FR2904116A1

FR2904116A1 - Procede et dispositif d'analyse de reseaux de cables electriques.

Info

Publication number: FR2904116A1
Application number: FR0606531A
Authority: FR
Inventors: Nicolas Ravot; Josy Cohen; Pascal Chambaud
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2006-07-18
Filing date: 2006-07-18
Publication date: 2008-01-25
Anticipated expiration: 2026-07-18
Also published as: WO2008009566A2; US8063645B2; JP2009545196A; FR2904116B1; EP2041588A2; WO2008009566A3; US20100141264A1

Abstract

L'invention concerne un procédé et un dispositif d'analyse de câbles électriques en réseau, pour la détection et la localisation de défauts dans les réseaux comportant au moins une jonction d'où partent N tronçons secondaires de câbles. Le procédé consiste à:- interposer dans le réseau, en série à l'entrée de chacun des tronçons secondaires (T2, T3) partant de la jonction (A), un filtre passif bidirectionnel respectif (FR2, FR3) apte à couper une bande de fréquences respective associée à ce tronçon, les filtres laissant tous passer les fréquences utiles au fonctionnement normal du réseau,- appliquer à l'entrée du réseau un signal de test impulsionnel modulé par N fréquences porteuses différentes situées chacune dans une des N bandes de fréquence des filtres,- détecter la position temporelle de pics de signal de test réfléchis pour chacune des N fréquences, et en déduire la position de défauts éventuels sur un tronçon de câble du réseau.

Description

1 PROCEDE ET DISPOSITIF D'ANALYSE DE RESEAUX DE CABLES ELECTRIQUES

L'invention concerne un procédé et un dispositif d'analyse de câbles électriques en réseau, pour la détection et la localisation de défauts dans les câbles de ce réseau. Les câbles électriques concernés peuvent être des câbles de transmission d'énergie ou des câbles de communication, dans des installations fixes (réseau de distribution, réseau de communication intérieur ou extérieur) ou mobiles (réseau d'énergie ou de communication dans un avion, un bateau, une automobile, etc.). Les câbles concernés peuvent être quelconques : coaxiaux ou bifilaires, en lignes parallèles ou en paires torsadées, blindés ou non, etc., pourvu que la vitesse de propagation des signaux dans ces câbles puisse être connue. Ces réseaux peuvent être organisés selon différentes topologies connues : en bus, arbre, maillé, en anneau, étoile, linéaire, ou mixtes de ces différentes topologies. Les défauts concernés sont des défauts pouvant affecter le fonctionnement électrique des circuits dont les câbles font partie et pouvant avoir des conséquences parfois très critiques (pannes de systèmes électriques dans un avion par exemple), ou même des défauts pouvant directement engendrer des débuts d'incendie (court-circuits, arcs électriques en milieu sec ou en présence d'humidité, etc.). Il est important de pouvoir détecter ces défauts pour y remédier à temps. On comprend que le problème de la détection des défauts est d'autant plus important que les réseaux de câbles électriques sont plus longs et plus complexes ou qu'ils sont plus difficiles d'accès (câbles enterrés par exemple). C'est pourquoi on a imaginé des systèmes de détection et de localisation à distance, fonctionnant à partir d'une extrémité du câble. Les méthodes utilisées sont des méthodes dites de réflectométrie, dans lesquelles un signal injecté à une extrémité d'un câble se propage dans ce câble et une partie de l'amplitude du signal est réfléchie à l'endroit du défaut, en raison de la discontinuité d'impédance que le signal rencontre à cet endroit. Si la vitesse de propagation des signaux dans le câble (liée à son impédance caractéristique) est connue, la mesure de la durée qui sépare l'onde émise de l'onde réfléchie donne une indication de la distance entre l'extrémité du câble et le défaut.

2904116 2 Dans les méthodes de réflectométrie temporelle (TDR pour "Time-Domain Reflectometry"), on injecte une onde électromagnétique dans le câble sous la forme d'une impulsion de tension, d'un échelon de tension, ou autre. L'onde réfléchie à l'endroit de la discontinuité d'impédance est 5 détectée à l'endroit de l'injection et on mesure l'écart temporel entre les fronts émis et reçus. La position du défaut est déterminée à partir de cet écart, et l'amplitude et la polarité de l'impulsion réfléchie donnent une indication du type de défaut (circuit ouvert, court-circuit, défaut résistif, ou autre).

