FR2917546A1 - Procede et dispositif pour la protection d'une conduite contre les courants vagabonds - Google Patents

Abstract

Pour déterminer la valeur d'un dipôle résistif de drainage (3, 3D), dans un poste de drainage, de courants vagabonds provenant d'un conducteur de retour de courant (11, 11R) vers une station d'alimentation, conduits par une structure métallique (9) à protéger :- on mesure, par rapport à une terre locale (6), des première ([1]) et deuxième ([2]) tensions concernant le conducteur (11), et de la structure (9),- on calcule un rapport (-R1/R2) des tensions mesurées ([1], [2]),- on choisit une valeur estimée de résistance (Rc) de la structure métallique (9), et- on choisit, pour le dipôle de drainage (3, 3D), une valeur de résistance (RD), en exploitation, sensiblement égale à la valeur estimée (Rc) de résistance de la structure métallique (9), multipliée par la valeur du rapport (-R1/R2).

Description

La présente invention concerne un courants enterrés électrique. Les postes

de constitués d'une diode, seule ou en série filaments. Ces lampes ont pour fonction, sinon de réguler le courant drainé pour assurer une protection optimale, au moins de le limiter, un courant illimité pouvant provoquer des dégâts imprévisibles. Le réglage du drainage consiste dans ce cas à monter en parallèle le nombre de lampes nécessaire pour garantir à tout moment une bonne protection cathodique de l'ouvrage à protéger. Ce procédé de régulation connu présente de nombreux inconvénients : les lampes les plus utilisées (lampes de cinématographe à filament de carbone) sont fragiles, chères et de plus en 20 plus difficiles à approvisionner ; le choix du nombre de lampes à employer relève souvent d'un compromis, d'autant plus difficile à réaliser que la dynamique des courants drainés est grande (une bonne protection à courant fort impose souvent une surprotection à courant plus faible) ; ce compromis présente des dangers, le moindre étant que la canalisation, sur-protégée par moments, est susceptible • de corroder électriquement des structures enterrées au loin, dont éventuellement on ignore l'existence 30 (pollution électrique), • de se corroder elle-même (destruction de la couche de passivation par une tension de polarisation trop négative), si elle est constituée de métaux ou alliages fragiles. procédé et un dispositif pour régler ou réguler vagabonds qui protègent ou immergés contre drainage les postes de la sont les corrosion ouvrages traditionnellement drainage de métalliques d'origine avec des lampes à -2- Il existe des régulateurs de drainage électroniques permettant de remplacer les lampes en garantissant une tension de polarisation plus stable. Tout naturellement, ces dispositifs sont conçus pour présenter une résistance minimale à faible courant, et plus importante à fort courant. Toutefois, les brusques variations incontrôlées du potentiel des rails (dus aux courants de retour traction ou à des phénomènes climatiques) peuvent prendre de vitesse ces systèmes, et les détruire par un courant instantané trop élevé. Pour limiter ce risque, les constructeurs ont recours à une électronique surdimensionnée et très rapide, qui ne peut donc être autonome (trop forte consommation pour fonctionner longtemps sur piles), et qui coûte cher. Pour finir cette revue de l'état de l'art, certains experts recommandent de limiter le courant par une simple résistance, le choix du meilleur compromis étant obtenu par approximations successives, sur site ou en simulation. Ce dispositif simple apporte souvent une solution approximative acceptable, mais le procédé de détermination de la valeur de la résistance s'avère coûteux en temps : - sur site : temps nécessaire pour essayer chaque valeur de résistance (une journée de mesures à chaque essai), l'utilisateur n'apprenant pas grand-chose de ses essais infructueux ; - en simulation : temps nécessaire pour saisir tous les paramètres nécessaires, paramètres qu'on ne connaît généralement pas : une liaison métallique pirate n'est jamais répertoriée, et pourtant elle influe grandement sur l'efficacité de la protection cathodique.

