FR2781059A1 - Procede et dispositif pour cartographier un reseau enterre - Google Patents

Abstract

Dans le procédé pour cartographier un réseau de conducteurs électriques enterrés (2), on injecte un signal de tension alternative entre deux points d'injection (16) et on détecte à un emplacement un champ électromagnétique généré par le signal. En outre, on mesure des valeurs de champ magnétique (H) et de champ électrique (E) à l'emplacement, on compare les valeurs à des seuils respectifs prédéterminés, et on détermine que l'emplacement est associé à un conducteur du réseau connecté aux deux points d"injection (16) lorsque la valeur du champ magnétique (H) est supérieure au seuil associé, ou respectivement connecté à un seul des points d'injection (16) lorsque la valeur de champ électrique (E) est supérieure au seuil associé.

Description

L'invention concerne la détection, la caractérisation et le suivi du

cheminement de réseaux de conducteurs enterrés et plus particulièrement un dispositif et un procédé pour cartographier les réseaux de terre. On connait des réseaux de terre conçus pour écouler des courants de défauts ou parasites (par exemple en cas de foudre) dans le sol en conservant la meilleure

équipotentialité possible du site protégé.

L'équipotentialité de ce réseau dans le domaine des hautes fréquences est primordiale dans le cas de perturbations à spectre étendu. Cette équipotentialité est obtenue par un maillage adéquat ainsi que par une topologie appropriée en fonction de la répartition et de15 la susceptibilité des matériels à protéger. Une f-ois cette topologie définie, il est nécessaire de la maintenir intègre dans le temps et de prendre en compte certaines évolutions du matériel et des modifications de l'installation comme par exemple une extension de bâtiment, etc. D'autre part, certaines installations de puissance ne doivent pas induire de courant dans les structures avoisinantes. Dans ce cas, il faut éviter les boucles conductrices imbriquées ou noyées dans de telles structures et cela peut être nécessaire après la construction. Il est donc utile de disposer d'un procédé et d'un dispositif permettant de vérifier et de caractériser l'efficacité d'un réseau de terre de manière simple. D'autre part, il arrive que la cartographie d'un réseau de conducteurs enterrés (conducteurs pour courants de défaut, réseau de

canalisation, etc.) soit oubliée ou inconnue.

Les systèmes connus pour la détection de conducteurs enfouis manquent de précision dans la captation des signaux. De plus, leur utilisation est

difficile en milieu perturbé, et assez lourde.

Un but de l'invention est de fournir un procédé et un dispositif pour cartographier un réseau de terre qui soient plus performants. En vue de la réalisation de ce but, on prévoit selon l'invention un procédé pour cartographier un réseau de conducteurs électriques enterrés, dans lequel on injecte un signal de tension alternative entre deux points d'injection et on détecte à un emplacement un champ électromagnétique généré par le signal, et dans lequel, en outre, on mesure des valeurs de champ magnétique et de champ électrique à l'emplacement, on compare les valeurs à des seuils respectifs prédéterminés, et on détermine que l'emplacement est associé à un conducteur du réseau connecté aux deux points d'injection lorsque la valeur du champ magnétique est supérieure au seuil associé, ou respectivement connecté à un seul des points d'injection lorsque la valeur de champ électrique est supérieure au seuil associé. Avantageusement, le procédé présentera une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - on injecte le signal plusieurs fois de suite avec des silences entre les injections successives; - on injecte le signal en permettant le retour du signal par au moins deux conducteurs de retour connectés à différents points du réseau; - on mesure le champ magnétique simultanément dans au moins deux plans différents; - on effectue deux mesures dans les plans respectifs et on effectue un calcul combinant les deux mesures; - on écrête le signal détecté; et - on modifie la fréquence du signal détecté pour qu'elle

se situe entre 0 et 15 kHz.

On prévoit également selon l'invention un dispositif pour cartographier un réseau de conducteurs électriques enterrés, comprenant des moyens pour injecter un signal de tension alternative, et des moyens pour détecter un champ électromagnétique généré dans le réseau par le signal, le dispositif comprenant en outre des moyens de mesure de valeurs de champ magnétique et

de champ électrique et des moyens pour comparer les valeurs à des seuils respectifs prédéterminés.

Le dispositif permet de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention.

Avantageusement, le dispositif pourra présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - les moyens d'injection présentent au moins deux bornes aptes à permettre chacune simultanément le retour du signal injecté; - les moyens de mesure comprennent une antenne comportant au moins deux bobines ayant un axe commun et décalées d'un angle autour de cet axe; - le dispositif comprend des moyens de mesure des signaux détectés par les bobines respectives, et des moyens de traitement pour combiner les mesures;25 - le dispositif comporte un détecteur de la continuité électrique d'un conducteur du réseau; - le détecteur comporte deux éléments formant bobinages distants l'un de l'autre; - les éléments formant bobinage sont deux éléments formant solénoïdes, chacun ayant un axe courbé; - chaque élément formant solénoïde est discontinu et comprend au moins deux bobines coaxiales; - le dispositif comporte des moyens d'écoute auditive du champ détecté; - le dispositif comporte des moyens pour ramener la fréquence détectée dans le domaine audible lorsque le signal dépasse 15 kHz; et - les moyens d'injection comprennent des moyens pour limiter l'énergie du signal indépendamment de moyens éventuels de réglage d'une amplitude et d'une fréquence

du signal.