10 II existe aussi des méthodes de réflectométrie dans le domaine fréquentiel (FDR pour "Frequency Domain Reflectometry"), qui consistent à injecter à l'entrée du câble une sinusoïde wobulée en fréquence en continu ou par échelons et à mesurer l'écart de fréquence ou de phase entre l'onde émise et l'onde réfléchie. La demande de brevet publiée WO 02/068968 15 décrit une méthode de réflectométrie dans le domaine fréquentiel. Dans une variante appelée SWR pour "Standing Wave Reflectometry", on détecte les noeuds et ventres d'une onde stationnaire engendrée par la combinaison d'une onde incidente et de sa réflexion. Les méthodes de réflectométrie dans le domaine fréquentiel sont 20 efficaces pour analyser un câble simple. Elles sont difficilement utilisables lorsque le câble comporte des dérivations. Les méthodes de réflectométrie dans le domaine temporel peuvent être utilisées même avec des dérivations mais l'analyse des signaux réfléchis est difficile en raison de la présence de réflexions multiples.

25 On a également proposé, dans la demande de brevet publiée WO 2004/005947, une méthode à la fois temporelle et fréquentielle consistant à injecter un signal wobulé linéairement avec une enveloppe d'amplitude gaussienne. On a aussi proposé des méthodes de réflectométrie à étalement 30 de spectre, dans l'article "Spread Spectrum Sensors for Critical Fault Location on Live Wire Networks" par Cynthia Furse et autres, dans Journal of Structural Control and Health Monitoring, Volume 12, Issue 3-4, 2005. On transmet un signal sous forme d'un code pseudo-aléatoire de bas niveau sur un réseau, même lorsqu'il est en service ; ce signal et son écho réfléchi par le défaut éventuel sont corrélés avec des décalages temporels variables 2904116 3 pour établir une courbe de corrélation en fonction du temps. Cette courbe présente des pics de corrélation à des décalages temporels liés à la position des défauts et des jonctions et/ou dérivations du réseau. Ce système est particulièrement adapté à la détection de défauts intermittents car il peut 5 fonctionner même alors que le réseau est utilisé ; or, les défauts intermittents peuvent très bien ne se produire que lorsque le réseau est en service et disparaître lorsqu'il ne l'est plus (par exemple un défaut qui se produirait pendant qu'un avion vole mais qui disparaîtrait au sol). Cette méthode peut être utilisée pour des câbles comportant des dérivations, mais elle conserve 10 des ambiguïtés : on ne sait pas dire sur quelle branche se situe un défaut détecté. Enfin, une méthode similaire mais utilisant tout simplement les signaux ou le bruit naturel circulant dans le câble, et non pas un code pseudo-aléatoire injecté à l'entrée du câble, a été proposée dans l'article de 15 Chet Lo et Cynthia Furse "NoiseDomain Reflectometry for Locating Wiring Faults" publié dans IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, Vol 47 N 1 Février 2005. Des pics de forte corrélation sont détectés dans un processus de corrélation du signal avec lui-même. Cette méthode souffre du même défaut que la précédente, c'est-à-dire qu'elle ne permet pas facilement 20 de lever les ambiguïtés de position lorsqu'il y a plusieurs branches. L'invention a pour but de lever ces ambiguïtés, notamment dans les câbles présentant une structure en T (également appelée structure en Y), c'est-à-dire comportant au moins une dérivation. Pour y parvenir, l'invention propose un procédé de test d'un 25 réseau de câbles comportant au moins une jonction d'où partent N tronçons secondaires (N supérieur ou égal à 2), le procédé consistant à: -interposer dans le réseau, en série à l'entrée de chacun de N-1 tronçons secondaires partant de la jonction, un filtre passif bidirectionnel apte à couper une bande de fréquences associée à ce 30 tronçon, les filtres laissant tous passer les fréquences utiles au fonctionnement normal du réseau, - appliquer à l'entrée du réseau un signal de test impulsionnel modulé simultanément ou successivement par N-1 fréquences porteuses différentes situées chacune dans une des N-1 35 bandes de fréquences des filtres placés à l'entrée des tronçons, le 2904116 4 signal de test étant également modulé par une Niéme fréquence située hors des bandes des N-1 filtres, - détecter la position temporelle de pics de signal issus de la réflexion du signal de test, pour chacune des N fréquences, 5 - et en déduire la position de défauts éventuels sur un tronçon de câble du réseau. L'amplitude de la modulation du signal de test impulsionnel appliqué à l'entrée est de préférence de forme gaussienne. La modulation de fréquence par les N fréquences du signal de test ~o est de préférence simultanée, l'impulsion contenant les N fréquences porteuses, mais on imagine aussi une solution dans laquelle plusieurs impulsions successives sont émises, chacune modulée par une fréquence respective. Cette dernière solution est cependant moins avantageuse car elle engendre plusieurs diagrammes de réponse distincts qu'il faut rapprocher 15 ensuite les uns des autres. La détection de position de défauts est faite de préférence par l'intermédiaire d'une analyse temps-fréquence fournissant un diagramme temps-fréquence des signaux réfléchis vers l'entrée du câble ; la position temporelle des centres de tache d'une série de taches de réflexion 20 correspondant à des fréquences différentes dans le diagramme temps-fréquence représente alors des informations sur la position d'un défaut et le tronçon dans lequel il se situe. Avec ce procédé, il est possible d'extraire une information non ambiguë sur la position d'un défaut dans un câble en réseau ayant une ou 25 plusieurs dérivations. La localisation d'un défaut sur un tronçon est en effet effectuée à partir d'un signal réfléchi qui ne contient pas, à un instant donné, la fréquence caractéristique liée à ce tronçon ; ce défaut peut ainsi être distingué des défauts présents sur un autre tronçon et des extrémités de ces autres tronçons. La présence des filtres réduit le nombre de réflexions 30 multiples qui tendent, dans l'art antérieur, à rendre difficilement exploitables les réflectogrammes engendrés. En pratique, on peut prévoir -soit qu'un des tronçons secondaires raccordés à la jonction ne comporte pas de filtre et par conséquent qu'il y a au total 2904116 5 N-1 filtres associés à N-1 dérivations et N fréquences appliquées à l'entrée du réseau, - soit que tous les tronçons secondaires comportent un filtre, auquel cas il y a N filtres associés aux N dérivations et N 5 fréquences appliquées à l'entrée du réseau. Selon l'invention, on propose également un dispositif d'analyse d'un réseau de câbles électriques comportant au moins une jonction d'où partent N tronçons secondaires (N supérieur ou égal à 2), le dispositif comportant, 10 - en série à l'entrée de chacun de N-1 tronçons secondaires partant de la jonction, un filtre passif bidirectionnel apte à couper une bande de fréquences associée à ce tronçon, les filtres laissant tous passer les fréquences utiles au fonctionnement normal du réseau, - un générateur de signal de test de courte durée modulé 15 simultanément ou successivement par N-1 fréquences porteuses différentes situées chacune dans une des N-1 bandes de fréquence des filtres placés à l'entrée des tronçons, le signal de test étant également modulé par une Nième fréquence située hors des bandes de réjection des N-1 filtres, 20 - et un dispositif de détection de la position temporelle de pics de signal issus de la réflexion du signal de test, pour chacune des N fréquences. Les filtres passifs bidirectionnels laissent passer le signal en le filtrant aussi bien dans le sens aller de l'impulsion émise que dans le sens 25 retour d'une impulsion réfléchie. Ce sont de préférence des filtres réciproques, ayant la même fonction de transfert dans les deux sens. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux 30 dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente un réseau de câbles à dérivation que l'on souhaite analyser ; - la figure 2 représente un réflectogramme engendré par des moyens de test classiques appliqués au réseau de la figure 1 ; 35 - la figure 3 représente le dispositif d'analyse selon l'invention ; 2904116 6 - la figure 4 représente une forme d'onde préférée pour le signal de test impulsionnel appliqué à l'entrée ; - la figure 5 représente un diagramme qui est le résultat d'une analyse temps-fréquence de l'impulsion émise ; 5 - la figure 6 représente un diagramme temps-fréquence des signaux réfléchis par le câble dans la configuration de la figure 3 ; - la figure 7 représente un diagramme similaire dans le cas où le tronçon T3 du câble est plus long que le tronçon T2 ; - la figure 8 représente un diagramme dans le cas où les tronçons 10 sont identiques ; - la figure 9 représente une autre configuration de réseau de câble testable en utilisant la présente invention (1 jonction et 4 dérivations); - la figure 10 représente un exemple de gabarits de filtres utilisables dans le test d'un réseau à plusieurs branches nécessitant quatre 15 filtres, comme par exemple le réseau de la figure 9 ou le réseau de la figure 11; - la figure 11 représente encore une autre configuration de réseau de câbles avec des jonctions en série (3 jonctions et 4 dérivations).