Et quand, finalement, la régulation n'est qu'approximative, l'environnement se trouve inutilement pollué chaque fois que la structure enterrée est sur-protégée. -3- La présente invention vise à proposer une solution mieux adaptée. A cet effet, l'invention concerne tout d'abord un procédé de détermination de la valeur d'un dipôle résistif de drainage, dans un poste de drainage, de courants vagabonds, induits par fuite à partir d'un conducteur de retour de courant vers une station d'alimentation, susceptibles d'être conduits par une structure métallique, qu'il convient de protéger, procédé caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes suivantes : - on mesure localement, par rapport à une tension de référence de terre locale, des première et deuxième tensions, concernant respectivement le conducteur de retour de courant, et une tension locale de la structure métallique, - on calcule une valeur d'un premier rapport de la première tension divisée par la deuxième tension, pour une première branche d'un pont à maintenir dans un état d'équilibrage déterminé, - on choisit une valeur estimée. de résistance de la 20 structure métallique entre la terre distante et la terre locale, et - on choisit, pour le dipôle de drainage, une valeur de résistance, en exploitation, sensiblement égale à la dite valeur estimée de résistance de la structure métallique, 2.5 multipliée par la dite valeur de premier rapport, déterminant ainsi la valeur d'un second rapport, d'une seconde branche du pont, défini par division de la valeur de résistance du dipôle par la valeur de résistance de la structure métallique, pour que la structure à protéger se trouve ainsi 30 maintenue polarisée dans une plage de tensions de polarisation de consigne prédéterminée. Le procédé selon l'invention est simple et rapide à mettre en oeuvre, ne nécessitant que quelques mesures et essais locaux préalables à la mise en exploitation, qui -4- permettent de dimensionner de façon systématique, sans tâtonnements fastidieux, le dipôle à installer. Le procédé pour régler les postes de drainage selon l'invention est ainsi fondé sur une modélisation selon l'invention des phénomènes électriques apparaissant localement, à savoir au droit d'un poste de drainage. Dans le présent exposé, le Pont Apparent désigne explicitement la modélisation selon l'invention . Outre son efficacité, l'intérêt du procédé est qu'il est rapide à mettre en oeuvre, car il est fondé sur une observation et des tests effectués localement, au niveau du poste de drainage seulement. Le procédé comporte ainsi des étapes de mesures spécifiques, qui visent à déterminer les conditions électriques au droit du poste de drainage, donc à quantifier les valeurs des différents paramètres utiles du Pont Apparent, pour en déduire une valeur adaptée de résistance du dipôle. Une caractéristique du procédé porte sur le fait que la structure métallique à protéger sert initialement à ramener une indication de la valeur du potentiel de terre distante. En d'autres termes, lorsque le courant vagabond véhiculé par la structure métallique est faible, par absence de perturbateur important ou par le fait que l'on laisse temporairement flotter le potentiel de celle-ci, en limitant le courant de drainage local, la structure métallique équivaut à un "fil de mesure", donc de grande longueur, qui prolonge fonctionnellement le fil correspondant du voltmètre, ou équivalent, servant aux mesures locales. De la sorte, la mesure de la tension de déséquilibre du pont, entre des points milieu d'une première et d'une seconde branche du pont (références 6 et 5 sur la figure 1) devient représentative de la tension de terre distante par rapport à la terre locale 6, -5- c'est-à-dire le tronçon inférieur référencé 2, de la première branche, à gauche sur la figure 1. Exposé autrement, cela revient à faire comme si la structure métallique était au moins en partie court-circuitée, de sorte que le potentiel de la terre distante 7, en bas du pont, se trouve, aussi, présenté au niveau du point milieu 5 de la seconde branche du pont, c'est-à-dire en entrée du dipôle de réception du courant de retour, là où on effectue la mesure de déséquilibre du pont. Dans cette phase initiale, c'est donc un déséquilibre du pont qui est recherché, de façon à obtenir une valeur la plus précise possible pour la tension de terre distante. Le procédé selon l'invention permet ainsi d'établir, par le choix de la valeur de la résistance du dipôle de drainage, un biais, bien déterminé, de déséquilibre statique du pont, biais représentant une tension continue assurant une polarisation suffisante pour la protection cathodique, tout en évitant d'atteindre une polarisation excessive, susceptible d'engendrer des effets nuisibles par une sur- polarisation. Les termes "état d'équilibrage" désignent donc un état stable du pont, quasiment insensible aux variations du courant de drainage, c'est-à-dire que le point intermédiaire 5 du pont qui est relié à la structure métallique à protéger