D'autres caractéristiques et avantages de

l'invention apparaîtront encore dans la description

suivante d'un mode préféré de réalisation et de variantes donnés à titre d'exemples non limitatifs. Aux dessins annexés: - la figure 1 est vue en perspective et en coupe d'un terrain comprenant un réseau de conducteurs enterrés; - la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 montrant le principe de la mise en ouvre du procédé; - la figure 3 est une vue de principe du dispositif d'injection; - la figure 4 est une vue d'un mode de réalisation du dispositif de détection; - la figure 5 est un schéma électrique d'un mode de réalisation du dispositif d'injection; - la figure 6 est un schéma électrique du limiteur d'énergie; - la figure 7 est une vue d'ensemble du limiteur; - la figure 8 est une vue en perspective d'un mode préféré de réalisation de l'antenne de mesure du champ magnétique; les figures 9, 10 et 11 sont trois diagrammes de directivité pour des antennes du type de celle de la figure 8; - la figure 12 montre un autre mode de réalisation de l'antenne de mesure de champ magnétique; - les figures 13 et 14 sont des schémas illustrant le principe de fonctionnement de l'antenne de continuité électrique; - les figures 15 et 16 sont des diagrammes de performance de cette antenne; - la figure 17 est un diagramme de directivité de cette antenne; - les figures 18 et 19 illustrent deux modes de

réalisation de cette antenne;.

- la figure 20 est une vue en perspective d'un autre mode de réalisation du détecteur de la figure 4; - les figures 21 et 22 sont des schémas blocs illustrant le fonctionnement du module de mesure de champ magnétique;15 la figure 23 est un schéma bloc du fonctionnement du module associé à l'antenne de continuité électrique; - les figures 24 et 25 sont des schémas blocs du fonctionnement de l'afficheur; - la figure 26 est un schéma bloc du fonctionneur du décaleur de fréquence; et - les figures 27 et 28 sont des vues en plan et en perspective illustrant la mise en oeuvre du procédé au voisinage d'une cuve métallique ou plus généralement conductrice. En référence aux figures 1 et 2, le procédé selon l'invention permet de détecter la présence d'un réseau de conducteurs électriques enterrés 2. Il peut s'agir d'un réseau de câbles 2, ou d'un réseau de conduites métalliques, les conducteurs étant électriquement

connectés les uns aux autres à des noeuds 4 du réseau.

L'invention permet de déterminer la cartographie du réseau, à savoir la position des conducteurs dans le sol (en profondeur et en plan), lorsque cette carte est inconnue, ou bien de vérifier la conformité d'une carte au réseau existant. Lorsque le réseau de conducteurs 2 est en service, l'invention peut être utilisée sans perturber le fonctionnement du réseau et des installations connectées à celui-ci. L'invention permet5 également de vérifier la continuité électrique du réseau en un point quelconque du réseau. Le réseau peut être de

configurations diverses. Il peut être maillé (tel qu'un quadrillage) ou non (par exemple en étoiles). L'invention peut être utilisée lors de campagnes de10 mesures ponctuelles ou périodiques à l'aide d'une version portative.

Le dispositif selon l'invention comprend dans son principe un système d'émission (ou d'injection) et un système de détection.15 En référence aux figures 2 et 3, le système d'émission 6 comprend un générateur de signal 8, connecté à un amplificateur 10, lui-même alimenté en courant par une source de courant telle qu'une batterie 12. Au moins deux prises d'injection 14 sont connectées à l'amplificateur 10. Ce système permet de générer dans le réseau de terre un signal sous la forme d'une différence de potentiel alternative dont la forme et l'amplitude pourront être adaptées en fonction du site étudié et en particulier de sa taille, la densité de son maillage et les fréquences auxquelles sont susceptibles d'être sensibles les installations industrielles éventuellement connectées au réseau en étude. Le signal sera par exemple un train d'ondes sinusoidales avec une modulation d'amplitude trapézoïdale, les trains successifs étant séparés par des silences, le train et

le silence durant par exemple trois secondes au total.

Ainsi, on peut chercher manuellement le maximum de réception du signal tout en disposant en permanence du rapport signal/bruit à l'endroit o la mesure est -7 effectuée. Cette disposition permet, en outre, de suivre et d'assurer l'extinction du signal et ainsi de

maîtriser l'énergie injectée dans le réseau.

L'alimentation par la batterie 12 rend le dispositif d'injection 6 autonome et déplaçable sur le site. Le système d'injection permettra par exemple de disposer d'un signal variable en intensité entre 0 et 10 A, entre 0 et 30 V en tension, et entre 10 Hz et 40 kHz en fréquence. En référence à la figure 1, l'accès au réseau se fera par exemple par des puits de terre 16 connectés aux noeuds 4 du réseau. Pour amorcer la campagne, si l'on ne connaît qu'un puits 16 du réseau, on relie les prises 14 respectivement à un des puits 16 et à la terre. Tous les conducteurs 2 du réseau connectés électriquement à ce puits 16 sont alors portés à un potentiel alternatif non nul et émettent un champ électrique E d'autant plus intense que l'on approche d'une extrémité libre 17 du conducteur considéré. En revanche, si l'on connaît deux puits 16, on connecte les prises 14 aux puits 16 respectifs, comme illustré à la figure 2. Les conducteurs 2 électriquement connectés à ces deux puits sont alors parcourus par un courant i qui génère un champ magnétique coaxial H dans les conducteurs. Les conducteurs 2 électriquement connectés à un seul de ces puits 16 sont portés comme précédemment à un potentiel non nul et émettent un champ électrique E d'autant plus intense que l'on approche d'une extrémité libre du conducteur. Ainsi, les boucles du réseau associées aux deux puits 16 sont caractérisées par le fait qu'elles génèrent un champ magnétique H alors que les conducteurs non bouclés émettent un champ électrique E. Le système de détection 19 comprend dans son principe, en référence à la figure 4, une antenne 18 telle qu'une tige métallique, apte à capter le champ électrique E, une antenne 20 telle qu'une bobine, avec ou sans noyau, apte à capter le champ magnétique H, un préamplificateur large bande à gain variable 22, un indicateur de crête et une batterie d'alimentation 24. Il est mobile et autonome et peut être monté sur un

chariot 26.