20 Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un réseau à une jonction et deux dérivations, ayant trois tronçons T1, T2 et T3. Les tronçons T2 et T3 ont une extrémité d'entrée raccordée à un point de jonction A situé à une extrémité de sortie du tronçon T1. Ainsi, si on suit le réseau en partant d'une extrémité d'entrée El de celui-ci, on rencontre successivement une 25 longueur de câble LI du tronçon T1, puis une jonction en A, et, selon qu'on suit le tronçon T2 ou le tronçon T3, respectivement une longueur de câble L2 du tronçon T2 jusqu'à son extrémité de sortie S2, ou une longueur de câble L3 du tronçon T3 jusqu'à son extrémité de sortie S3. Il s'agit là d'un exemple simple de réseau en T (ou Y). Les 30 tronçons considérés et représentés par un trait peuvent être constitués par un fil conducteur gainé ou une paire de fils gainés ou un câble coaxial. Ce réseau peut servir indifféremment à transporter de l'énergie ou des signaux de communication de l'entrée El vers les sorties S2 et S3, ou dans le sens contraire depuis une sortie S2 ou S3 vers l'autre ou vers l'entrée El. C'est 35 pourquoi les notions d'entrée et sortie ne sont utilisées ici que pour 2904116 7 l'application de réflectométrie et pour fixer le sens d'émission de signaux de mesure qu'on utilisera pour la détection des défauts : l'entrée El sera ici par hypothèse celle sur laquelle on applique les signaux de test du réseau. Les sorties des tronçons T2 et T3 peuvent être en circuit ouvert ou en court- 5 circuit ou adaptées à l'impédance du réseau (si elles sont adaptées elles n'engendrent pas de réflexion) ; dans cet exemple on a supposé que les sorties S2 et S3 sont en circuit ouvert (CO), ce qui permettra d'observer des signaux réfléchis aux extrémités pour mieux faire comprendre les principes de l'invention. Ces circuits ouverts peuvent aussi représenter des défauts à 10 détecter et localiser, par exemple des connecteurs débranchés. Dans les méthodes classiques de détection de défauts, on appliquerait typiquement une impulsion de test à partir de l'entrée El, et on recueillerait sur cette même entrée un motif de signaux appelé "réflectogramme" ; le réflectogramme est le tracé d'une courbe représentant 15 l'évolution d'une amplitude de tension relevée à l'entrée El au cours du temps. La figure 2 représente un tel réflectogramme pour le câble de la figure 1, avec le temps en abscisse et une amplitude de tension en ordonnée. Le test est fait pour un câble sans défaut ayant une longueur de 20 10 mètres pour le premier tronçon L1, et des longueurs de 1m80 et 1m environ pour les tronçons L2 et L3. L'impulsion d'entrée, à gauche sur le diagramme, est une impulsion positive de courte durée par rapport aux durées de propagation dans les câbles afin que les impulsions réfléchies ne se mélangent pas avec l'impulsion émise. Les impulsions réfléchies sont 25 d'abord une impulsion de réflexion négative à la jonction ; la jonction crée une désadaptation d'impédance dans laquelle l'impédance vue est plus faible que l'impédance caractéristique du câble, d'où l'amplitude négative du signal réfléchi. Puis on trouve une impulsion positive réfléchie par l'extrémité en circuit ouvert (impédance élevée) du tronçon T2, puis une impulsion qui 30 semble issue d'un trajet aller-retour entre la jonction A et l'extrémité S2 du deuxième tronçon. Puis se produit une impulsion due à la réflexion à l'extrémité S3 du troisième tronçon. Ensuite, les impulsions issues d'autres réflexions multiples ou combinées apparaissent, par exemple une impulsion résultant de la réflexion, à l'extrémité du tronçon T2, d'une impulsion déjà 2904116 8 réfléchie par l'extrémité du troisième tronçon. Les premières impulsions sont les plus significatives, les autres sont plus difficiles à exploiter. Si un défaut est présent dans l'un des tronçons, il peut avoir pour effet de déplacer certaines des impulsions ou tout simplement de rajouter 5 des impulsions au diagramme de la figure 2. II n'est donc pas facile d'interpréter l'existence d'un défaut et de trouver la localisation du défaut à partir d'un tel réflectogramme. La figure 3 représente le principe du dispositif d'analyse de défauts selon l'invention, appliqué à un câble en T du même genre que celui 10 qui est représenté à la figure 1 ; le câble comprend ici deux fils parallèles, torsadés ou coaxiaux et les deux fils sont représentés par des traits parallèles. Les paramètres du câble (impédance caractéristique, vitesse de propagation) sont supposés identiques pour tous les tronçons ; seules les longueurs diffèrent. Dans l'exemple représenté à la figure 3, le tronçon T2 est 15 plus grand que le tronçon T3. Les longueurs peuvent être respectivement L1=10 mètres environ, L2=1,80 m environ, L3=1m environ. On applique à l'entrée El un signal de test sous forme d'une impulsion de courte durée. Par courte durée, on entend courte par rapport au temps mis par l'impulsion pour se propager et se réfléchir à l'endroit d'un 20 défaut situé à une distance où on veut pouvoir détecter ce défaut. A titre d'exemple, si on veut détecter un défaut situé à 1 mètre de l'entrée alors que la vitesse de propagation des signaux dans un câble est de l'ordre de 200 000 km/s, on comprendra que l'impulsion doit avoir une durée qui n'excède pas quelques dizaines de nanosecondes, afin que l'impulsion réfléchie ne se 25 mélange pas dans le temps avec l'impulsion émise. L'impulsion est modulée en fréquence et son amplitude globale est définie par une enveloppe de niveau d'amplitude non nulle pendant cette courte durée ; cette amplitude est modulée simultanément par deux fréquences porteuses F2 et F3 situées largement au-dessus de la bande de 30 fréquence des signaux que le câble est supposé transmettre