étalonnage n’est pas mise oeuvre et il s’agit donc réaliser uniquement des mesures dans la configuration A pour laquelle Vo ^A (t) donne une image fidèle et directement proportionnelle à la tension inconnue V _x (t) appliquée au câble sous test. Cela est utile dans le cadre de l’étude de la qualité de la forme d’onde.

En relation avec la figure 6, le procédé comprend ici également une étape selon laquelle le dispositif 1 , 2 est placé à proximité ou autour du câble 10, 20 (étape E00). Le commutateur 104, 204 est disposé pour former le circuit diviseur capacitif A (étape E1 ) puis la tension Vo ^A aux bornes du condensateur CD est mesurée (étape E2’). Ensuite, des grandeurs d’intérêt telles que le taux de distorsion harmonique sont calculées (étape E3’).

Autres applications

Comme illustré sur la figure 8, de manière complémentaire, également sans mettre en oeuvre l’étape d’étalonnage des mesures peuvent être effectuées dans la configuration A avec détection de franchissement d’une tension seuil réglable par l’utilisateur (étape E4). Cela est utile dans le cadre de la détection de transitoire de type choc de manoeuvre ou choc de foudre et permet donc de surveiller l'installation électrique.

Une autre application du dispositif 1 , 2, illustrée sur la figure 9, peut consister à effectuer des mesures de la tension inconnue Vx(t) appliquée au câble 10, 20 couplées à la mesure du courant véhiculée par le câble 10, 20 grâce à l’adjonction d’un dispositif de type pince ampèremétriques de manière à déterminer en temps réel ou à intervalles périodiques ou non, les puissances active et réactive transitant par le câble 10, 20, que ce soit à des fins d’audit énergétique ou de maintenance préventive ou curative.

A ce titre, en présence d’un câble perturbateur placé parallèlement au câble sous test (pire cas), l’équation (4) peut se réécrire :

V _x (t) - VREF = (C _D / Ci) V ₀ ^A (t) / (V ₀ ^A (t) / V ₀ ^B (t) - 1 ) Eq. (10) faisant apparaître le terme T = Vo ^A (t) / (Vo ^A (t) / Vo ^B (t) - 1 ) comme l’unique paramètre variable lié à la mesure de la tension inconnue appliquée au câble 10, 20. En présence d’un câble perturbateur, ce terme T voit sa valeur modifiée par la présence du dit câble perturbateur.

La figure 10 représente les valeurs prises par le terme T en fonction de la distance entre l’électrode externe 103 et la gaine du câble perturbateur 108 pour des tensions appliquées au câble 10, 20 comprises entre 0 et 220 Veff par pas de 10 Veff. La tension appliquée au câble perturbateur est de 200 Veff à la fréquence de 50 Hz et avec un déphasage de 90° relativement à la tension à 50 Hz appliquée au câble sous test.

Pour une distance au câble perturbateur de 15 cm, le terme T présente une variation linéaire en fonction de la tension appliquée au câble sous test dès lors que ladite tension appliquée est supérieure à 20 Veff. Pour une distance de 13 cm, cette même tension appliquée doit être supérieure à 30 Veff. Le tableau qui suit donne, en fonction de la distance au câble perturbateur, la tension minimale appliquée au câble sous test à partir de laquelle la réponse du dispositif selon l’invention présente une bonne linéarité de sa réponse.