APPAREILLAGE ELECTRIQUE A DETECTION DE PRESSION INTEGREE
La présente invention concerne les appareils électriques comprenant une enveloppe à l'intérieur de laquelle règne une pression différente de la pression à
l'extérieur de l'enveloppe.
D'une manière générale, de nombreux appareillages électriques à haute et moyenne tension comprennent une enveloppe dans laquelle la pression est différente de la pression extérieure. La pression dans l'enveloppe peut être 10 de quelques hectopascals, comme par exemple dans les disjoncteurs isolés à l'hexafluorure de soufre ou dans les câbles à isolation gazeuse isolés à l'azote. Dans d'autres cas, la pression dans l'enveloppe peut être de quelques millionièmes d'hectopascals, par exemple dans le cas des ampoules des interrupteurs dits "à vide".
Dans tous les cas, la constance de la pression, au moins en dehors des phases de coupure pour ce qui concerne les appareils de coupure, est un facteur de bon fonctionnement futur de l'appareil. Aussi est-il nécessaire 20 de contrôler la pression aussi précisément que possible.
Ce contrôle est effectué pour les appareils à pression de plusieurs hectopascals (disjoncteurs, réducteurs , de mesure, appareillages blindés) au moyen de pressostats, dont la technologie, malgré les difficultés dus aux risques de fuite, est assez bien maîtrisée. Mais ces appareils restent onéreux.
Ce type d'appareil de contrôle ne peut convenir au contrôle du vide des appareillages à isolation par le vide.
Il a été proposé, pour les appareillages de coupure à
30 vide, de contrôler le vide au moment d'une coupure, au moyen de la mesure des rayons X dont l'intensité grandit lorsque le vide diminue. On pourra par exemple se référer au document EP-Al-0 543 732 Cette technologie est de mise en oeuvre coûteuse et donne des résultats incertains. En outre elle ne peut être mise en oeuvre que lorsqu'une coupure a lieu, puisqu'elle est fondée sur l'analyse de l'arc électrique qui se développe dans la chambre de coupure.
Un but de la présente invention est de réaliser un appareillage à enveloppe comprenant un organe de détection 5 de pression intégré à l'enveloppe.
Un autre but de l'invention est de réaliser une détection de type universelle, permettant de contrôler aussi bien la pression de quelques hectopascals d'un appareillage isolé à l'hexafluorure de soufre (disjoncteurs, installations avec enveloppe métallique à la terre, dites blindées) que la pression très faible (appelée aussi ~vide"), qui règne dans une ampoule d'un interrupteur à
vide.
Un autre but de l'invention est de réaliser, pour ce 15 qui concerne les interrupteurs à vide, un contrôle et une mesure du vide à tout moment, même en dehors des périodes de fonctionnement de l'appareil.
Un autre but est de réaliser une détection fiable et de faible coût.
L'invention a pour objet un appareillage électrique comprenant une enveloppe soumise à une pression de fonctionnement différente de la pression extérieure, muni de moyens de détecter une fuite entraînant une modification de la pression dans l'appareil, caractérisé en ce que lesdits 25 moyens comprennent un premier matelas de fibres optiques agencé pour subir, lors d'une variation de pression dans ladite enveloppe, une contrainte, lesdits moyens comprenant en outre une source lumineuse pour envoyer de la lumière dans les fibres dudit matelas et un détecteur de la 30 variation de phase de la lumière entre son entrée dans le matelas de fibres et sa sortie.
L'invention a également pour objet une ampoule à vide comprenant une enveloppe cylindrique et deux flasques latéraux, munie de moyens pour détecter une perte de vide, caractérisée en ce que lesdits moyens comprennent un premier matelas de fibres optiques agencé pour subir, lors d'une variation de pression dans ladite enveloppe, une contrainte, lesdits moyens comprenant en outre une source lumineuse pour envoyer de la lumière dans les fibres dudit matelas et un détecteur de la variation de phase de la lumière entre son 5 entrée dans le matelas de fibres et sa sortieAppareillage.