en fonctionnement. Pour un câble de transport d'énergie à basse fréquence, cela ne pose pas de problème. Pour un câble de communications numérique devant transmettre par exemple 100 mégabits par secondes, les fréquences F2 et F3 devront être largement supérieures à 100 mégahertz. Elles peuvent 35 être par exemple de 500 et 1000 MHz respectivement. Les contraintes sont 2904116 9 les suivantes : les fréquences F2 et F3 ne doivent pas être trop élevées pour que les impulsions ne soient pas exagérément atténuées dans leur propagation, l'atténuation dans les câbles augmentant pour les fréquences élevées. Elles doivent être suffisamment séparées l'une de l'autre pour qu'on 5 puisse réaliser facilement des filtres réjecteurs distincts qui rejettent l'une des fréquences en laissant passer l'autre. La forme de l'enveloppe de tension du signal de test de courte durée est de préférence une forme gaussienne car c'est ce type de forme qui permet d'avoir un spectre de signal le plus concentré autour des fréquences 10 de modulation F2 et F3 ; c'est aussi ce type de forme qui permet au signal impulsionnel de subir le moins de distorsions de spectre lors de sa propagation et de ses réflexions. On pourrait cependant utiliser d'autres formes d'enveloppe du signal de test ; les formes d'enveloppe trop carrées sont cependant moins avantageuses du fait qu'elles présentent un spectre 15 moins concentré autour des fréquences de modulation. Après la jonction A, on place à l'entrée du tronçon T2 un filtre réjecteur (filtre coupe-bande) FR2 qui atténue fortement les fréquences dans une bande qui contient la fréquence F2 (par exemple une bande centrée sur la fréquence F2) mais qui n'atténue pas ou pratiquement pas la fréquence F3 20 ni les fréquences situées dans la bande passante utile des signaux qui doivent être transportées par le câble en fonctionnement. De même, on place à l'entrée du tronçon T3 un filtre réjecteur FR3 qui atténue fortement les fréquences dans une bande qui contient la fréquence F3 (par exemple une bande centrée sur la fréquence F3) mais qui 25 n'atténue pas ou pratiquement pas la fréquence F2 ni les fréquences situées dans la bande passante utile des signaux qui doivent être transportées par le câble en fonctionnement. Le filtre FR2 est en série dans le tronçon T2 et le filtre FR3 est en série dans le tronçon T3. Les filtres sont bidirectionnels de sorte qu'ils 30 agissent aussi bien pour les signaux parcourant le tronçon T2 ou T3 de l'entrée vers la sortie que pour les signaux parcourant le tronçon dans le sens inverse. Ce sont des filtres passifs à base d'inductances et de capacités, éventuellement de résistances. Leur atténuation est de préférence la plus faible possible, surtout dans la bande de fréquence utile des signaux 35 qui doivent être transportés en fonctionnement normal. Les filtres sont de 2904116 10 préférence réciproques c'est-à-dire que leur fonction de transfert est de préférence identique dans les deux sens. L'impulsion modulée par les fréquences F2 et F3 se propage dans le tronçon T1 ; elle est partiellement réfléchie à la jonction A du fait de la 5 discontinuité d'impédance présentée à cet endroit ; elle est partiellement transmise par le tronçon T2 sauf en ce qui concerne la bande de fréquences autour de F2 qui est rejetée par le filtre FR2 ; la partie qui passe (et notamment la modulation à la fréquence F3) est réfléchie à l'extrémité du tronçon T2. Inversement, la partie non réfléchie à la jonction A passe dans le 10 tronçon T3 sauf en ce qui concerne la bande de fréquences autour de F3 qui est rejetée par le filtre FR3 ; la modulation à la fréquence F2 passe et est réfléchie à l'extrémité du tronçon T3. La figure 4 représente la forme d'onde préférée (gaussienne modulée en fréquence par les fréquences F2 et F3) de l'impulsion de test 15 émise ; le temps T est en abscisse, en secondes ; l'amplitude instantanée V est en ordonnée, en unités arbitraires. La durée de l'impulsion dans cet exemple est d'environ 30 nanosecondes (largeur à mi-hauteur de la gaussienne : environ 12 nanosecondes). On distingue la modulation par deux fréquences superposées, dont l'une est, dans cet exemple, double de 20 l'autre (typiquement 500 et 1000 MHz) ; on distingue aussi l'enveloppe gaussienne de l'amplitude du signal. Cette impulsion est appliquée à l'entrée El (figure 3) par un générateur de signal de test non représenté. La figure 5 représente le même signal de test, mais selon une autre représentation comportant trois diagrammes associés ; les diagrammes 25 représentent l'impulsion émise, respectivement dans un domaine temporel (rectangle supérieur de la figure 5), dans un domaine spectral (rectangle gauche de la figure) et dans un domaine temps-fréquence (rectangle le plus grand entre le rectangle supérieur et le rectangle de gauche). La représentation dans le domaine temporel n'est qu'une 30 réduction de la représentation de la figure 4 : temps T en abscisse horizontale vers la droite, amplitude de tension V en ordonnée verticale vers le haut. La représentation dans le domaine spectral (fréquence F en abscisse verticale vers le haut, densité d'énergie E en ordonnée horizontale 2904116 11 vers la gauche) montre deux pics centrés autour des fréquences de modulation F2 et F3 de l'impulsion. La représentation dans le domaine temps-fréquence (temps T en abscisse horizontale vers la droite, fréquence F en ordonnée verticale vers le 5 haut) montre deux taches concentrées correspondant à deux spectres étroits l'un centré sur la fréquence F2, l'autre sur la fréquence F3 ; les centres des taches ont pour abscisse l'instant correspondant au sommet du pic de l'enveloppe gaussienne de l'impulsion et pour ordonnées les fréquences F2 et F3 respectivement.