Le système de détection 19 permet de détecter si un champ électromagnétique généré par le signal injecté est reçu ou non à un emplacement quelconque du site étudié. En cas de réception, les deux antennes 18, 20 permettent de mesurer une intensité du champ magnétique H et/ou une intensité du champ électrique E. Le système de détection compare alors les valeurs mesurées à deux15 seuils respectifs prédéterminés. Lorsque seule la valeur du champ électrique E dépasse le seuil associé, on en déduit que l'emplacement de mesure se trouve au voisinage d'un conducteur enterré 2 connecté à un seul des puits 16 o le signal est injecté. Au contraire, lorsque seule l'intensité du champ magnétique H dépasse le seuil associé, on en déduit que l'emplacement se trouve au voisinage d'un conducteur enterré 2 connecté aux deux puits d'injection. On peut alors déplacer localement le système de détection 19 pour déterminer la zone o l'intensité est la plus forte, en vue de déterminer la position exacte correspondant à la verticale du conducteur 2. Le relevé de la valeur de l'intensité permet, de façon connue en soit, de calculer une estimation de la profondeur d'enfouissement du tronçon de conducteur considéré. On enregistre ainsi la position en plan et en profondeur du conducteur sur le site. On peut ensuite suivre le conducteur par tâtonnement et effectuer un nouveau relevé sur un tronçon suivant du même conducteur. Les seuils de détection sont déterminés expérimentalement sur le site par calibrage, notamment en fonction du milieu et de la profondeur moyenne du réseau. Le signal détecté peut être enregistré en numérique pour être stocké sur disquettes et servir de référence, ou visualisé sur un écran et imprimé. Pour chaque antenne 18, 20, la réception du signal E ou H peut s'effectuer sur un casque audio 28 ou sur un vumètre gradué en pourcentage du courant émis par le système d'injection 6. En ce qui concerne la détection du champ magnétique H l'utilisation de plusieurs bobines de détection permet d'obtenir une directivité réglable et de s'affranchir du niveau de courant injecté grâce à un traitement combinant les différents signaux captés. Par ailleurs, l'utilisation d'un ensemble de sondes miniatures additionnelles permet de détecter des câbles enfouis sous des dalles ou des réseaux qui les masquent

(atténuation des champs rayonnés ou bruitage).

L'invention permet d'observer le comportement électrique du réseau dans sa globalité: topologie, continuité électrique, équipotentialité, répartition des

courants dans l'ensemble du réseau.

Pour la détection du champ magnétique H, une bobine à noyau métallique permettra d'amplifier le champ capté. Comme on le verra plus loin, on peut prévoir un dispositif limiteur d'énergie associé au système d'injection 6 pour une utilisation en site industriel sensible tel qu'en atmosphère explosive gazeuse (AEG) Pour couvrir la plus grande partie du réseau, on injectera avantageusement le signal entre deux puits 16

situés à des positions éloignées opposées du réseau.

Lorsqu'on a accès à au moins trois puits 16 du réseau, on effectue l'injection entre l'un d'eux d'une part, et les deux autres d'autre part, ces derniers étant chacun munis.d'un conducteur de retour spécifique. De la sorte, le courant se répartit de manière plus homogène dans le réseau. On a représenté à la figure 5 un schéma électrique d'un mode de réalisation préféré du système d'injection 6 du signal de la figure 3. Ce système comporte un séquenceur 30 pour la mise en forme du signal, associé à un bouton de réglage 32, un générateur basse fréquence 0 - 150 kHz 34 associé à un bouton de réglage 36, et un fréquencemètre 38 muni d'un afficheur à sept segments. Ces éléments sont connectés entre eux et à un amplificateur audio 125 W 40 au moyen des câbles blindés. Le système comporte une batterie 42 connectée à l'amplificateur 40 et associée à un chargeur de batterie 240 V/12 V 42, ainsi qu'à un indicateur de charge 44. Un convertisseur de découplage 46 est connecté à la batterie 42, ainsi qu'au séquenceur 30, au générateur basse fréquence 34 et au fréquencemètre 39. Le système comporte un ventilateur 39. L'amplificateur 40 est associé à une LED verte indicatrice de marche 42, une LED rouge indicatrice de surcharge 44 et un fusible 46. Des bornes de sortie 2Q 48 et de sortie directe 50, associées à un indicateur d'intensité gradué 52, sont connectées à l'amplificateur 40. On connecte à l'une d'elles l'une des prises d'injection 14. Le système comprend par ailleurs quatre bornes de retour 54 associées à un autre indicateur d'intensité gradué 56. On connecte à au moins l'une d'elles l'autre prise 14 ou plusieurs conducteurs de

retour.

On a illustré en référence à la figure 6 un limiteur d'énergie 50 associé aux moyens d'injection 6

et interposé entre ceux-ci et les prises d'injection 14.

En effet, l'injection du signal sur le réseau implique l1 qu'une certaine quantité d'énergie électrique est envoyée dans ce réseau. Or, le réseau ayant une inductance propre, il tend à stocker une partie de cette énergie reçue. Dans certaines circonstances, par exemple en atmosphère explosive gazeuse, il peut s'ensuivre un risque d'explosion. Le limiteur d'énergie 30 a donc pour fonction de limiter l'énergie envoyée dans le réseau, en l'espèce en limitant l'amplitude du signal en tension et en intensité par un écrêtage. Par exemple, on pourra souhaiter limiter l'énergie envoyée à 100 1J. En pratique, on détermine expérimentalement la limite d'énergie à envoyer en injectant deux signaux de

fréquences différentes, comme on le verra plus loin.