reste à un niveau de potentiel continu ni trop faible ni trop fort, comme exposé juste ci-dessus. En d'autres termes, le pont ne présentera pas, sauf cas particulier, une différence de tension continue nulle entre ses deux points intermédiaires 6, 5, constitués, d'une part, par la terre locale et, d'autre part, par l'entrée du dipôle de drainage reliée à la structure à protéger. Mais le pont présentera une dite différence de tension continue qui sera optimale ou quasi optimale pour les variations de courant de drainage observées. C'est donc un biais de polarisation continue de -6- valeur appropriée. En bref, dans le présent exposé, l'équilibrage désigne un état d'insensibilité du pont, précisément du point intermédiaire 5, vis-à-vis des variations du courant de drainage, c'est-à-dire un équilibrage en alternatif. Un point important à souligner est lié au fait que le drainage optimal s'effectue d'une façon que l'on peut qualifier de "passive", c'est-à-dire par un contrôle (statique ou dynamique) de la tension engendrée par le courant drainé, contrôle exercé par le choix de la valeur du dipôle. Le courant de retour est "accepté" tel quel, et c'est uniquement son effet, c'est-à-dire la tension locale qu'il engendre dans le dipôle, qui est contrôlé par le choix d'une valeur résistive appropriée. En d'autres termes, il s'agit d'un "contrôle" "aval", c'est-à-dire sur cet effet du courant, que l'on contrôle ou "canalise" ainsi par le choix de la valeur résistive. Il ne s'agit donc pas d'une "commande" "amont" qui s'exercerait par une intervention "active", effectuée par une injection, dans le courant de retour, d'un affluent de courant de régulation qui proviendrait d'une source d'alimentation électrique régulée locale, qui nécessiterait donc de disposer en permanence d'une source primaire puissante, telle que le secteur. Une telle commande amont viserait à effectuer un neutrodynage au moins partiel du courant de retour ou de ses variations. De préférence, la valeur estimée de résistance de la structure métallique entre la terre distante et la terre locale, est établie de la façon suivante : - on choisit, a priori, une valeur de résistance initiale pour le dipôle, et, celui-ci étant mis en service, - on mesure, en exploitation, la deuxième tension de la structure métallique, et -7- - on détermine si elle se trouve dans la plage de tensions de polarisation de consigne prédéterminée, et le cas échéant, selon que la deuxième tension est au-dessus ou au-dessous de la plage, respectivement on diminue 5 ou on augmente la résistance du dipôle, pour ainsi maintenir la dite polarisation dans la plage de tensions de polarisation de consigne prédéterminée. Ainsi, une simple itération permet d'aboutir à une valeur optimale de résistance de drainage. 10 De préférence, les mesures des première et deuxième tensions sont des mesures de tension alternative, dans lesquelles on relève des premiers et deuxièmes échantillons respectifs de dites tensions pendant une même période de mesure, et on détermine des première et deuxième plages de 15 variation correspondantes, dont les valeurs de largeur respectives servent de valeurs de première et de deuxième tension pour les étapes suivantes. L'intérêt d'une mesure en alternatif est lié au fait qu'une canalisation enterrée se modélise par une résistance 20 en série avec une source de tension ;4V sur la figure 1), de l'ordre de grandeur du volt, représentant le potentiel d'oxydation du métal utilisé, usuellement l'acier. Une telle tension fausse donc l'équilibre du pont, par injection d'un biais de polarisation continue. Le concept inventif ici 25 utilisé est de court-circuiter cette source de tension dans le modèle, en ne retenant que les composantes alternatives, puisqu'une source de tension présente une résistance nulle en alternatif. Les mesures sont donc effectuées en potentiel "flottant", c'est-à-dire que l'on considère les largeurs de 30 variation de tension, indépendamment de la valeur absolue de la tension, qui est "corrompue" par la source de tension du modèle. On notera que les mesures peuvent s'effectuer de façon "passive", en attendant le temps voulu pour que se manifestent des variations, sous l'effet de perturbateurs -8- externes, ou bien on peut prévoir d'installer à cet effet un perturbateur temporaire, à onde sinusoïdale ou non. Le perturbateur temporaire peut par exemple être une motrice consommant un courant constant en roulant à vitesse de valeur fixe, dont on peut ainsi déterminer la position à tout instant. Le terme "alternatif" désigne donc tout courant non continu, à spectre de fréquences quelconque, c'est-àdire purement sinusoïdal ou non, ce dernier cas représentant en fait une combinaison de composantes sinusoïdales de diverses amplitudes et fréquences. De préférence, on limite le courant de drainage en dessous d'un seuil haut, en coupant temporairement, le cas échéant, le circuit du dipôle pour ainsi fixer la dite valeur de résistance initiale à une valeur infinie ou quasi infinie.