Dans un premier mode de réalisation, le matelas de fibres est collé sur une face extérieure de l'enveloppe par toute sa surface.
En variante, le matelas de fibres optiques est placé
entre une portion de l'enveloppe et une pièce solidaire de l'enveloppe et contre laquelle vient se presser le matelas de fibres optiques sous l'action de la variation de pression dans l'enveloppe.
Selon une autre variante, le matelas de fibres 15 optiques est intégré au sein de l'enveloppe, lors de la fabrication de celle-ci.
Avantageusement, l'appareillage comprend un second matelas de fibres optiques, identique au premier matelas de fibres optiques et recevant une lumière identique à celle du 20 premier matelas de fibres optiques, et disposé à côté de l'enveloppe de manière à subir les mêmes variations de température que l'enveloppe sans en subir les contraintes, le détecteur de phase recevant la lumière ayant traversé le second matelas de fibres optiques et effectuant une mesure 25 différentielle.
L'invention est explicitée par la description ci-après des divers modes de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel:
- la figure 1 représente schématiquement une ampoule à
30 vide avec un matelas de fibres optiques collé à la partie extérieure de l'enveloppe, - la figure 2 représente en coupe axiale une ampoule à
vide avec un matelas de fibres optiques serré entre l'enveloppe de l'ampoule et un élément solidaire de l'ampoule, ` ~ 2147228 - la figure 3 représente la section d'une ampoule à
vide avec un matelas de fibres optiques intégré dans l'épaisseur de l'enveloppe, - la figure 4 est une vue en coupe axiale d'une 5 portion d'un conducteur électrique de type blindé, avec matelas de fibres optiques sur la paroi interne de l'enveloppe ou sur le cône isolant support du conducteur.
L'invention se fonde sur la variation de phase subie par la lumière traversant une fibre optique lorsque la fibre 10 optique est soumise à une contrainte.
On va décrire, en référence à la Fig. 1, un exemple d'application de l'invention dans lequel la contrainte subie par la fibre est une contrainte de traction.
Cet exemple concerne les interrupteurs à vide.
La figure 1 montre une ampoule à vide 1, comprenant une enveloppe cylindrique 2 en verre ou en porcelaine et deux flasques d'extrémité métalliques 3 et 4.
Un premier matelas de fibres optiques 5 est collé par toute sa surface sur l'enveloppe de l'ampoule à vide. Un tel 20 matelas est commercialisé par exemple par la société TACT SA
(Techniques avancées de capteurs tactiles).
Le matelas est collé sur l'enveloppe de l'ampoule au moyen de colle, après que le vide ait été fait dans l'enveloppe.
Le matelas 5 est alimenté par une source de lumière 6, de préférence une source monochromatique polarisée. Toute augmentation de pression à l'intérieur de l'ampoule (due par exemple à une fuite) se traduit par une augmentation du volume de l'ampoule, donc de sa surface extérieure. Les fibres optiques du matelas 5 sont donc soumises à des contraintes de traction qui se traduisent par une variation de la phase de la lumière, qu'on peut mesurer par voie polarimétrique ou interférométrique au moyen d'un circuit de mesure représenté symboliquement par le rectangle 7. Ce 35 circuit reçoit une référence de phase grâce à un organe optique 8 qui dérive une partie de la lumière émise par la ..
source 6. Un circuit comme le circuit 7 est bien connu de l'homme du métier et on pourra se référer par exemple aux "Techniques de l'Ingenieur, Transformateurs de mesure, par Jean-Pierre DUPRAZ, D 4 724- 11.
Pour s'affranchir des variations dues aux changement de température, on peut prévoir un second matelas de fibres optiques de référence, désigné par 9 dans la Fig. 1, soumis aux mêmes variations de température que le matelas 5, mais non soumis aux mêmes contraintes. Le matelas 59 reçoit une 10 partie de la lumière grace à un organe de déviation optique 8. Le détecteur de phase 7 effectue une mesure différentielle.