10 Pour terminer cette description du signal de test, on peut indiquer que l'amplitude instantanée de l'impulsion est de la forme S(t) = SOe (1/2)[(Ua)puiss2] [cos(2t.F2.t)+cos(2ir.F3.t)] S(t) est l'amplitude en fonction du temps t ; SO est une amplitude du sommet de l'enveloppe gaussienne ; a est un coefficient qui détermine la 15 largeur de l'impulsion gaussienne à mi-hauteur, c'est-à-dire l'étalement plus ou moins grand de l'impulsion ; cette largeur à mi-hauteur est égale à 2a.(2log2)(1'2) ; (t/a)puiss2 représente l'élévation au carré (t/a)2 du rapport Va. Typiquement, pour une impulsion de l'ordre de 30 nanosecondes, la variable a peut être choisie égale à environ 5.10-9, t étant exprimé en 20 secondes. Le diagramme temps-fréquence est tracé à l'aide d'un analyseur temps-fréquence connecté à l'entrée El du réseau par une jonction en T. De tels analyseurs sont connus, ils fonctionnent par échantillonnage et numérisation des signaux qu'ils reçoivent, et calcul sur les échantillons, 25 notamment des calculs par transformée de Fourier permettant de déterminer les composantes de fréquence contenues dans un signal de courte durée. On peut aussi utiliser des algorithmes numériques temps-fréquence pour effectuer cette analyse. Le même analyseur temps-fréquence connecté à l'entrée El 30 permet aussi de tracer un diagramme temps-fréquence des signaux réfléchis vers l'entrée El. La figure 6 représente, avec une double représentation amplitude temps d'une part et temps-fréquence d'autre part, un réflectogramme résultant de l'application d'une impulsion de tension d'amplitude gaussienne, 35 modulée par les fréquences F2 et F3 dans un câble équipé selon l'invention 2904116 12 avec des filtres réjecteurs FR2 et FR3 ; le montage est conforme au schéma de la figure 3 ; les longueurs de câble sont les suivantes : environ 3 mètres pour L1, 3m pour L3, 6m pour L2. L'impulsion émise n'est pas représentée sur ce réflectogramme en raison des échelles utilisées aussi bien pour 5 l'amplitude V que pour le temps T ; seules les réflexions sont représentées. L'origine des temps est arbitraire sur ce dessin. Le réflectogramme temps/fréquence (en bas de la figure), plus explicite que le réflectogramme amplitude/temps (en haut) fait apparaître plusieurs taches centrées sur un temps et une fréquence respectifs. Les 10 taches les plus à gauche, centrées respectivement sur les fréquences F2 et F3, correspondent à la réflexion de l'impulsion gaussienne sur la jonction A. II y a une tache pour chaque fréquence et les durées de propagation pour les deux fréquences sont identiques, de sorte que les taches sont centrées sur le même instant qui est le pic d'un signal gaussien modulé par les deux 15 fréquences. La tache suivante vers la droite est centrée sur la fréquence F2 ; elle ne provient pas d'une réflexion dans le tronçon T2 qui n'autorise pas le passage de cette fréquence ; elle correspond à la réflexion à l'extrémité S3 du tronçon T3 (qui est le plus court). La tache suivante vers la droite est centrée sur la fréquence F3 ; elle ne peut pas correspondre à une réflexion 20 dans le tronçon T3 qui ne laisse pas passer cette fréquence ; elle correspond à une réflexion à l'extrémité S2 de l'autre tronçon T2. La dernière tache à droite correspond, puisqu'elle est centrée sur la fréquence F2, à une réflexion multiple dans le tronçon T3 (deux aller-retour entre la jonction A et l'extrémité S3).