En référence à la figure 6, le limiteur d'énergie 50 comprend en l'espèce une entrée 52 connectée à deux bornes de sortie du système d'injection. Il comprend un voltmètre 51 et un ampèremètre 53 qui constituent un étage 54 de mesure de différence de potentiel et d'intensité. Cet étage 54 est suivi par un étage 56 limiteur de différence de potentiel et d'intensité à cinq positions. Cet étage 56 comprend un thyristor 58 associé à un circuit imprimé, et un commutateur 60 à cinq positions associées à des résistances de puissance 61 respectives de valeurs différentes. Le limiteur comprend enfin un étage de sortie 62 présentant une borne de sortie 64 à relier à une prise d'injection 14 et plusieurs bornes d'entrée ou de retour 66 associées à des interrupteurs respectifs suivant que le signal revient par un ou plusieurs conducteurs de retour. Les bornes 66 sont connectées au commutateur 60. Un exemple d'agencement dans l'espace de ces différents éléments est proposé à la figure 7 pour constituer un dispositif

limiteur de dimensions 130 x 145 x 190 mm.

On a illustré à la figure 8 un mode de réalisation préféré de l'antenne 20 de mesure du champ magnétique H. Cette antenne 20 comporte un nombre entier N de bobines ou boucles annulaires identiques 22, ici au nombre de deux, simples ou doubles, toutes concentriques, ayant un axe commun 24 et décalées angulairement autour de cet axe d'une valeur a égale à 180 / N. Chaque bobine 22 comprend par exemple environ cent spires en cuivre. Le diamètre de la bobine est de 13 cm par exemple. Chaque bobine 22 est isolée des autres. Nous appellerons cette antenne "semi- isotrope" car elle n'est isotrope que dans un plan. Les forces électromotrices fournies par les N boucles 22 sont amplifiées, redressées puis filtrées "passe bas" séparément, avant d'être additionnées pour former le signal de sortie de l'antenne semi-isotrope 20. Le filtre passe-bas est un simple circuit R, C parallèle de constante de temps très supérieure au temps de silence du dispositif d'injection 6. L'ensemble amplificateur - redresseur - filtre constitue un détecteur d'enveloppe. Ainsi, le signal de sortie est une tension continue proportionnelle à l'amplitude de la force électromotrice alternative délivrée par une des boucles. Pour faciliter la mesure du module du champ magnétique H, une telle antenne 20 semi- isotrope dans un plan xOy est utile. Ainsi, l'opérateur n'a qu'à faire une rotation de 90 de l'antenne dans un plan xOz pour trouver le maximum du signal H. Cette rotation est facilement réalisée par un mouvement de poignet. Par ailleurs, afin de faciliter la lecture de la mesure du champ H, un détecteur de valeur crête peut être inséré entre l'antenne 20 et un afficheur. Ainsi, l'opérateur n'a pas à se préoccuper de l'affichage pendant la rotation de l'antenne et il peut se contenter de lire,

après la rotation, la valeur crête enregistrée.

La directivité de l'antenne 20 proposée dépend du nombre N de boucles 22 utilisées. Les figures 9, 10 et 11 représentent les diagrammes de directivité pour N = 2, 3 ou 4 boucles. Pour N = 3 boucles, la variation maximale de sensibilité de l'antenne 20 est de 15% et pour N = 4 boucles, cette variation est de 8%. Quatre

boucles 22 sont donc suffisantes en pratique.

Pour détecter la présence d'un conducteur 2 éloigné, on pourra prévoir des moyens de traitement des signaux reçus par les différentes bobines 22 de l'antenne 20, associant ces différents signaux entre eux pour calculer la différence d'amplitude des signaux reçus entre les bobines. Au contraire, la sommation des signaux reçus permettra d'affiner l'approche à proximité

du conducteur 2 suivi.

En complément ou alternativement, le suivi de conducteurs enterrés dans le but de cartographier un réseau de terre et particulièrement d'en vérifier la continuité électrique mettra en oeuvre de préférence un capteur 20 sensiblement plus performant qu'un capteur de type "poêle", qui subit l'influence du champ magnétique rayonné par les câbles voisins du câble suivi et les structures proches parcourues par le courant. Notamment, un détecteur bien adapté à une telle utilisation est très directif pour localiser précisément un câble parcouru par une partie du courant. Pour cela, en référence à la figure 12, il doit disposer d'une tache focale de détection réduite afin de ne pas être perturbé par des câbles ou des structures situés à proximité. La tache focale de détection est la zone dans laquelle le câble 2 parcouru par le courant doit être situé pour être détecté. A cette fin, l'association de plusieurs solénoides courbes permet de focaliser la détection. De plus, le fait de placer les solénoïides dans des tubes courbes en matériau ferromagnétique immunise le capteur

contre l'influence parasite de conducteurs proches.

Une forte amplification, associée à un filtrage poussé des perturbations ambiantes aussi bien basse fréquence (50 Hz) que haute fréquence, doit permettre la détection d'une faible proportion du courant injecté dans le

réseau. Un tel capteur peut être réalisé conformément à10 l'antenne de continuité électrique décrite ci-après.

En référence aux figures 13 et 14, le dispositif selon l'invention comprend avantageusement en outre une antenne 57 destinée spécifiquement à détecter la

continuité électrique d'un conducteur enterré suivi.

Lors du contrôle de la continuité électrique d'un conducteur 2, le signal mesuré par l'opérateur à proximité est la composition des rayonnements de ce conducteur et des conducteurs voisins. Pour faciliter le contrôle de la continuité électrique, l'antenne idéale devrait posséder les caractéristiques suivantes: Tout d'abord, un diagramme de directivité étroit et une bonne résolution longitudinale permettraient de s'affranchir du rayonnement des conducteurs voisins. A la limite, l'antenne 57 sera aveugle au-delà d'une certaine distance. Ensuite, le signal de sortie devrait être indépendant du courant dans le conducteur 2 de manière à s'affranchir des déséquilibres de répartition de courant

entre les différents conducteurs.

Dans le présent mode de réalisation, l'antenne 57 consiste en deux capteurs 61, 62 de champ magnétique H (de type boucle ou solénoïide) séparés mutuellement par une distance d et disposés comme le montre la figure 13,

R est la distance du capteur 61 à l'axe du conducteur 2.

Les centres des capteurs 61, 62 sont alignés suivant une

droite coplanaire au conducteur 2 suivi.