Dans la figure 2, où les éléments communs aux Fig. 1 et 2 ont reçu les même numéros de référence, le matelas de fibres optiques 15 est serré entre l'enveloppe 2 et une pièce rigide isolante 16, liée aux flasques 3 et 4. Comme précédemment, le matelas 15 est alimenté par une source lumineuse 6 et est relié en sortie à un circuit de mesure de différence de phase 7. En cas d'augmentation de pression à
l'intérieur de l'ampoule, l'enveloppe se dilate et comprime le matelas 15 contre la pièce 16, entraînant une variation de phase de la lumière. Le matelas subit, outre une contrainte de traction, une contrainte de compression, ce qui lui confère une sensibilité accrue. Comme indiqué ci-25 dessus, il est possible de prévoir un second matelas deréférence pour s'affranchir des variations de température.
La figure 3 illustre une autre variante d'application de l'invention à une ampoule à vide. Cette figure montre une section d'une ampoule à vide 4; dans l'épaisseur de l'enveloppe est disposé un matelas de fibres optiques 25 dont les extrémités sortent à l'extérieur de l'enveloppe et sont reliées respectivement à une source lumineuse 6 et à un détecteur polarimétrique ou interférométrique 7; cette disposition est utilisée lorsque l'enveloppe de l'ampoule à
35 vide est réalisée en polymère ou en composite, le matelas étant incorporé dans la matière de l'enveloppe au moment de ,.
la fabrication de l'ampoule à vide et pouvant supporter les conditions de polymérisation.
Pour améliorer la sensibilité du capteur, le matelas peut être placé dans une zone amincie de l'enveloppe.
La sensibilité sera d'autant meilleure que la rigidité
de l'enveloppe sera faible.
La détection de vide se fait comme indiqué
précédemment.
Comme indiqué plus haut, il est possible de prévoir un 10 matelas de fibres optiques de référence permettant de s'affranchir des variations de températures.
La figure 4 montre une portion d'une installation de type blindé comprenant une enveloppe métallique 30 à la terre et un conducteur 31 supporté par des cônes isolant tel 15 que le cône 32. L'intérieur de l'enveloppe est rempli de gaz isolant tel que l'hexafluorure de soufre SF6 ou l'azote, sous une pression de plusieurs hectopascals.
Dans un premier mode de mise en oeuvre de l'invention, le matelas de fibres optiques 15 est collé sur la paroi interne de l'enveloppe 10, et ses sorties traversent l'enveloppe de manière étanche pour être reliées respectivement à la source de lumière 6 et au détecteur 7.
En variante, le matelas de fibres optiques, 45, est collé sur le cône isolant. Ses extrémités sortent à
l'extérieur de l'enveloppe de manière étanche et sont reliées respectivement à la source de lumière 6 et au détecteur 7.
En cas de diminution de la pression intérieure de l'enveloppe, en raison d'une fuite par exemple, les contraintes subies par le matelas 35 ou le matelas 45 varient. Comme précédemment, on peut prévoir des matelas de référence pour s'affranchir des variations de température.
L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits mais s'applique à tout appareillage électrique comprenant une 35 enveloppe dont la pression intérieure est différente de la pression extérieure. ELECTRICAL EQUIPMENT WITH INTEGRATED PRESSURE DETECTION
The present invention relates to apparatus electrical including an envelope inside which prevails a pressure different from the pressure at the outside of the envelope.
In general, many devices high and medium voltage electrics include a envelope in which the pressure is different from the external pressure. The pressure in the envelope can be 10 of a few hectopascals, as for example in the circuit breakers isolated with sulfur hexafluoride or in gas-insulated cables insulated with nitrogen. In other case, the pressure in the casing may be a few millionths of hectopascals, for example in the case of light bulbs of so-called "vacuum" switches.