La résistance du dipôle peut par exemple être fixée à au moins quelques dizaines d'ohms pour limiter le courant à moins de dix ampères en général, voire 1 ampère. Si le rail est localement négatif, et donc draine un courant de retour faussant grandement les mesures, on limite ou même coupe ainsi ce courant. Le potentiel de la structure métallique est ainsi totalement indépendant du potentiel du rail. On peut en particulier prévoir de déterminer deux valeurs limites, d'une autre plage, de variation de la dite valeur de résistance de la structure métallique, d'après une suite d'échantillons de mesures de la dite deuxième tension dans la première plage, en y déterminant deux pentes de valeurs mutuellement extrêmes sur deux zones respectives de la première plage, pentes correspondant à deux valeurs extrêmes d'une plage possible de choix de résistance du dipôle de drainage, et la valeur de résistance de la structure métallique est choisie de façon à correspondre à une dite pente, mais intermédiaire, représentant le rapport -9- de la largeur de la dite autre plage rapportée à la largeur de la première plage. De façon avantageuse, le dipôle étant prévu à résistance réglable en exploitation, on détecte une tension de déséquilibre d'un conducteur de liaison, reliant la structure métallique au dipôle de drainage, par rapport à la tension de terre locale, et on effectue un réglage de la valeur de résistance du dipôle de drainage par dérive de cette valeur dans un sens tendant à ramener la dite tension de déséquilibre dans la plage de tensions de polarisation de consigne prédéterminée. En pareil cas, on peut prévoir que le dit réglage s'effectue en commandant un interrupteur de court-circuit d'un élément résistif monté en série avec un autre élément résistif destiné à assurer une valeur minimale de résistance. Il peut en particulier être prévu que l'on mémorise la dite valeur, initiale, du dit rapport de la première tension par rapport à la deuxième tension, et, en exploitation, on répète cycliquement les étapes, inLtiales, aboutissant au calcul de la valeur du rapport de la première tension par rapport à la deuxième tension, afin de calculer une valeur courante du dit rapport et d'en calculer une valeur de dérive de celle-ci par rapport à la valeur initiale, afin de fournir un signal d'alarme si la dérive excède une valeur déterminée.