Soit H1 (resp. H2) le champ mesuré par le capteur 61 (resp. 62) et soit E1 (resp. E2) la tension qu'il délivre. En utilisant l'hypothèse des états quasi statiques et en supposant que la longueur des conducteurs 2 est grande devant R et d, on obtient Hl= 2. 1l.R

H.= I

- 2.11. (R + d) Les récepteurs 61, 62, boucles ou solénoïdes, ont une réponse de la forme

E = G.Q.H

o G est une constante n est la pulsation du courant I,

H est le champ mesuré.

Les tensions aux bonnes des capteurs 61 et 62 sont donc respectivement G.Q1 El =D 2.I.R G.Q.I E.= - 2.FI.(R+d) Le signal fourni à l'opérateur par l'antenne 57 de continuité électrique est donc - El -E R +d El R+d On voit donc que S vaut 1 au voisinage immédiat du conducteur rayonnant 2 et que S décroît en 1/R lorsqu'on s'en éloigne. De plus, S est indépendant du courant I dans le conducteur 2. S est uniquement fonction de la distance antenne-conducteur. On va maintenant examiner dans quelles conditions l'antenne 57 proposée délivre un signal représentatif du conducteur testé et non des autres conducteurs environnants. Pour cela, en référence à la figure 14, supposons deux conducteurs 2a, 2b distants de D. Le conducteur 2a est parcouru par un courant I alors que le conducteur 2d est parcouru par k x I. Supposons aussi que l'antenne 57 est placée comme sur la figure 14, avec les deux bobines 61, 62 alignées dans une direction perpendiculaires aux deux conducteurs. Ainsi, le calcul de la résolution longitudinale est effectué indépendamment de la directivité. On appelle Ss le signal fourni par l'antenne 57 lorsque le conducteur 2a est seul et Sp le signal qu'elle fournit lorsque le

conducteur 2b perturbe la mesure.

En supposant que R + d " D et que R " D, on montre la relation suivante: S3 1 k R (1) Sp D+kR L'égalité (1) exprime la perturbation subie par la mesure de continuité du conducteur 2a due à la présence du conducteur 2b. Cette équation peut être utilisée pour déterminer la distance maximale Rmax entre le conducteur 2a et l'antenne 57 pour que la perturbation liée au

conducteur 2b soit négligeable.

R= mia0n S. -1 (2) kX Sp ou Dmin est la distance minimale entre les deux conducteurs; et kmax est le rapport maximal attendu entre les courants

dans les deux conducteurs.

On représente la perturbation maximale souhaitée de la façon suivante:

S, SP => S.,'

SP Sp

Par exemple,

S =1.2

Sp signifie que l'on tolère au maximum une perturbation de %. Pour illustration, considérons le cas o Dmn = 5 m, kmax = 5 et la distance de mesure, calculée par l'équation (2) est de 20 cm. Soit Ss' le signal de sortie d'antenne lorsque seul le conducteur 2b est

présent. Le conducteur 2a n'étant pas alimenté.

La figure 15 représente Ss, Sp et Ss' pour k = 5 et d variant de 2 à 10 m. Cette figure montre que pour d = dmn = 5 m, la perturbation introduite par le conducteur 2b est bien inférieure à 20% et que cette perturbation diminue quand d augmente. Ainsi, en fixant un seuil à 0,5 x 0,8 = 0,4, l'opérateur sait que si le signal de sortie d'antenne est supérieur à 0,4, le conducteur situé à 20 cm de l'antenne 57 participe à l'écoulement du courant. Si le signal de sortie est

inférieur à 0,4, il n'y participe pas.

L'écart relatif entre Ss et Sp en pourcentage est

illustré à la figure 16.

On va maintenant étudier la directivité de cette antenne 57. La directivité de l'antenne de continuité électrique est directement liée à la directivité des deux capteurs 61, 62 qui la composent. Si ces détecteurs sont de simples boucles, leur diagramme de directivité varie en cos(a), o a est l'angle formé par la normale à la boucle et le champmagnétique H. Pour a variant entre 0 et 90 , la fonction de directivité F(a) = cos(a) de l'antenne boucle est représentée sur la figure 17. La figure 17 montre que pour a = 45 degrés en coordonnées polaires, F(a) vaut encore 70%. L'antenne boucle n'est

donc pas très directive.

L'utilisation d'un solénoïde à axe courbé pour chaque capteur 61, 62 permet d'améliorer cette directivité. Ce type de détecteur 70 est représenté sur la figure 18. Pour bénéficier d'un diagramme de directivité le plus étroit possible, le rayon de courbure R du capteur 61 doit être pratiquement égal à la distance de mesure R entre le capteur 61 et le conducteur 2, et le rayon de courbure du capteur 62 doit

être pratiquement égal à R + d.

Une autre solution consiste à utiliser six bobines disposées comme sur la figure 19. Les trois bobines 71 connectées en série et distantes les unes des autres constituent le capteur 61, et les trois bobines 72 connectées en série et distantes les unes des autres constituent le capteur 62. Les bobines de chaque série

sont disposées suivant un axe courbé.

On a illustré à la figure 20 une variante du dispositif de détection portable faisant partie du dispositif de l'invention. La vue d'ensemble de la figure 20 fait apparaître en partie haute les deux capteurs 61, 62 (à base de solénoïdes courbés

discontinus) de l'antenne 57 de continuité électrique.

Entre ces deux capteurs, un écran 59 à cristaux liquides (3.5 digits) affiche soit la sortie de l'antenne de continuité électrique 57, soit la sortie de l'antenne 20 de mesure du module du champ magnétique H, soit la sortie de l'antenne de champ électrique 18, suivant la position d'un commutateur. Des potentiomètres de calibrages et différents afficheurs à LED (batteries, saturation d'un amplificateur ou niveau d'entrée d'un amplificateur trop faible) sont aussi sur ce boîtier. En partie basse se trouvent l'antenne 20 de mesure du module de H et une poignée 73 munie d'un bouton de remise à zéro. Ce bouton permet de réinitialiser

l'appareil avant de commencer une nouvelle mesure.

