FR2526955A2 - Dispositif interferometrique de mesure de courant electrique a fibre optique - Google Patents

Abstract

LE DISPOSITIF SELON LA DEMANDE DE BREVET PRINCIPAL EST UN DISPOSITIF INTERFEROMETRIQUE A FIBRE OPTIQUE 1 DESTINE A LA MESURE DU COURANT ELECTRIQUE VEHICULE PAR UNE LIGNE HAUTE TENSION 2, DU TYPE COMPRENANT UN ENROULEMENT PARCOURU PAR UN COURANT DE CONTRE-REACTION. LE DISPOSITIF COMPREND AU MOINS UNE EMBASE 14 AU POTENTIEL DE LA TERRE COMPRENANT DANS UNE VARIANTE PREFEREE LE COEUR DE L'INTERFEROMETRE ET L'ENROULEMENT DE CONTRE-REACTION, UN ELEMENT ISOLANT RIGIDE FORMANT SUPPORT ET UNE TETE DE MESURE 12 ENFILEE SUR UN CONDUCTEUR PARCOURU PAR LE COURANT A MESURER. SELON LA PRESENTE ADDITION, L'ELEMENT ISOLANT RIGIDE FORMANT SUPPORT EST REMLPACE PAR UN ELEMENT ISOLANT TUBULAIRE 13 A PAROI SOUPLE MUNI, DANS UNE VARIANTE PREFEREE, DE JUPES 130 EN MATERIAU ISOLANT A PROFIL ARRONDI EN GOUTTE D'EAU. L'ADDITION S'APPLIQUE EGALEMENT A LA MESURE DES COURANTS POLYPHASES.

Description

DISPOSITIF INTERFEROMETRIQUE DE MESURE DE
COURANT ELECTRIQUE A FIBRE OPTIQUE.

La présente invention se rapporte au dispositif interférornétrique de mesure de courant électrique à fibre optique décrit dans la demande de brevet français déposée le 12 MARS 1982 sous le N 82 04 222.

La mesure de courants ayant de fortes intensités et susceptibles de varier dans de grandes proportions est difficile avec les dispositifs de mesure habituels, dans certains environnements, particulièrement dans les centrales électriques ou les usines d'électrochimie. En effet, dans de tels environnements, les fortes tensions, les températures élevées, I'atmosphère éventuellement corrosive, la pollution électromagnétique ou tout simplement l'accessibilité difficile rendent les mesures difficiles et peu fiables lorsqutelles sont effectuées par des moyens classiques du type shunt ou jauge à effet Hall par exemple. Ainsi, pour mesurer des courants de l'ordre d'une centaine de milliers d'ampères, les dispositifs de mesure de courant type shunt ne permettent d'obtenir qu'une précision de l'ordre de 10% de la valeur mesurée.De plus, de tels dispositifs entraînent des pertes énergie dans le dispositif de mesure.

Pour améliorer ces dispositifs, il a eété proposé de mettre à profit l'effet magnétooptique qui se manifeste par exemple dans les dispositifs du type interféromètre. Un exemple de dispositif de ce type est décrit dans le brevet français FR-B-2 461 956.

Le dispositif décrit dans ce brevet comporte une fibre optique enroulée autour d'un conducteur dans lequel circule le courant à mesurer, une source laser, des moyens de séparation du rayonnement émis par la source vers les deux extrémités de la fibre enroulée et de recombinaison du rayonnement émergeant de ces deux extrémités, un circuit conducteur parcouru par un courant de référence règlable, un dispositif de détection fournissant un signal caractéristique des interférences entre les deux ondes émergeant de la fibre, le courant de référence étant ajusté pour que le déphasage entre les deux ondes contrarotatives dans la fibre soit nul, ce courant étant alors proportionnel au courant à mesurer circulant dans le conducteur principal.

Cependant lorsqu'on mesure des courants transportés par des lignes de distribution hautes ou très hautes tensions, ces tensions atteignant couramment 220 KV ou même 400 KV, les distances d'isolement dans l'air sont respectivement 2,5 m et 4,5 m. II n'est donc pas possible d'entourer simplement le conducteur véhiculant le courant par une ou plusieurs spires de la fibre optique de l'interféromètre et disposer à proximité les circuits électroniques fournissant le courant de référence règlable.

D'autres difficultés apparaissent également. Des circuits électroniques ajustent le courant dans l'enroulement de contre-réaction de façon à annuler l'effet du courant parcourant la boucle principale sur la phase de la lumière guidée par la fibre. Les deux courants sont alors en proportion du nombre de tours des enroulements seulement si le coefficient d'interaction magnétooptique est le même pour les deux enroulements, I'un de ceux-ci étant réduit à sa plus simple expression puisqu'il s'agit du cable de transport d'énergie.

Lorsque ces deux enroulement ne sont pas superposés, c'est le cas le plus général, I'application du théorème d'Ampère, qui garantit cette égalité, n'est possible que si l'état de polarisation de la lumière véhiculée est uniforme le long du parcours fermé de la fibre de l'interféromètre, ce qui est difficile à réaliser lorsque, comme c'est le cas pour l'utilisation en très haute tension, on est conduit à éloigner considérablement la boucle de contre-réaction du conducteur de courant principale pour éviter un amor çage.