On peut ainsi détecter toute variation notable des conditions électriques de l'environnement, par exemple une mise à la terre du rail à quelque distance de l'endroit considéré, cette mise à la terre pouvant par exemple résulter du passage en court-circuit d'un éclateur de protection contre la foudre ou une chute de caténaire. En pareil cas, la structure métallique à protéger pourrait certes rester protégée localement, mais elle serait corrodée au niveau de son tronçon dans la zone de l'éclateur. -10-L'invention concerne aussi un dispositif, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, de drainage, dans un poste de drainage, de courants vagabonds, induits par fuite à partir d'un conducteur de retour de courant vers une station d'alimentation, susceptibles d'être conduits par une structure métallique, qu'il convient de protéger, dispositif caractérisé par le fait qu'il comporte un dipôle de drainage de résistance réglable par des moyens de pilotage sensibles à l'intensité du courant de drainage et agencés pour faire varier la résistance du dipôle en sens inverse de variations observées du courant de drainage. Le dispositif, qui est en fait le résultat obtenu par le procédé selon l'invention, se compose d'au minimum un élément résistif formant dipôle, dont la valeur de résistance est 1.5 optimisée, cet élément résistif pouvant être par exemple une simple résistance ou encore un montage électronique ou électromécanique comportant un composant présentant une caractéristique de résistance entre deux bornes. Dans une forme de réalisation plus élaborée, ce composant peut être 20 par exemple un transistor ou équivalent, à commande asservie pour faire varier sa caractéristique de résistance en sortie en fonction des tensions mesurées;, afin qu'elle reste optimale si celles-ci varient du fait d'un changement des conditions extérieures. La caractéristique de résistance en 25 sortie est donc définie par le rapport entre, d'une part, la différence de tension des deux électrodes en série que constituent le collecteur et l'émetteur d'un transistor bipolaire NPN ou PNP, ou le drain et la source en cas de transistor MOS, et, d'autre part, le courant traversant ces 30 deux électrodes, qui délimitent ainsi un dipôle, de résistance commandée par une troisième électrode, de base ou de grille. Il convient alors, pour augmenter ou diminuer la résistance, de diminuer le courant de base injecté ou extrait de la base, ou bien de faire varier la tension de grille, ce -11- qui règle la pente tension/courant, c'est-à-dire la résistance de sortie d'un transistor MOS. Un comparateur électronique peut ainsi être agencé pour régler le courant de base ou la tension de grille en fonction de la différence de tensions mesurées, afin de tendre à équilibrer le Pont Apparent. Dans une forme de réalisation, le dipôle comporte par exemple une thermistance de réglage du courant de drainage. La thermistance est par exemple de type CTN et la variation de sa résistance est commandée directement par le courant de drainage la traversant, c'est-à-dire qu'un courant excessif en abaisse la résistance, ce qui tend donc à maintenir constante la tension à ses bornes. Les moyens de pilotage comportent: par exemple un circuit comparateur agencé pour détecter un déséquilibre de tension entre un conducteur de liaison, reliant la structure métallique au dipôle de drainage, par rapport à la tension de terre locale, et pour alors commander le réglage de la valeur de résistance du dipôle par dérive dans un sens tendant à réduire le dit déséquilibre. Le circuit comparateur est par exemple agencé pour élaborer la dite commande d'après une mesure de tension locale du conducteur de retour de courant par rapport à la tension de terre locale.

Dans une forme de réalisation, le dipôle comporte, en série, un élément semi-conducteur associé à un circuit de commande agencé pour échanger un courant de commande avec l'élément semi-conducteur, ou y appliquer une tension de polarisation de commande du courant traversant le dipôle, afin de faire varier un point de polarisation déterminant une valeur de résistance du dit élément semi-conducteur. Les moyens de pilotage comprennent avantageusement des moyens mémoires pour mémoriser une valeur initiale du dit rapport de la'première tension par rapport à la deuxième -12- tension, et comportent des moyens séquenceurs agencés pour, en exploitation, répéter cycliquement les étapes, initiales, du dit procédé aboutissant au calcul de la valeur du rapport de la première tension par rapport à la deuxième tension, et agencés pour alors calculer une valeur courante du dit rapport et en calculer une valeur de dérive de celle-ci par rapport à la valeur initiale, afin de fournir un signal d'alarme si la dérive excède une valeur déterminée. Le dispositif selon l'invention peut donc être intrinsèquement plus solide et moins cher que les lampes et les régulateurs de drainage électroniques sus-mentionnés, tout en restant autonome si on le souhaite. Il assure une valeur quasi optimale de l'intensité drainée, minimisant ainsi la pollution électrique.