L'antenne 18 de mesure du champ électrique est située à l'avant. L'ensemble des éléments cités ci-dessus sont fixés sur un rail métallique creux renfermant les circuits électroniques du détecteur et les accumulateurs. Ce rail est parfaitement fermé pour

former une cage de Faraday.

Le détecteur de la figure 20 comprend différents blocs fonctionnels illustrés aux figures 21 à 25. Il s'agit ici de circuits analogiques mais une réalisation

à base de micro-contrôleurs est envisageable.

La figure 22 illustre le bloc pour la mesure du module de champ magnétique H (N24H2). Chacune des quatre boucles 22 du capteur semi- isotrope 20 est associée à un module MMH1 respectif illustré à la figure 21 qui comprend un préamplificateur et un filtre passe-bas à fréquence de coupure égale à 30 kHz, suivi d'un

redresseur et d'un détecteur d'enveloppe.

La figure 23 illustre le bloc de mesure de la continuité électrique (MCE). Chacun des deux capteurs 61, 62 est associé en propre à un préamplificateur avec un filtre passe-bas à coupure à 30 kHz suivi d'un détecteur de valeur crête (les deux détecteurs crête étant connectés au bouton de remise à zéro) et d'un amplificateur à gain ajustable. Les deux amplificateurs sont connectés à un potentiomètre deux pistes de même gain. Un soustracteur fait la différence entre les deux signaux amplifiés. Il est suivi d'un circuit intégré log ratio, d'un circuit intégré antilog et d'un amplificateur de calibrage relié à un potentiomètre de calibrage. En référence aux figures 24 et 25, les deux blocs MMH2 et MCE sont reliés à un commutateur deux positions connecté à un voltmètre de panneau à 3,5 digits

constituant un afficheur.

Pendant la mesure du champ que rayonne le conducteur 2, l'opérateur peut disposer d'un casque audio 28 pour écouter le signal capté par l'une des antennes 18, 20, par exemple l'antenne de mesure du champ magnétique. A l'image du courant injecté, ce signal est composé de salves de sinusoïdes entrecoupées par des silences. Pendant ces silences, l'opérateur peut se rendre compte de la présence d'une perturbation dans la bande de fréquence. Cette bande de fréquence s'étendant jusqu'à 30 kHz alors que la fréquence de coupure de l'oreille humaine est voisine de 15 kHz, pour permettre à l'opérateur d'entendre la bande 15 - 30 kHz,

celle-ci doit être recentrée sur la bande 0 - 15 kHz.

Pour recentrer la bande 15 - 30 kHz sur la bande 0 - 15 kHz, le signal de sortie Va de l'antenne est multiplié par un signal sinusoïdal Vo de fréquence fo = kHz pour former un signal Vm. Si Va comporte une composante de fréquence fa, Vm comporte des composantes de fréquence fo, fa, fo - fa et fo + fa. Le signal Vm est ensuite filtré "passe-bas" avec une fréquence de coupure fo = 15 kHz. Ainsi, les composantes Va de fréquence5 comprise entre 0 et 15 kHz ne sont pas altérées. Par contre, les composantes de fréquences comprises entre

kHz et 30 kHz sont déplacées dans la bande 0 -

kHz. Le bloc assurant le décalage de fréquence (DDF1) est illustré à la figure 26. L'antenne de champ, par exemple H, est reliée à un amplificateur pour casque audio. Celui-ci est connecté à un multiplieur du bloc DDF1 relié à un oscillateur de fréquence fo et à un filtre passe- bas à coupure à 15 kHz, lequel est connecté

au casque audio 28.

On va maintenant expliquer un exemple de procédure à suivre pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention. Tout d'abord, on établit un plan prévisionnel du site de mesure. Sur ce plan sera représenté non seulement le réseau de terre dont on suppose l'existence, mais aussi les éventuelles lignes électriques enterrées, canalisations métalliques, dalles en béton armé ou tout autre objet souterrain connu susceptible de perturber les mesures de champs. Toute information sur la profondeur présumée des câbles de

terre pourra être également notée.

Ensuite, on repère sur le plan des puits de terre 16 accessibles et on définit des points d'injection et de retour notés. Les prises d'injection et de retour se font de préférence sur des puits de terre 16 diamétralement opposés. En cas d'absence de puits de terre, on repère les interconnexions accessibles du

réseau de terre.

On ouvre ensuite les puits de terre choisis 16.

Cela comprend la vérification de l'état des connexions et du branchement des différents câbles de terre et le nettoyage des barrettes de terre pour assurer une bonne continuité électrique avec les prises d'injection 14. Vient alors la mise en place des prises d'injection 14 après vérification de l'absence de différence de potentiel. Le(s) conducteur(s) de retour est(sont)

disposé(s) le plus loin possible de la zone de mesure.

Dans le cas o plusieurs câbles de retour sont nécessaires, ils seront de préférence de la même

longueur et utilisés déroulés.

On effectue le branchement du générateur 6 après vérification de l'absence de différence de potentiel entre les câbles d'injection et de retour. Une fois que le générateur 6 est en marche, on note quantitativement la déviation maximale de l'ampèremètre et/ou du vumètre du récepteur 19 pour chaque conducteur de retour afin de mettre en évidence un éventuel déséquilibre (pas de

calibrage nécessaire).

Vient ensuite une étape de calibrage. Pour cela, on met le gain du récepteur 19 au minimum. On se place à environ 1 m du conducteur d'injection ou de préférence à la distance correspondant à la profondeur estimée du25 réseau de terre. On règle le niveau du signal du générateur 6 de sorte que la déviation du vumètre soit de 100%. Dans le cas o le gain de réception s'avérerait insuffisant lors d'une première série de mesures, on procède à un ajustement de celui-ci en prenant soin de noter qualitativement l'augmentation de gain. Ce calibrage pourra être conservé pendant toute la campagne

de mesure et sera vérifié en cas de doute.