In all cases, the constancy of pressure, at less outside of the cut-off phases with regard to cut-off devices, is a good factor future operation of the device. So it is necessary 20 to control the pressure as precisely as possible.
This check is carried out for pressure vessels several hectopascals (circuit breakers, reducers, measurement, armored equipment) by means of pressure switches, including technology, despite the difficulties due to the risks of leak, is fairly well controlled. But these devices remain expensive.
This type of recording device cannot be used for vacuum control of vacuum insulated switchgear.
It has been proposed, for switchgear to 30 vacuum, to control the vacuum at the time of a cut, by means measuring X-rays, the intensity of which increases when the vacuum decreases. We could for example refer to document EP-Al-0 543 732 This technology is used expensive work and gives uncertain results. In addition it can only be implemented when a cut has place, since it is based on the analysis of the arc which develops in the breaking chamber.
An object of the present invention is to provide a envelope apparatus comprising a detection member 5 pressure integrated into the envelope.
Another object of the invention is to provide a universal type detection, allowing to control also well the pressure of a few hectopascals of an apparatus isolated with sulfur hexafluoride (circuit breakers, grounded metal enclosure installations, say very low pressure (also called ~ vacuum "), which prevails in a bulb of a switch empty.
Another object of the invention is to achieve, for this 15 relating to vacuum switches, control and vacuum measurement at all times, even outside of periods of device operation.
Another goal is to achieve reliable detection and low cost.
The subject of the invention is an electrical apparatus comprising an envelope subjected to a pressure of operation different from the external pressure, provided with means of detecting a leak resulting in a change in the pressure in the device, characterized in that said 25 means include a first fiber optic mattress arranged to withstand, during a pressure variation in said envelope, a constraint, said means comprising additionally a light source for sending light in the fibers of said mattress and a detector of the 30 phase variation of light between its entry into the fiber mat and its outlet.
The invention also relates to a vacuum interrupter comprising a cylindrical casing and two flanges lateral, provided with means for detecting a loss of vacuum, characterized in that said means comprise a first fiber optic mattress arranged to undergo, during a pressure variation in said envelope, a constraint, said means further comprising a light source for send light into the fibers of said mattress and a detector of the phase variation of light between sound 5 entry into and exit from the fiber mat.
In a first embodiment, the mattress fibers is glued to an outer face of the envelope by its entire surface.
Alternatively, the fiber optic mattress is placed between a portion of the envelope and an integral part of the envelope and against which the mattress is pressed of optical fibers under the action of pressure variation in the envelope.
According to another variant, the fiber mat 15 optics is integrated within the envelope, during the manufacturing thereof.
Advantageously, the apparatus comprises a second fiber optic mattress, identical to the first mattress of optical fibers and receiving a light identical to that of 20 first fiber optic mattress, and arranged next to the envelope so as to undergo the same variations of temperature than the envelope without being subjected to the constraints thereof, the phase detector receiving the light having passed through the second fiber optic mattress and performing a measurement 25 differential.
The invention is explained by the description below various embodiments of the invention, with reference in the attached drawing in which:
- Figure 1 schematically shows a light bulb 30 empty with a fiber optic mattress glued to the part outside of the envelope, - Figure 2 shows in axial section a light bulb empty with a fiber optic mattress sandwiched between the envelope of the bulb and an element integral with the bulb, `~ 2147228 - Figure 3 shows the section of a light bulb empty with a fiber optic mattress built into the thickness of the envelope, - Figure 4 is an axial sectional view of a 5 portion of an armored electrical conductor, with fiber optic mattress on the inner wall of the envelope or on the insulating cone supporting the conductor.
The invention is based on the phase variation undergone by light passing through an optical fiber when the fiber 10 optics is stressed.
We will describe, with reference to FIG. 1, an example application of the invention in which the stress suffered by the fiber is a tensile stress.
This example concerns vacuum switches.