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de description détaillée suivante d'un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention et de formes de réalisation du dispositif de drainage selon l'invention, en référence au dessin annexé, sur lequel : la figure 1 représente le Pont Apparent, les figures 2, 3, 4 et 5 montrent des courbes respectives de tension relevées à titre de mesures pour le calcul du dipôle, la figure 6 représente schématiquement les éléments du 25 dipôle de drainage, avec un circuit de commande de ceux-ci, et la figure 7 montre une autre courbe de tension relevée. La figure 1 montre que, à l'endroit où la source des courants vagabonds, ici une sous-station de chemin de fer 30 comme c'est généralement le cas, récupère ces courants, en général un rail 11, au pied de la sous-station, constituant un tronçon local d'une file de rails 11R, elle se comporte comme une source 10 de courant IRw, reliant le rail 11 à une terre lointaine 7. -13- La source de courant 10 voit, en parallèle, deux charges: - une charge constituée de deux résistances 1, 2 en série, de valeurs respectives RI et R2, égale à la résistance de fuite électrique de la file de rails par rapport à la terre lointaine 7, représentant la moitié de la résistance caractéristique de la file de rails, et - une charge due à des éléments du poste de drainage 3D, 3, spécifiés plus loin, en série avec une résistance série 4 d'une structure enterrée électriquement conductrice, constituée ici par une conduite métallique 9. La référence RI représente la valeur de résistance apparente entre le rail 11 et une terre locale 6, la référence R2 représentant la valeur de résistance entre la terre locale 6 et la terre lointaine 7. Les résistances 1 et 2 sont donc, physiquement, des volumes de terre offrant une certaine admittance autour de la file de rails, c'est-à-dire que ce ne sont aucunement des éléments discrets. C'est donc leur valeur ohmique RI et R2 qui va servir dans les calculs qui suivent.

Les résistances 1 et 2 forment un pont diviseur constituant une première branche de pont de Wheastone, ou équivalent, à équilibrer, c'est-à-dire à régler pour qu'il présente un biais quasi-stable de polarisation entre son point intermédiaire de terre locale 6 et un point intermédiaire 5 d'une seconde branche. La première branche représente l'influence directe d'un potentiel VR du rail 11 sur un potentiel Vpp de la terre locale 6. Le circuit de drainage est situé dans la seconde branche du pont à équilibrer, c'est-à-dire une branche à stabiliser contre les variations du courant de drainage et qui est une branche asservie et, en particulier, dépend tout d'abord d'un rapport entre les valeurs des résistances 1 et 2. Le circuit de drainage est constitué par un dipôle résistif comprenant une diode de puissance 3D, ici apte à conduire 150 Ampères, -14- présentant une tension de seuil Vs, et à cathode reliée au rail 11, diode 3D en série avec un élément résistif de puissance 3, ici amont, qui, dans le cas de la figure 1, est une simple résistance de drainage 3 de valeur RD. On notera que la diode 3D n'est pas obligatoire dans toutes les configurations, et, dans certains cas - notamment, de façon non limitative, les liaisons entre structures enterrées - on peut gagner à s'en passer, cette décision appartenant à un expert en protection cathodique qui s'assurera d'abord, par exemple, que le soutirage le plus proche peut absorber le courant injecté. La conduite métallique 9 enterrée, reliée au point intermédiaire 5 à une extrémité du dipôle de drainage 3, 3D opposée à la dite cathode, pour ainsi compléter la seconde branche, se comporte comme une impédance en général complexe, qu'on peut, dans certains cas, modéliser par une dite résistance série 4 de valeur Rc, reliée à la terre lointaine 7 via une source de tension 4V de valeur = Vc0. Il s'agit d'un potentiel d'oxydation du métal considéré par rapport à la terre, par exemple de -0,85 volt pour de l'acier par rapport à une terre standard. Cette source de tension parasite peut aussi être due à un soutirage distant de courant. On parlera donc souvent, dans le présent exposé, de résistance dynamique à la terre en parlant de la résistance série 4, pour montrer qu'elle n'est pas directement reliée à la terre lointaine 7, mais indirectement, via la source de tension 4V, de résistance dynamique par définition nulle. La source de tension 4V symbolise la tension de polarisation naturelle de la structure métallique, à laquelle s'ajoute souvent l'influence d'une source de courant lointaine (soutirage), voire l'influence des gradients de potentiel du sol sous les rails. Dans ce dernier cas, l'influence est variable mais bien souvent négligeable. -15- Note : Dans le présent exposé, on appelle rail 11 de la sous-station le point de retour des courants vagabonds, auquel est connecté directement ou non le poste de drainage. Mais cette expression ne saurait, selon l'invention, limiter l'usage de la présente invention aux drainages de courants reliés aux voies de chemin de fer. De façon non limitative, la présente invention trouve son application dans les liaisons polarisées ou non entre structures métalliques enterrées ou immergées. En effet, si une telle structure est protégée contre la corrosion par un drainage ou autre système, elle peut devenir, pour les autres structures enterrées, un point de récupération de courants, sorte de pied de sous-station selon l'invention. Le champ d'application du procédé selon l'invention et d'utilisation du dispositif selon l'invention comprend donc non seulement les drainages polarisés ou non de courants vagabonds mais encore les liaisons polarisées ou non entre structures métalliques enterrées, sans que cette liste soit limitative. Dans ce contexte, l'expression résistance de la file de rails à la terre désigne la résistance apparente à la terre de l'ensemble de la structure récupérant les courants vagabonds. Il reste à déterminer les différents paramètres du Pont Apparent.