Pour les mesures, on place le capteur de champ

magnétique le plus près possible du sol.

Le premier objectif, dans le cadre de la cartographie d'un réseau de terre, est la recherche et le suivi des conducteurs de terre. Pour cela, l'opérateur utilise le casque audio 28 et réalise un suivi en continu. Le deuxième objectif est la vérification de la continuité et de l'équipotentialité du réseau. Pour cela, l'opérateur note en différents points des conducteurs de terre le pourcentage de déviation du vumètre afin de quantifier la répartition du courant aux

noeuds du réseau.

Dans un premier temps, le plan du réseau de terre est établi à partir des relevés effectués sur le terrain: toutes les liaisons que l'opérateur a pu

mettre en évidence sont représentées.

Dans un deuxième temps, on cherche à évaluer l'équipotentialité du réseau de terre. Pour cela, on peut se baser sur plusieurs critères, notamment: un réseau de terre dense et maillé est un gage d'équipotentialité; - dans le cas o plusieurs conducteurs de retour ont été utilisés, les valeurs de courant lues sur l'ampèremètre pour chaque retour (étape 3 de la réalisation de la campagne de mesure) peuvent être utilisées. Des valeurs de courant du même ordre de grandeur pour tous les retours montrent une bonne équipotentialité du réseau de terre. On peut prévoir l'utilisation de ferrites, même alors que la fréquence d'injection est inférieure à 200 kHz. Les ferrites permettent de créer un déséquilibre dans la répartition du courant de 3 kHz entre deux conducteurs en parallèle. Le but de l'utilisation des ferrites est de favoriser la circulation du courant dans une portion de réseau pour faciliter la détection et le suivi d'un câble 2 sans déconnecter le moindre élément du réseau de terre. Ceci est particulièrement utile lorsqu'un câble de terre est en parallèle sur une structure métallique non enterrée qui perturbe la mesure. En référence aux figures 27 et 28, l'exemple le plus fréquent est celui des ceinturages de cuve 80. En effet, les cuves de faible diamètre sont mises à la terre en deux points 82 diamétralement opposés. Ces deux points sont reliés entre eux par une liaison enterrée 86 simple ou double qui chemine au pied de la cuve. Sur la figure 27, une cuve cylindrique 80 est connectée à la terre en deux points 82 diamétralement opposés par rapport à un axe de la cuve. La cuve est reliée à une canalisation 84 et comporte un ceinturage 86 connecté à un conducteur 2 du réseau de terre. Pour favoriser la circulation du courant dans le ceinturage 86 au détriment de la cuve, il suffit d'augmenter artificiellement l'impédance de la cuve 80 par rapport à celle du ceinturage 86 avec des ferrites 83 et de connecter le générateur 6 de part et d'autre de la cuve comme le montre le schéma de la figure 28. En augmentant l'impédance de la liaison conductrice o elles sont posées, les ferrites 83 vont favoriser l'écoulement du courant dans le réseau souterrain 86 associé à la cuve 80. La mise en place de ferrites 83 au niveau de chaque mise à la terre est recommandée pour éviter un rebouclage total du courant injecté par les

canalisations dans le cas d'une cuve par exemple.

Afin de respecter une limite prescrite, par exemple de 50 mW, lors de l'utilisation du système à l'intérieur des bâtiments d'une centrale nucléaire, il est nécessaire de contrôler les valeurs de l'intensité et de la tension du signal injecté. Dans le cadre des campagnes de mesure, l'intensité d'injection ainsi que la tension aux bornes du réseau de masse seront

vérifiées à l'aide d'instruments de mesure adéquats.

Comme on l'a vu, dans certaines circonstances, notamment en AEG, un circuit d'interface limiteur d'énergie 50, placé entre la sortie du générateur 6 et le réseau à étudier, limite l'énergie électrique délivrée par le générateur. Grâce au limiteur 50, le signal injecté n'atteint pas une énergie suffisante pour provoquer l'inflammation de l'atmosphère explosive en cas de défaut. Le signal issu du limiteur 50 est dit de sécurité intrinsèque. Le générateur 6 et le limiteur 50

ne seront pas introduits dans les zones dangereuses.

Seules le seront les connexions de ce dernier au réseau,

ainsi que le détecteur 19.

On pourra paramétrer le limiteur 50 pour chaque circuit de mesure (réseau de terre). La procédure de paramétrage s'effectue en deux étapes: - la première étape consiste à paramétrer par défaut le limiteur 50 sur le niveau de sécurité maximum du commutateur 60; - la seconde étape n'est mise en oeuvre que si l'intensité du signal s'avère insuffisante pour réaliser les mesures. Elle consiste à effectuer une mesure

préalable destinée à caractériser le circuit de mesure.

Le résultat de la caractérisation permet de déterminer

la position du commutateur 60 à choisir.

La caractérisation du circuit de mesure s'effectue en mesurant son impédance pour deux fréquences différentes. Pour cela, on effectue les étapes suivantes: - paramétrage du limiteur par défaut 50 (position max du commutateur 60); - réglage du niveau d'injection pour la caractérisation; - détermination de VI et Il pour une fréquence f 100 Hz o V: amplitude de la différence de potentiel aux bornes du générateur 6 mesurée à l'aide d'un oscilloscope; Il: amplitude de l'intensité injectée mesurée à l'aide de l'oscilloscope et d'une pince ampèremétrique. On effectue ensuite les étapes suivantes: - calcul de z Il I, - détermination de V2 et I2 pour f > 20 kHz; - calcul de z. V= I 2 - calcul du paramètre K o K z2_ z,2 1 Vf -f22 2HI Le réglage du commutateur 60 est effectué en choisissant une valeur supérieure à celle du paramètre K. Il ne doit plus être modifié par la suite. Toute modification du circuit de mesure nécessite un nouveau

paramétrage.