Dans la demande de brevet principal, il a été décrit une structure de dispositif interférométrique à fibre optique destiné à la mesure du courant électrique véhiculé par une ligne haute tension du type comprenant un enroulement parcouru par un courant de contre-réaction visant à pallier ces inconvénients. Pour ce faire, le dispositif comprend au moins une embase au potentiel de la terre comprenant dans une variante préférée le coeur de l'interféromètre et l'enroulement de contre-réaction, un support isolant et une tête de mesure enfilée sur un conducteur parcouru par le courant à mesurer. Dans une variante préférée, le cablage de la fibre optique est m fois la répétition du trajet suivant: embase-tête de mesure, une spire autour du conducteur, tête de mesure-embase et n spires autour de l'enroulement de référence.

Cependant dans la structure décrite, le support isolant est rigide et de façon préférentielle auto-portant ; c'est à dire qu'il doit supporter le poids de la ligne électrique véhiculant le courant à mesurer. Les dimensions du support isolant doivent être prévues en conséquence. Ces dimensions sont typiquement de l'ordre de 5 m en ce qui concerne la hauteur et de 40 cm en ce qui concerne le diamètre extérieur. Celà conduit donc à des supports lourds et coûteux. En outre, les lignes électriques sont soumises à des contraintes mécaniques telle que les poussées du vent qui tendent à leur imprimer des mouvements oscillatoires dans des directions sensiblement orthogonales à la direction de l'axe moyen des supports.Ceux-ci doivent donc être dotés d'une grande stabilité et d'une grande résistance à la flexion pour éviter l'apparition de fêlures génératrices de lignes de fuite et de risques de court-circuits corrélatifs. Il s'ensuit que le système global ne peut qu'être fixe et n'offre pas de souplesse quant à son exploitation: notamment il doit être obligatoirement situé sous les lignes. Enfin, la distribution d'énergie s'effectuant le plus souvent en triphasé, il est alors nécessaire de mesurer les courants véhiculés par trois lignes électriques haute tension, c'est à dire de multiplier le nombre de dispositif par le même nombre, ce qui augmente encore le coût global de l'installation.

La présente addition se fixe pour but, tout en conservant les avantages du dispositif décrit dans la demande de brevet principal, de pallier les inconvénients et difficultés qui viennent d'être rappelés.

L'invention a donc pour objet un dispositif de mesure d'au moins un courant circulant dans une ligne de distribution d'énergie électrique portée à un potentiel élevé par rapport au potentiel de la terre selon la revendication 1 de la demande de brevet principal, dispositif du type mettant en oeuvre au moins un organe de mesure interféromètrique comprenant une fibre optique dans laquelle circulent deux ondes en sens inverses, le courant a mesurer induisant un premier déphasage entre les deux ondes émergeant aux extrémités de la fibre optique par effet Faraday, des circuits opto-électroniques délivrant un signal électrique de commande proportionnel à ce déphasage et un générateur de courant de référence alimentant un circuit conducteur de référence induisant par effet Faraday un second déphasage entre les deux ondes émergeant aux extrémités de la fibre optique en sens contraire du premier déphasage et, d'amplitude telle que le déphasage résultant soit nul, la valeur du courant de référence étant directement proportionnelle au courant à mesurer; dispositif comprenant, pour chaque courant à mesurer, une tête de mesure en matériau isolant enfilée sur un conducteur traversé par ledit courant à mesurer, associé à chaque tête de mesure, un élément en matériau isolant percé d'un canal de liaison, I'une des extrémités de ce canal débouchant dans la tête de mesure, et une embase portée au potentiel de la terre comprenant ledit circuit de référence et communiquant avec la seconde extrémité du canal percé dans l'élément isolant la fibre optique de chaque organe de mesure interférométrique étant disposée de manière à effectuer au moins une boucle fermée décrivant un trajet débutant dans l'embase, traversant le canal dans un premier sens, formant une spire autour dudit conducteur à l'intérieur de la tête de mesure retraversant le canal en sens inverse et retournant dans l'embase pour former au moins une spire autour dudit circuit conducteur de référence; dispositif caractérisé en ce que l'élément isolant est un élément tubulaire à paroi souple, fixé par une de ces extrémités à la tête de mesure qui lui est associée et à son autre extrémité à l'embase.

L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaitront au moyen de la description qui suit par référence aux figures qui l'accompagne et parmi celles-ci:
- la figure 1 est relative à un dispositif interférométrique de mesure de courant de l'art connu.

- la figure 2 est un exemple de réalisation d'un dispositif de mesure selon l'une des variantes de la demande de brevet principal.

- les figures 3 et 4 illustrent un exemple de réalisation concrète d'un dispositif de mesure selon l'addition.

- les figures 5 et 6 illustrent des détails de réalisation d'un tel dispositif.

- les figures 7 et 8 illustrent l'application d'un dispositif selon l'addition à la mesure de courants polyphasés.

L'invention concernant un dispositif interférométrique de mesure de courant électrique à fibre optique il est utile d'en rappeler brièvement le fonctionnement, ce en référence à la figure 1.

Une fibre 1 forme une ou plusieurs spires autour d'un conducteur 2, suivant la gamme de courant à mesurer. Un faisceau lumineux issu d'un laser 3 est couplé simultanément aux deux extrémités de la fibre 1 par l'inter- médiaire d'un circuit optique de séparation et de couplage 4. Les deux ondes lumineuses circulent dans la fibre en sens contraires, émergent par les deux extrémités 5 et 6 pour se recombiner dans le circuit optique de séparation et de couplage. Le rayonnement résultant du mélange des ondes émergentes est détecté par un photodétecteur 7. Lorsque le conducteur 2 est parcouru par un courant I, il induit un champ magnétique 14 suivant des lignes fermées autour de ce conducteur.L'onde lumineuse se propageant dans la fibre subit, sur ses composantes de polarisation circulaire, un déphasage induit par effet
Faraday par le champ magnétique t. Il en résulte un déphasage global Ab entre les deux ondes contrarotatives émergentes, déphasage susceptible d'être détecté par interférométrie représentant directement les effets induits par le courant I circulant dans le conducteur, les autres effets étant subis de manière identique par les deux ondes et n'introduisant donc pas entre elles de déphasage.