25 En cas de défaut dans le tronçon T1, une double tache (l'une centrée sur F2 et l'autre sur F3) peut apparaître entre la position de la tache représentant l'impulsion d'entrée (non visible sur la figure 6) et la tache représentant la jonction A. La position temporelle de cette tache permetde déduire la position physique du défaut, connaissant la vitesse de propagation 30 des signaux dans le câble. Le signe des amplitudes permet de savoir si le défaut est de type circuit ouvert (signal de même signe que l'impulsion émise) ou de type court-circuit (signal négatif). En cas de défaut dans le tronçon T2, une tache à la fréquence F3 apparaît entre la tache correspondant à la jonction A et celle qui correspond à la longueur théorique 35 L2 connue du tronçon. Enfin, en cas de défaut dans le tronçon T3, une tache 2904116 13 à la fréquence F2 apparaît entre la position de la jonction A et la position de la sortie S3 du tronçon T3. La présence des filtres réjecteurs permet, sans ambiguité, de savoir sur quel tronçon se situe le défaut, si on connaît la topologie de principe du réseau en l'absence de défaut.

5 On comprendra que pour une meilleure détection et analyse des défauts, il est préférable de connaître les longueurs théoriques des tronçons de câble, ce qui permet d'identifier avec certitude les taches de réflexion qui correspondent à des extrémités normales des tronçons pour les distinguer de taches correspondant à des défauts. Si les extrémités S2 et S3 des câbles 10 sont chargées par des impédances adaptées à l'impédance caractéristique du câble il n'y a pas de réflexion (hormis à la jonction) et seuls les défauts engendrent des réflexions dès lors très faciles à identifier en nature et en position. La représentation temps-fréquence que peut donner un appareil 15 d'analyse de fréquences fournit donc une représentation très commode des défauts éventuels du câble. En lisant à la fois l'instant d'arrivée d'une tache issue d'une réflexion du signal de test et la fréquence correspondant à cette tache, et en tenant compte de la vitesse de propagation dans le câble, on peut déterminer la position d'un défaut le long du câble en distinguant les 20 différents tronçons. La figure 7 représente un autre réflectogramme qui serait obtenu si le tronçon T3 était plus long que le tronçon T2, et la figure 8 un réflectogramme correspondant à des tronçons de même longueur. De manière générale, on comprend qu'un défaut situé à une 25 distance donnée de l'entrée donne lieu à un réflectogramme différent selon qu'il est situé sur le deuxième ou le troisième tronçon. Dans ce qui précède, on a considéré que si le câble possède deux tronçons après la jonction A, on utilise deux filtres réjecteurs FR2 et FR3 centrés autour des fréquences de modulation F2 et F3. Toutefois, on peut 30 envisager d'utiliser un seul filtre, par exemple un filtre FR2 à l'entrée du tronçon T2 mais pas de filtre FR3 à l'entrée du tronçon T3. On peut encore, même dans ce cas, discriminer les défauts sur les deux tronçons : une réflexion sur le tronçon T3 correspondra à deux taches centrées sur le même instant et correspondant aux deux fréquences F2 et F3, alors qu'une 35 réflexion dans le tronçon T2 n'engendrera qu'une tache à la fréquence F3.