Avantageusement, le procédé de l'invention comprendra généralement les étapes consistant à: - envoyer sur le réseau un courant au moyen d'un dispositif d'injection; - mesurer le champ électromagnétique rayonné par le réseau à l'emplacement de mesure à l'aide d'un dispositif de détection délivrant un signal de mesure dont l'amplitude est représentative du champ électromagnétique; - comparer le signal mesuré à une référence représentative de la présence d'un conducteur enterré puis aux signaux électromagnétiques ambiants pour déterminer l'emplacement du conducteur, à partir de la surface du sol, en profondeur et en position dans le terrain mesuré afin d'en déduire selon la valeur de mesure que le conducteur est présent ou absent sous l'emplacement donné; et - décomposer le signal électromagnétique mesuré en pourcentage de champ magnétique pur ou de champ électrique pur mesuré afin d'en déduire si le conducteur

constitue une.boucle ou une antenne.

Par ailleurs, avantageusement, le procédé selon l'invention, qui vise à déterminer si un emplacement de mesure du site industriel se situe dans la zone d'équipotentialité du réseau de terre, comprendra les étapes consistant à: - envoyer directement ou induire un courant ou un potentiel en un point du réseau de terre au moyen d'un dispositif d'injection possédant un limiteur d'énergie émise; - mesurer aux bornes du réseau l'intensité, la différence de potentiel et la fréquence injectées pour en déduire l'impédance des branches du réseau testé; - mesurer le champ magnétique ou électrique émis par le conducteur au point de mesure à l'aide d'un dispositif de détection délivrant un signal de mesure dont l'amplitude est représentative de la direction et de l'amplitude du champ magnétique ou électrique; - comparer l'amplitude du signal de mesure à un seuil de référence prédéterminé (par exemple: mesure effectuée à un emplacement de référence situé à une distance connue d'un conducteur de terre bien défini) caractéristique de la présence d'un conducteur enterré, afin d'en déduire, lorsque l'amplitude du signal de mesure est supérieure au seuil de référence, que l'emplacement de mesure permet de déterminer la présence et la direction du conducteur enterré; et - déterminer selon le mode d'émission du conducteur enterré que l'on est en présence d'une boucle (portion de conducteur se refermant sur lui-même), si l'amplitude du champ magnétique mesuré est prépondérante par rapport à celle du champ électrique, ou d'une antenne (portion de conducteur non refermé sur lui-même et relié par un seul point au dispositif d'injection) si l'amplitude du champ électrique mesuré est prépondérante par rapport à

celle du champ magnétique.

Claims (18)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour cartographier un réseau de conducteurs électriques enterrés (2), dans lequel on injecte un signal de tension alternative entre deux points d'injection (16) et on détecte à un emplacement un champ électromagnétique généré par le signal, caractérisé en ce que, en outre, on mesure des valeurs de champ magnétique (H) et de champ électrique (E) à l'emplacement, on compare les valeurs à des seuils respectifs prédéterminés, et on détermine que l'emplacement est associé à un conducteur du réseau connecté aux deux points d'injection (16) lorsque la valeur du champ magnétique (H) est supérieure au seuil associé, ou respectivement connecté à un seul des points d'injection (16) lorsque la valeur de champ électrique

(E) est supérieure au seuil associé.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on injecte le signal plusieurs fois de suite avec

des silences entre les injections successives.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on injecte le signal en permettant le retour du signal par au moins deux conducteurs de

retour connectés à différents points (16) du réseau.

4. Procédé selon l'une quelconque des

revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on mesure le

champ magnétique (H) simultanément dans au moins deux

plans différents.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on effectue deux mesures dans les plans respectifs

et on effectue un calcul combinant les deux mesures.

6. Procédé selon l'une quelconque des

revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on écrête le

signal détecté.

7. Procédé selon l'une quelconque des

revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on modifie la

fréquence du signal détecté pour qu'elle se situe entre

0 et 15 kHz.

8. Dispositif pour cartographier un réseau de conducteurs électriques enterrés (2), comprenant des moyens (6) pour injecter un signal de tension alternative, et des moyens (19) pour détecter un champ électromagnétique généré dans le réseau par le signal, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de mesure de valeurs de champ magnétique (H) et de champ électrique (E) et des moyens pour comparer les valeurs à

des seuils respectifs prédéterminés.

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens d'injection (6) présentent au moins deux bornes (54) aptes à permettre chacune simultanément

le retour du signal injecté.

10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les moyens de mesure comprennent une antenne (20) comportant au moins deux bobines (22) ayant un axe (24) commun et décalées d'un angle (a)

autour de cet axe.

11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mesure des signaux détectés par les bobines (22) respectives,

et des moyens de traitement pour combiner les mesures.

12. Dispositif selon l'une quelconque des

revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte

un détecteur (57) de la continuité électrique d'un

conducteur (2) du réseau.

13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le détecteur (57) comporte deux éléments formant bobinages (61, 62) distants l'un de l'autre.

14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que les éléments formant bobinage (61, 62) sont deux éléments formant solénoïdes, chacun ayant

un axe courbé.

15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que chaque élément formant solénoïde (61, 62) est discontinu et comprend au moins deux

bobines coaxiales (71, 72).

16. Dispositif selon l'une quelconque des

revendications 8 à 15, caractérisé en ce qu'il comporte

des moyens d'écoute (28) auditive du champ détecté (E, H).

17. Dispositif selon l'une quelconque des

revendications 8 à 16, caractérisé en ce qu'il comporte

des moyens pour ramener la fréquence détectée dans le

domaine audible lorsque le signal dépasse 15 kHz.

18. Dispositif selon l'une quelconque des

revendications 8 à 17, caractérisé en ce que les moyens

d'injection comprennent des moyens (50) pour limiter l'énergie du signal indépendamment de moyens éventuels

de réglage d'une amplitude et d'une fréquence du signal.