L'organe de mesure représenté fournit sur le détecteur une intensité lumineuse qui varie en fonction du déphasage b b entre les deux ondes contrarotatives.

En réalité un déphasage, d'amplitude déterminée A5, associé à un courant d'amplitude 11, n'est pas stable dans le temps. Le dispositif de mesure ne permet donc pas de fournir une mesure absolue du courant I.

L'organe de mesure représenté sur la figure 1 met en oeuvre une méthode de zéro permettant à chaque instant de disposer d'une valeur de référence i ajustée pour produire un déphasage entre les deux ondes contrarotatives par effet Faraday compensant exactement le déphasage induit par le courant I à mesurer, ce courant i étant alors directement proportionnel au courant I à mesurer. L'organe de mesure comporte pour ce faire un conducteur 8 comportant p spires entourant une (ou plusieurs) spire(s) de la fibre optique enroulée 1. Ce conducteur 8 est parcouru par un courant variable i délivré par un générateur de courant 9.Le signal issu du photodétecteur 7 correspondant aux interférences entre les deux ondes contrarotatives émergeant de la fibre, est transmis à un dispositif de
traitement 10 qui fournit au générateur de courant 9 un signal de commande
tel qu'à chaque instant le déphasage entre les deux ondes contrarotatives
soit nul.

Si K est la constante de Verdet du matériau formant la fibre, m étant
le nombre de spires enroulées autour du conducteur 2, q étant le nombre de
branches du conducteur entouré par cette fibre enroulée 1, le déphasage h{ induit par le courant I circulant dans le conducteur 2 est:
1 = KmqI(1)
Si p est le nombre de spires du conducteur 8 entourant n spires de la
fibre optique 1, le déphasage åb 2 induit par le courant i circulant dans le conducteur 8 est: 2 2 K K pni (2)
Le circuit de traitement 10 applique au générateur de courant un signal de commande tel qu'à chaque instant b = - 2, le déphasage entre les deux ondes contrarotatives étant ainsi maintenu égal à zéro à tout moment.La valeur du courant I se déduit alors de la valeur du courant i par la relation I = (p nlm q)i.

Pour obtenir un organe de mesure ayant une résolution importante, plusieurs méthodes sont envisageables. La première (non représentée) consiste à moduler le courant circulant dans le conducteur de référence 8 et à effectuer ensuite une détection hétérodyne à la fréquence de modulation de ce courant, le signal issu de cette détection hétérodyne permettant d'asservir la composante continue du courant circulant dans le conducteur 8.

Une deuxième méthode consiste à moduler directement la phase de l'onde circulant dans la fibre optique 1. Pour ce faire, on utilise également le circuit optique intégré 4 qui va maintenant être décrit de façon plus détaillée.

Le circuit optique intégré 4 est alimenté par une source laser à semiconducteur 3 directement couplée par la tranche à la plaquette de circuit intégré. Un coupleur à 3 dB, 40, permet de séparer le faisceau lumineux issu de la source laser 3 entre deux branches de guide optique
intégré, ces deux branches étant respectivement couplées aux deux extré
mités 5 et 6 de la fibre optique enroulée 1. Le dispositif comporte en outre,
pour la détection des ondes émergeant après circulation en sens contraires, un détecteur 7 détectant le rayonnement résultant de la superposition des deux ondes par le coupleur 40. Le signal de sortie de ce détecteur est appliqué à un circuit de traitement de signal 10 fournissant au générateur de courant 9 un signal de commande permettant de faire varier le courant i circulant dans le conducteur 8 entourant la fibre optique.

Pour moduler la phase de l'onde guidée, la structure optique intégrée est particulièrement adaptée, car il est possible de réaliser de manière simple un modulateur de phase placé dans le circuit optique intégré sur l'un des deux guides d'onde disposé à la sortie du coupleur 3 dB. Ce modulateur de phase 41 a été représenté schématiquement sur la figure 1.

Le déphasage entre les deux ondes émergeant des deux extrémités de la fibre est modulé au rythme d'une pulsation de fréquence F au moyen d'un générateur de signal de modulation. Le circuit de traitement 10 comprend donc dans un tel cas un détecteur hétérodyne recevant un signal de référence à la fréquence F et fournissant au générateur de courant 9 un signal de commande.

De manière à rendre cette modulation réciproque, il est possible d'utiliser le même modulateur de phase électrooptique intégré commandé par un signal de modulation de période égale à deux fois le temps de parcours de la fibre par l'onde optique. En effet, lorsque la différence de phase entre les deux ondes contrarotatives due à l'effet Faraday est nulle, et que seule existe une différence de phase due à la modulation, le signal détecté comporte une composante à la fréquence double de la fréquence de modulation. La détection de cette composante à fréquence double qui existe seule -lorsque Q= 0 permet donc de déterminer sans ambiguité la valeur du courant i de référence pour laquelle l'effet Faraday induit par le courant I est exactement compensé.