2904116 14 L'invention peut être utilisée lorsqu'il y a plus de deux tronçons à la sortie de la jonction. S'il y a N tronçons raccordés à la jonction, on utilisera N filtres réjecteurs (un à l'entrée de chaque tronçon) ou bien N-1 filtres réjecteurs seulement (un à l'entrée de chaque tronçon sauf pour le N1ème 5 tronçon). Par conséquent, d'une manière générale le procédé utilisera au moins N-1 filtres réjecteurs et éventuellement un Nième filtre réjecteur. En supposant qu'il y a un défaut de court-circuit ou circuit ouvert à une position donnée de l'un des tronçons, on verra apparaître à un instant qui correspond à l'allerretour de signal de l'entrée jusqu'au défaut une série 10 de N taches de réflexion dans le domaine temps-fréquence si le défaut se produit avant la jonction (ou après la jonction mais sur un tronçon sans filtre réjecteur). Mais si le défaut existe, à cette distance, sur un jème tronçon pourvu d'un filtre réjecteur pour une fréquence Fj, il n'y aura pas de tache à la fréquence Fj dans la série de taches centrées sur l'instant considéré et 15 c'est ce manque dans une série de taches centrées sur un même instant qui permettra de déterminer que le défaut correspondant à cet instant se situe bien sur le jème tronçon. La figure 9 représente une configuration avec 4 tronçons qui partent d'une même jonction A, nécessitant donc quatre fréquences de test 20 F1, F2, F3, F4. Il y a quatre filtres réjecteurs FR1, FR2, FR3, FR4 correspondant à ces quatre tronçons ; l'un de ces filtres pourrait être supprimé comme expliqué à propos d'une jonction à deux dérivations. La figure 10 représente le gabarit schématisé de chacun des quatre filtres : le filtre FR1 rejette une bande de fréquences centrée sur F1, le 25 filtre FR2 rejette une bande centrée sur F2, le filtre FR3 rejette une bande centrée sur F3. Le filtre correspondant à la fréquence de test la plus haute, c'est-à-dire le filtre FR4 dans ce cas, correspondant à la fréquence F4, peut être un filtre passe-bas plutôt qu'un filtre coupe-bande, coupant la fréquence F4 et les fréquences supérieures et laissant passer les fréquences FI, F2 et 30 F3. S'il n'y a pas de filtre FR4 dans cette structure à quatre tronçons, c'est le filtre FR3 qui peut être un filtre passe-bas, laissant passer les fréquences FI et F2 et coupant la fréquence F3. La bande de fréquences utile en fonctionnement, représentée par une fréquence Fu sur le schéma de la figure 10, est par hypothèse plus 35 basse que toutes les fréquences utilisées dans la modulation du signal de 2904116 15 test ; elle n'est atténuée par aucun des filtres car elle est plus basse que toutes les bandes de fréquence coupées par les filtres. La figure 11 illustre une autre configuration de réseau de câbles, avec plusieurs jonctions successives A, B, C à deux dérivations chacune, au 5 total 3 jonctions et quatre dérivations : - Ta2, Ta3 pour la jonction A, - Tb2, Tb3 pour la jonction B située à l'extrémité du tronçon Ta2, - Tc2, Tc3 pour la jonction C située à l'extrémité du tronçon Tb2. Cette configuration peut être testée par la même méthode, et 10 nécessite quatre fréquences de test FI à F4 et quatre filtres (ou à la rigueur trois) dont les gabarits répondent aux mêmes impératifs que précédemment. Le nombre de fréquences nécessaires au test se déduit de la configuration, en faisant en sorte qu'il n'y ait pas deux filtres coupe-bande en série. Les deux premières jonctions ne peuvent être suivies que d'un filtre chacune, la 15 dernière jonction peut comporter un ou deux filtres. Dans ce qui précède, on a considéré que l'impulsion de test était une impulsion unique modulée simultanément par plusieurs fréquences porteuses. Comme indiqué plus haut, le générateur d'impulsion de test gaussienne pourrait aussi fournir plusieurs impulsions successives modulées 20 chacune par une fréquence respective. Plusieurs réflectogrammes sont alors produits et il faut les superposer pour en déduire la présence, la position et la nature du défaut. Cette solution est moins avantageuse.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de test d'un réseau de câbles électriques comportant au moins une jonction d'où partent N tronçons secondaires de câbles (N supérieur ou égal à