Figure 1 shows a vacuum interrupter 1, comprising a cylindrical envelope 2 made of glass or porcelain and two metal end plates 3 and 4.
A first mattress of optical fibers 5 is bonded by its entire surface on the envelope of the vacuum interrupter. Such 20 mattresses are marketed for example by the company TACT SA
(Advanced techniques of tactile sensors).
The mattress is glued to the envelope of the bulb at glue medium, after the vacuum has been made in the envelope.
The mattress 5 is powered by a light source 6, preferably a polarized monochromatic source. Any pressure increase inside the bulb (due to example to a leak) results in an increase in volume of the bulb, therefore of its outer surface. The optical fibers of the mattress 5 are therefore subjected to tensile stresses which result in variation of the phase of the light, which can be measured by channel polarimetric or interferometric by means of a circuit measure symbolically represented by rectangle 7. This 35 circuit receives a phase reference thanks to a device optics 8 which derives part of the light emitted by the ..
source 6. A circuit like circuit 7 is well known from those skilled in the art and reference may be made, for example, to "Engineering techniques, Measuring transformers, by Jean-Pierre DUPRAZ, D 4 724-11.
To overcome variations due to changes temperature, we can provide a second fiber mat reference optics, designated by 9 in FIG. 1, submitted at the same temperature variations as mattress 5, but not subject to the same constraints. Mattress 59 receives a 10 part of the light thanks to an optical deflection device 8. Phase detector 7 performs a measurement differential.
In FIG. 2, where the elements common to FIGS. 1 and 2 received the same reference numbers, the mattress optical fibers 15 is clamped between the envelope 2 and a rigid insulating part 16, linked to the flanges 3 and 4. As previously, the mattress 15 is supplied by a source light 6 and is connected at the output to a circuit for measuring phase difference 7. In case of pressure increase to inside the bulb, the envelope expands and compresses the mattress 15 against the part 16, causing a variation light phase. The mattress undergoes, in addition to a tensile stress, compressive stress, this which gives it increased sensitivity. As shown below 25 above, it is possible to provide a second reference mattress to overcome temperature variations.
Figure 3 illustrates another application variant of the invention to a vacuum interrupter. This figure shows a section of a vacuum interrupter 4; in the thickness of the envelope is arranged a mattress of optical fibers 25 whose ends protrude outside the envelope and are connected respectively to a light source 6 and to a polarimetric or interferometric detector 7; this layout is used when the bulb envelope to 35 vacuum is made of polymer or composite, the mattress being incorporated into the material of the envelope at the time of ,.
the manufacture of the vacuum interrupter and capable of supporting the polymerization conditions.
To improve the sensitivity of the sensor, the mattress can be placed in a thinned area of the envelope.
The sensitivity will be all the better as the rigidity of the envelope will be low.
Vacuum detection is done as indicated previously.
As indicated above, it is possible to provide a 10 optical fiber reference mattresses allowing overcome variations in temperature.
Figure 4 shows a portion of an installation of armored type comprising a metal casing 30 at the earth and a conductor 31 supported by insulating cones such 15 as the cone 32. The interior of the envelope is filled with gas insulator such as sulfur hexafluoride SF6 or nitrogen, under pressure of several hectopascals.
In a first embodiment of the invention, the optical fiber mat 15 is glued to the wall internal of envelope 10, and its outputs pass through the envelope tightly to be connected respectively to the light source 6 and to the detector 7.
Alternatively, the fiber optic mat, 45, is glued to the insulating cone. Its ends come out at the outside of the envelope tightly and are connected respectively to light source 6 and to detector 7.
In case of a decrease in the internal pressure of the envelope, for example due to a leak, stresses experienced by mattress 35 or mattress 45 vary. As before, we can provide mattresses of reference to overcome temperature variations.
The invention is not limited to the examples described but applies to all electrical equipment including a 35 envelope whose internal pressure is different from the external pressure.