A la place d'un dispositif intégré on peut utiliser un dispositif à éléments discrets. II est également possible de moduler la phase de l'onde se propageant dans a boucle de fibre de manière réciproque. Pour cela un modulateur de phase, qui peut être réalisé en enroulant quelques spires de fibre autour d'une céramique piézoélectrique, dont la période de modulation est égale à deux fois le temps de parcours dans la boucle de fibre permet d'obtenir par détection de la composante à fréquence double le courant i annulant l'effet Faraday.

Le dispositif décrit dans la demande de brevet principal ainsi que le dispositif de l'invention utilisent comme organe de base pour la mesure de courant, un organe interférométrique à fibre optique du type qui vient d'être décrit ou d'un type analogue.

Cependant, comme il a été rappelé, lorsqu'il s'agit de mesurer des courants véhiculés par des lignes hautes ou très hautes tensions, la structure d'un dispositif de mesure ne peut être dérivée simplement de la configu- ration schématique qui vient d'être redécrite.

Pour fixer les idées, sans que cela soi. limitatif, on se placera dans ce qui suit dans le cadre de l'application de la mesure, en poste fixe, du courant véhiculé par les lignes hautes tensions: 220 KV ou t00 KV.- Le dispositif de mesure est alors destiné à remplacer les transformateurs réducteurs de courants classiquement utilisés pour ce type d'application.

La demande de brevet principal s'est fixée pour but un dispositif adapté à ce type d'applications.

Le dispositif décrit et dont une variante de réalisation va être rappelée en relation avec la figure 2 qui correspond à la figure 4 de la demande de brevet principal, comprend quatre parties:
- la tête de mesure I contenant un mandrin sur lequel fibre optique est enroulée de la manière qui sera décrite plus en détail dans ce qui suit.

Cette tête comporte un passage axial suffisant pour qu'elle puisse être enfilée sur le cable -2 dans lequel circule le courant à mesurer. Le cable 2 est entouré -d'au moins une spire de fibre optique conformément à la disposition de la figure 1. Cette partie du dispositif de mesure est au même potentiel que la ligne 2, c'est à dire à un potentiel élevé par rapport à la terre. Dans une variante (non représentée) de la demande - de brevet principale, le conducteur 2 peut être une barre conductrice contenue dans la tête et destinée à être insérée dans la ligne véhiculant le courant à mesurer.

- le support 13: c'est une partie de forme générale cylindrique ou tronc-conique qui supporte la tête du capteur et protège les fibres de connexion.

On peut réaliser cet élément à partir d'un isolateur percé dans sa longueur ou d'une céramique d'extrémité, creuse par construction. Selon les réalisations, cet isolateur supporte seulement la tête 12, ou bien supporte, par l'intermédiaire de la tête, une partie de la charge de la ligne de courant 2. 11 doit être dimensionné en conséquence comme il a été rappelé.

Dans le cadre de lignes hautes tensions 220 KV ou 400 KV, les distances d'isolement dans l'air sont respectivement 2,5 m et 4,5 m. La longueur du support 13 doit être supérieure à ces valeurs. Pour 400 KV, on choisit typiquement cette longueur égale à Sm et un diamètre moyen de l'ordre de 40cm. De façon plus générale la longueur du support isolant doit être plus grande que la distance de contournement de l'isolateur qui dépend de sa géométrie. Pour augmenter les caractéristiques d'isolation, il est prévu préférentiellement des jupes 130 profil extérieur en "goutte d'eau".

- la base 14 du dispositif: elle est reliée au potentiel de la terre et est destinée à supporter le support 13 et à abriter l'enroulement de contreréaction 8. En outre, elle doit assurer un bon ancrage du support pour garantir sa tenue au vent latéral. Sa forme peut être quelconque ainsi que le matériau qui la constitue. De façon préférentielle, elle est constituée en métal magnétique, par exemple du mu-métal qui permet un meilleur découplage vis à vis des champs magnétiques extérieurs susceptibles de créer des phénomènes parasites.

- une baie d'électronique et d'optique 15: reliée par un cable souple comportant à la fois des fibres optiques et des conducteurs, elle peut abriter le coeur optique de l'interféromètre et l'électronique de traitement et d'exploitation des signaux électriques.

Dans une variante préférée le coeur optique de l'interféromètre est également situé dans la base du capteur, ce qui permet la jonction par un cable 150 comportant seulement des conducteurs électriques.

Enfin, dans une variante non représentée, la baie électronique 15 peut également être confondue avec la base 14 du capteur.

En résumé, I'lsolateur du type qui vient d'être décrit rempli trois fonctions:
- protection et isolation de la descente d'informations d'une région à potentiel élevée à une région au potentiel de la terre (base 14)
- support mécanique du dispositif réducteur proprement dit contenu dans la tête
- support mécanique du tronçon de ligne 2 (ou de barre) situé de chaque coté de la tête de mesure 12 si le dispositif est autoporteur. Dans tous les cas, la ligne 2 et le support 13 étant soumis aux agressions naturelles, notamment au souffle du vent, il y a apparition de contrainte qui s'exerce sur le support 13. Or, I'élément utile dans la tête de mesure 12, constitué essentiellement par des spires de fibre optique et un mandrin sur lequel ces spires sont formées se réduit à quelques grammes, auxquels ont peut ajouter le faible poids de l'enveloppe de la tête de mesure 12.Le fort poids et les dimensions imposantes du support isolant 13 sont donc imposés par le fait que celui-ci doit aussi remplir une fonction non liée à la mesure proprement dite.