2), le procédé consistant à: - interposer dans le réseau, en série à l'entrée de chacun de N-1 tronçons secondaires (T2, T3) partant de la jonction (A), un filtre passif bidirectionnel apte à couper une bande de fréquences associée à ce tronçon, les filtres laissant tous passer les fréquences utiles au fonctionnement normal du réseau, - appliquer à l'entrée du réseau un signal de test ~o impulsionnel modulé simultanément ou successivement par N-1 fréquences porteuses différentes situées chacune dans une des N-1 bandes de fréquence des filtres placés à l'entrée des tronçons, le signal de test étant également modulé par une Nième fréquence située hors des bandes des N-1 filtres, 15 - détecter la position temporelle de pics de signal issus de la réflexion du signal de test, pour chacune des N fréquences, - et en déduire la position de défauts éventuels sur un tronçon de câble du réseau. 20 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un Nième filtre réjecteur, rejetant les fréquences autour de la Niéme fréquence est placé à l'entrée du Nième tronçon.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en 25 ce que le signal de test est modulé en amplitude par une forme d'onde gaussienne.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins un des filtres bidirectionnels est un filtre réciproque.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la détection de position de défauts est faite par l'intermédiaire d'une 30 2904116 17 analyse temps-fréquence fournissant un diagramme temps-fréquence des signaux réfléchis vers l'entrée du réseau, la position temporelle des centres d'une série de taches de réflexion correspondant à des fréquences différentes dans le diagramme temps-fréquence représentant une 5 information sur la position d'un défaut et le tronçon dans lequel il se situe.

6. Dispositif d'analyse d'un réseau de câbles électriques comportant au moins une jonction d'où partent N tronçons secondaires de câbles (N supérieur ou égal à 2), comportant, en série à l'entrée de chacun de N-1 tronçons secondaires (T2, T3) partant de la jonction (A), un filtre passif bidirectionnel apte à couper une bande de fréquences respective associée à ce tronçon, les filtres laissant tous passer les fréquences utiles au fonctionnement normal du réseau, un générateur de signal de test de courte durée modulé simultanément ou successivement par N-1 fréquences porteuses différentes situées chacune dans une des N-1 bandes de fréquence des filtres placés à l'entrée des tronçons, le signal étant également modulé par une N1ème fréquence située hors des bandes des N-1 filtres, et un dispositif de détection de la position temporelle de pics de signal issus de la réflexion du signal de test, pour chacune des N fréquences.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un analyseur temps-fréquence apte à fournir un diagramme d'analyse temps-fréquence des signaux réfléchis vers l'entrée du réseau, la position temporelle du centre d'une série de taches de réflexion correspondant à des fréquences différentes dans le diagramme temps-fréquence représentant une information sur la position d'un défaut et le tronçon dans lequel il se situe.

8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'au 30 moins un des filtres bidirectionnels est un filtre réciproque.