La présente addition se fixe pour but une structure de dispositif de mesure qui, tout en conservant la structure générale qui vient d'être rappelée et les avantages qui y sont afférents, vise à en pallier les inconvénients, ce selon une caractéristique principale en simplifiant considérablement l'ensemble du système d'isolation, en diminuant son encombrement et son coût, et en rendant son exploitation plus aisée.

Les dispositions retenues dans le cadre de l'invention vont maintenant être décrites de façon détaillée en relation avec les figures 3 et 4.

La figure 3 est une vue d'ensemble du dispositif de mesure selon l'invention.

Il comprend, en accord avec l'enseignement de la demande de brevet principal, trois ou quatre parties selon que les circuits électroniques sont intégrés ou non dans la base 14. Celle-ci est de même nature que celle qui vient d'être décrite en relation avec la figure 2. Cependant comme il va être explicité dans ce qui suit, ses dimensions peuvent être considérablement réduites, car la base n'a plus à soutenir un support isolant lourd et volumineux.

La différence principale est constituée par le faite que le support 13 (figure 2), rigide, est remplacé selon une caractéristique importante de la présente invention, par un élément tubulaire à paroi souple 13', en élastomère par exemple, éventuellement renforcé par des fibres en matériau diélectrique. Ces fibres peuvent être en verre, en silice ou en plastique, ou encore à base d'une combinaison de ces éléments. Cet élément tubulaire abrite le faisceau constitué par les allers et retours de la fibre 1. De façon préférentielle, la cavité constituée par le conduit intérieur du tube est remplie d'un isolant: gaz, par exemple de l'hexafluorure de soufre (SF6); liquide, par exemple d'huile isolante d'utilisation classique, gel par exemple une graisse isolante ou gel de silicone; ou encore solide élastique par exemple un autre élastomère ou du caoutchouc.Cette disposition présente les avantages suivants: assurer un meilleur maintient de la fibre optique 1, dans le cas des matériaux isolant de type gel ou solide élastique, et un renforcement de l'isolation dans tous les cas.

Enfin, de façon préférentielle, I'élément tubulaire isolant 13' est muni de jupes 130' à profil extérieur dit en "goutte d'eau" qui peuvent être fabriquées en même temps que celui-ci ou rapportées ultérieurement. Ces jupes peuvent être alors réalisées dans le même matériau élastomère que l'élément 13' ou à partir d'un autre matériau isolant, par exemple de la porcelaine. Leur rôle est d'augmenter la longueur de la ligne de fuite et d'assurer l'isolation même dans des conditions défavorables: pluie par exemple. L'élément 13' peut être muni de ces jupes 130' sur tout ou partie de sa longueur, ce avec une répartition uniforme ou non. Dans ce dernier cas, illustré sur la figure 3, la densité maximale de jupes 130' doit être réalisée à proximité de la tête de mesure qui est au potentiel de la ligne électrique.

La disposition qui vient d'être décrite peut encore être améliorée. Au lieu d'être muni de jupes distinctes, I'élément isolant 13' peut être muni d'une jupe unique 1300 comme illustré par la figure 5, autour de l'élément isolant en hélice. Le bord extérieur peut présenter comme précédemment un profil en forme de "goutte d'eau". L'ensemble est de fabrication aisée et obtenu en une seule opération, par extrudage par exemple.

L'élément isolant souple 13' est connecté à l'embase 140 par tout moyen de fixation convenable, représenté sur la figure 3 sous la forme d'un collier 140.

La longueur de l'élément isolant peut être, dans un exemple de réalisation concrète, de l'ordre de 8 m pour une ligne électrique située à 5 m de hauteur,
On réalise que la souplesse de l'élément isolant tubulaire 13' permet d'épouser les mouvements de la ligne électrique sans les contraindre. En outre, I'embase (14) peut être disposée à un endroit quelconque, à la convenance des utilisateurs du dispositif, et non plus obligatoirement sous la ligne. La seule contrainte est que la distance la séparant de la ligne électrique soit supérieure à la distance d'isolement dans l'air.

En ce qui concerne la tête de mesure 2, bien que l'on puisse mettre en oeuvre une tête analogue à celle qui a été décrite en relation avec la figure 2, et de façon plus générale aux autres variantes décrites dans la demande de brevet principale, il devient également possible grâce aux dispositions retenues par l'invention, d'en améliorer la structure en diminuant le poids et l'encombrement.

Dans une variante préférée de l'invention, cette tête de mesure 2, illustrée en coupe sur la figure 4, comporte un élément de barre conductrice 1200, très courte. Cette barre, par exemple de section circulaire dans sa partie centrale 1210 sur laquelle sont enfilés les autres éléments de la tête de mesure, a une longueur typique de l'ordre de 50 mm et un diamètre de 125 mm pour cette partie centrale et se prolonge par deux plages de raccordement 1201 et 1202 planes destinées à être boulonnées sur des pièces correspondantes 210 et 220 des terminaisons amont 210 et aval de lá ligne haute tension 2. Les plages 1201 et 1202 sont munies d'orifices destinés à recevoir des tiges filetées pour réaliser le boulonnage, en nombre et de diamètre déterminés par les caractéristiques physiques de la ligne à connecter.

La barre conductrice 1200 supporte un élément de forme torique, réalisé en matériau, isolant (par exemple de la résine époxy ou du polythétrafluorethyène) ou non, et est constitué de deux demie coques emboitées l'une sur l'autre: 1203 et 1206 respectivement. La première demie coque, 1203, comporte une gorge annulaire 1204 servant de mandrin pour les spires de la fibre optique 1 autour du circuit électrique dans lequel circule le courant à mesurer: la barre 1200 dans l'exemple de réalisation illustré par la figure 4.

La seconde demie coque 1206, comporte un canal radial 1207 destiné à établir une communication entre l'élément isolant tubulaire à paroi souple 13' et la gorge annulaire 1204.

L'orifice extérieur de ce canal est prolongé par une collerette 1208 sur laquel est enfilée l'élément tubulaire 13'. Des moyens de fixations de tous types convenables 1209, représentés sous la forme d'un collier sur la figure 4, sont également prévus.

L'ensemble a donc la triple fonction de servir de mandrin pour le bobinage de la fibre optique, de la protéger contre toutes les agressions mécaniques et contre les intempéries, ainsi que de servir de point d'attache pour l'élément tubulaire souple 13'.

Les deux demies- coques sont fixées entre elles par tous moyens convenables boulonnage, soudure ou collage par exemple.

De façon préférentielle, les espaces internes laissés libre, notamment l'évidement annulaire 1204, sont remplis de matériau isolant, de façon analogue à ce qui a été décrit en relation avec l'élément tubulaire isolant 13'.

Pour des raisons de simplification de la représentation sur la figure 4 des éléments essentiels de la tête de mesure 12, il n'a été représenté que deux spires de la fibre optique 1 autour de la barre conductrice 1200. Il doit être bien entendu que le nombre de spires peut être quelconque.

Dans une autre variante, non illustrée, la tête peut être réalisée à partir d'une seule coque analogue à la coque 1203 comportant également une gorge annulaire dans laquelle sont enroulées les spires de la fibre 1. Ensuite la tête est complétée par un surmoulage, notamment par le remplissage de la gorge à l'aide d'un matériau isolant qui peut être le même que celui constituant la coque unique.

De façon préférentielle, selon un des enseignements de la demande de brevet principal, le cablage de la fibre optique 1 ainsi que de l'enroulement de contre-réaction s'effectuera conformément au schéma décrit dans la demande de brevet principal et qui va être rappelé par référence à la figure 6.

Bien qu'une seule spire de la fibre optique entourant le cable 2 soit suffisante pour qui l'effet Faraday se manifeste, il est nécessaire que l'état de polarisation se conserve parfaitement tout au long de la fibre optique 1.

Or aucune fibre optique conserve intact cet état de polarisation, notamment dans le cadre d'applications de la présente invention pour lesquelles la distance séparant le conducteur principal, c'est à dire la ligne 2, de l'enroulement de référence 8 est particulièrement importante, au minimum la longueur de la fibre optique est égale à deux fois la longueur de I'élement isolant 13'.

Dans ce cas les formules (I) et (2) précédemment rappelées deviennent respectivement:
d9 1= KmqI .(luis) 2 2 = K' p n i (2bis) avec K ss K'
Dans une variante de réalisation préférée de l'invention, des dispositions particulières sont prises pour contre-carrer cet effet parasite.

Selon cet aspect de l'invention, la dérive de polarisation est réduite en effectuant une moyenne spatiale sur l'évolution de la polarisation.

Pour ce faire, de façon préférentielle, la fibre 1 de l'interféromètre est disposé selon le schéma de cablage suivant:
a)- départ du coeur de l'interféromètre.

b) - montée vers la tête de mesure 12 par l'élément isolant tubulaire souple 13'.

c)- passage autour du cable 2, ce qui correspond à une spire de fibre optique.

d)- descente vers l'embase 14.

e) - bobinage de n spires sur la bobine de contre-réaction 8.

f) - répétition des étapes b), c), d), e) m fois.

g)- retour vers le coeur de l'interféromètre.

Dans ce qui précède, le départ du coeur de l'interféromètre est l'extrémité 5 du circuit intégré optique 4, si on se reporte à la configuration représentée sur la figure 1, et le retour s'effectue sur l'extrémité 6. De façon préférentielle, comme il a été précédemment indiqué le coeur de l'interféromètre est situé dans la base 14 du dispositif.

La figure 6 illustre un exemple simplifié d'un tel cablage dans lequel m = 3 et n = 2.

Si la bobine de contre-réaction 8 comporte p tours de fil électrique, le facteur de réduction du capteur est il =n.p. (indépendant de m).

La sensibilité du zéro du capteur obéit à la relation: tÍ m.l05A.

I-
Le coût et l'encombrement du dispositif de mesure de courant étant considérablement réduits par les dispositions qui viennent d'être décrites, il est encore possible de les réduire en remarquant que énergie électrique haute-tension est le plus souvent délivrée sous forme polyphasée et notamment triphasée.

Classiquement, il est nécessaire de mettre en oeuvre autant de dispositifs de mesure que de courants à mesurer, vu en particulier l'écarte- ment important entre les différentes lignes haute-tension véhiculant les courant polyphasés. La présente invention permet la mise en commun avec profit de certaines fonctions des dispositifs de mesure.

La figure 7 illustre une première possibilité de mise en commun, à savoir la mise en commun de l'embase 14 (et éventuellement des circuits électroniques 15 de la figure 2, s'ils sont séparés de l'embase). Cette disposition est notamment permise par la mise en oeuvre d'éléments tubulaires isolants souples.

Sur la figure. 7 est représentée une distribution de courant triphasée comportant trois cables haute-tension 2-a, 2-b et 2-c correspondant à des courants de phases repérées arbritrairement a, b et c. Sur ces trois cables sont connectées en série, les barres de trois têtes de mesures 12-a, 12-b et
12-c, identiques, dans l'exemple de réalisation illustré par la figure 7, aux têtes de mesures décrites en relation avec les figures 3 et 4.

Trois descentes entre ces têtes et le.boitier unique de l'embase 14 sont assurées par trois éléments isolants tubulaires souples identiques: 13'-a, 13'b et 13'-c respectivement. Cette disposition permet de mettre en commun les circuits électroniques (non représentés) nécessaires au traitement des signaux fournis par les trois interféromètres, chacun associé à une des trois têtes de mesures: 12-a, 12-b et 12-c; ainsi que les circuits fournissant l'alimentation électrique, notamment des circuits de contre-réaction en courant (figure 1: 8) de chaque interféromètre. Les trois courants, un par interféromètre, peuvent être dérivés, de façon simple, à partir d'une source
unique.

On peut cependant augmenter encore la compacité du dispositif, en
mettant en commun une partie des circuits optiques. La figure 8 illustre
cette possibilité.

Pour ce faire, le circuit intégré 4 de la figure 1 est remplacé par un circuit intégré comportant un substrat commun sur lequel ont été réalisés au moins trois circuits de séparation et de recombinaison, chacun de ces circuits étant asocié à un interféromètre constitué par une fibre optique passant dans l'une des têtes de mesures 12-a à 12-c de la figure 5. Bien que de nombreux types de circuits intégrés puissent être mis en oeuvre, on réalise celui-ci de façon préférentiel selon l'enseignement de la demande de brevet français FR-A-2 492 116.Comme illustré plus particulièrement aux figures 2 et 6 de cette demande de brevet, le circuit de séparation et de recombinaison est réalisé en créant dans le substrat, qui peut être une plaquette de Niobate de Lithium (Li Nb 03) ou de Tantalate de Lithium (Li T a 03) des guides de lumière monomodes par diffusion d'ions métalliques (respectivement du Titanate et du Niobium). Dans l'application envisagée, chaque circuit comprend au moins cinq branches: deux branches d'entrée, deux branches de sortie et une branche centrale recouverte d'une métallisation, l'ensemble ayant la forme de deux Y disposés tête-bêche.

En outre, au moins une branche de sortie est munie d'un modulateur de phase analogue au modulateur 41 de la figure 1. Dans une réalisation préférée, chaque circuit est associé à deux modulateurs symétriques selon l'enseignement de la demande de brevet français FR-A-2 471 583, disposition plus particulièrement illustrée par la figure 15 de cette demande.

La figure 8 représente une configuration particulière de quatre cou pleurs640 à 643, formant un circuit intégré 64 (qui remplace le circuit intégré 4 de la figure 1). Chaque coupleur est associé à deux modulateurs: respectivement 6400-6401, 6410-6411, 6420-6421 et 6430-6431. En outre, deux coupleurs contigüs comportent une branche d'entrée commune, respectivement 6432 et 6433. Cette disposition, pratique mais non obligatoire, permet une alimentation en énergie lumineuse plus aisée de deux coupleurs et par là de deux interféromètres. Dans le cas de la mesure de courants triphasés, un coupleur 643 reste disponible et peut être utilisé à d'autres fins ou à titre de réserve.

Les deux branches communes 6432 et 6433 sont couplées, via deux fibres optiques F1 et F2 à une-source laser à semi-conducteur unique 63,
I'une par la face avant, I'autre par la face arrière; ce type d'élément optoélectronique, comme il est connu, émettant par les deux faces.

Les deux branches de sortie de chaque circuit de séparation et de recombinaison sont reliées aux extrémités de la fibre formant l'interféromètre qui leur est associé: respectivement l-a, l-b et I-c, formant au moins une spire autour des conducteurs (figure 6: 2-a, 2-b, 2-c) dans lesquels circulent les courants à mesurer.

Enfin, I'ensemble est complété par des détecteurs, respectivement 7-a, 7-b et 7-c, jouant un rôle analogue au détecteur 7 de la figure 1.

Les circuits électriques nécessaires sont analogues à ceux décrits en relation avec la figure 1.

Ils doivent être répétés trois fois et de façon plus générale x fois lorsque le nombre de phases différentes est x. Seul le circuit 11 est légèrement modifié, car il doit délivrer deux signaux de commande de même fréquence mais en opposition de phase pour alimenter les deux modulateurs qui lui sont associés, 6400 et 6401 par exemple pour le premier interféromètre (fibre I-a).

L'addition n'est pas limitée aux seuls modes de réalisation précisément décrits et représentés, elle s'applique toutes les fois que l'on désire mesurer des courants véhiculés par des lignes hautes tensions, continus ou alternatifs.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de mesure d'au moins un courant (I) circulant dans une ligne (2) de distribution d'énergie électrique portée à un potentiel élevé par rapport au potentiel de la terre selon la revendication 1 de la demande de brevet principal, dispositif du type mettant en oeuvre au moins un organe de mesure interféromètrique comprenant une fibre optique (I) dans laquelle circulent deux ondes en sens inverses, le courant à mesurer (I) induisant un premier déphasage (au1) entre les deux ondes émergeant aux extrémités (5, 6) de la fibre optique par effet Faraday, des circuits opto-électroniques (3, 7, 10, 11) délivrant un signal électrique de commande -proportionnel à ce déphasage et un générateur (9) de courant de référence (i) alimentant un circuit conducteur de référence (8) induisant par effet Faraday un second déphasage (Ab 2) entre les deux ondes émergeant aux extrémités (5, 6) de la fibre optique en sens contraire du premier déphasage et, d'amplitude telle que le déphasage résultant soit nul, la valeur du courant de référence (i) étant directement proportionnelle au courant à mesurer (I);; dispositif comprenant, pour chaque courant à mesurer, une tête de mesure (12) en matériau isolant enfilée sur un conducteur traversé par ledit courant (I) à mesurer, associé à chaque tête de mesure, un élément (13') en matériau isolant percé d'un canal de liaison, I'une des extrémités de ce canal débouchant dans la tête de mesure, et une embase (14) portée au potentiel de la terre comprenant ledit circuit de référence (8) et communiquant avec la seconde extrémité du canal percé dans l'élément isolant; la fibre optique (1) de chaque organe de mesure interféromètrique étant disposée de manière à effectuer au moins une boucle fermée décrivant un trajet débutant dans l'embase (14), traversant le canal dans un premier sens, formant une spire autour dudit conducteur (2) à l'intérieur de la tête de mesure (12), retraversant le canal en sens inverse et retournant dans l'embase (14) pour former au moins une spire autour dudit circuit conducteur de référence (8); dispositif caractérisé en ce que l'élément isolant est un élément tubulaire à paroi souple fixé par une de ces extrémités à-la tête de mesure (12) qui lui est associée et à son autre extrémité à l'embase (14).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le maté riau- constituant la .paroi est de l'élastomère.

3. Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la paroi est renforcée par inclusion de fibres en matériau diélectrique.

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendicatons 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément isolant tubulaire (13') à paroi souple est muni de jupes (130') en matériau isolant à profils extérieurs arrondi en forme de "goutte d'eau" et enfilées sur celui-ci.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément isolant tubulaire (13') à paroi souple est muni d'une jupe unique (1300) en matériau isolant disposée en hélice autour de cet élément et en ce que le profil extérieur de cette jupe en hélice est arrondi en forme de "goutte d'eau".

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendicàtions 4 ou 5, caractérisé en ce que le matériau isolant est choisi parmi les suivants: porcelaine ou élastomère.

7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque tête de mesure (12) comporte une barre (1200) en matériau conducteur prolongée à chaque extrémité par un membre plan (1201, 1202) muni de moyens de connexions de manière à être inséré en série avec une ligne dans laquelle circule le courant à mesurer et un tore enfilé sur ladite barre; et en ce que le tore est muni d'une gorge annulaire (1204) interne dans laquelle s'enroule au moins une spire de ladite fibre optique (1) et communiquant par un canal radial (1207) avec l'élément isolant tubulaire (13') à paroi souple; ledit canal radial étant prolongé par une collerette (1208) sur laquelle est enfichée l'élément tubulaire isolant (13').

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le tore est en résine époxy.

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé ence que le canal de l'élément tubulaire isolant (13') à paroi souple et la gorge annulaire sont remplis d'un matériau isolant choisi parmi les suivants: gel isolant, solide élastique, huile ou hexafluorure de soufre sous pression plus forte que la pression atmosphérique.

10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 9, caractérisé en ce que la distribution d'énergie électrique s'effectuant par des courants polyphasés véhiculés par des lignes particulières (2-a, 2-b, 2-c), il comprend un organe de mesure interférométrique comportant une fibre optique (I-a, l-b, l-c) et une tête de mesure (12-a, 12-b, 12-c) associés à chaque ligne particulière (2-a, 2-b, 2-c) et mesurant le courant véhiculé par cette ligne, une embase commune (14) et des éléments isolants tubulaires (13'-a, 13'-b, 13'-c) à parois souples reliant chacune desdites têtes de mesure à l'embase commune, ces éléments isolants tubulaires étant traversés par au mo::--- un aller et retour de la fibre optique de l'organe interférométrique assc :e à la tête reliée de manière à ce que cete fibre forme au moins une spire ..tour dé la ligne particulière associée (2-a, 2-b, 2-c).

11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les extrémités de la fibre constituant chaque interféromètre sont reliées à des moyens de séparation et de recombinaison (640, 641, 642, 643), sont des ondes émergeant aux deux extrémités de la fibre optiques par deux branches de sortie et en ce que ces moyens de séparation et de recombinaison sont réalisés sous forme de circuits optiques intégrés sur un substrat commun (64), ces moyens comportant en outre chacun deux branches d'entrée, -une de ces branche étant couplée à des circuits opto-électroniques individuels (7-a, 7-b, 7-c) et l'autre a une source d'énergie lumineuse commune (63); et deux modulateurs de phase (6400-6401, 6410-6411, 6420-6421, 6430-6431) alimentés par des signaux en opposition de phase associé chacun à une des deux branches de sortie.

12. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'une des bronches d'entrée de deux moyens de séparation et de recombinaison contigus (640-641, 642-643) sur ledit substrat commun (64) forment un tronc commun (6432, 6433) et en ce que la source d'énergie commune (63)-étant constituée par un laser semiconducteur, chaque tronc commun est couplé optiquement à l'une des faces émissives, avant ou arrière de ce laser par une fibre optique (fl, f2).

13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 11, caractérisé en ce que la distribution d'énergie électrique s'effectue par trois lignes (2-a, 2-b, 2-c) véhiculant des courants triphasés.