Selon un mode de réalisation, non limitatif, des mesures selon l'invention, on utilise un enregistreur deux voies analogiques qui mesure simultanément la tension de la conduite 9, au point intermédiaire 5 la reliant au dipôle de drainage 3, 3D, par rapport à une électrode de référence reliée au point 6 de terre locale, point intermédiaire 6 entre les résistances 1 et 2, ainsi que la tension du rail 11 par rapport à la même électrode de référence de la terre locale 6. On mesure alors simultanément, pendant une durée suffisante pour obtenir un nombre voulu de mesures, les -16- variations des différences de potentiel (VR-Vpp), encore appelée première tension [1], et (Vo,-Vpp), encore appelée deuxième tension [2], (voire (VC-Vpp) et (VR-Vc), ce qui revient au même), ce qui permet de tracer une courbe de plage de variation de (VC-Vpp), ou [2), en fonction de la variation de (VR-Vpp), ou ( [1]) , comme celles visiblessur les figures 2, 3, 4, 5 et 7. Bien entendu, on peut. transférer ces données dans un ordinateur ou une calculatrice qui se chargeront de vérifier la cohérence des points, de calculer les pentes expliquées ci-dessous, et d'en déduire la ou les résistances RD à employer, sans élaborer la moindre courbe. C'est un moyen possible de mise en oeuvre du procédé, qui de toutes façons suit les mêmes étapes. Les courbes représentées ont donc ici en particulier un but didactique.

Dans les cas simples selon l'invention (la structure à protéger est une conduite métallique 9 électriquement isolée, le drainage n'est pas en concurrence immédiate avec un autre, le cas échéant le soutirage et/ou le drainage le plus proche sont éloignés, et la conduite 9 n'est pas reliée à une autre par un dispositif non linéaire), on mesure ces potentiels avec le drainage en fonctionnement, c'est-à-dire avec le dipôle 3, 3D branché comme indiqué, avec ou sans la résistance de drainage 3. Si on a déjà estimé, a priori, une valeur initiale RDO de résistance de drainage 3 à peu près adaptée, il est avantageux de mettre la résistance de drainage 3 dès cette première série de mesures. La figure 2 montre, en fonction de la tension (VR-Vpp), dans une première plage de tension [1], une deuxième plage de tension [2] présentant la courbe de tension (Vo-Vpp) que l'on 30 peut obtenir dans ces cas simples . Dans ce procédé particulier de mesure, on ne s'intéresse, dans un premier temps, qu'aux couples de mesures où le drainage est peu, voire, de préférence, non passant, la tension (VR-Vpp), ou [1], est positive (cf courbe 12). -17- En première approximation, on peut considérer que le potentiel absolu Vc de la conduite 9 n'est, dans ce cas, pas influencé par le rail 11, donc est stable, toujours à peu près égal à Vco Si l'on trace la courbe (Vc-Vpp), ou [2], (qui est en fait Vco - VPP, la variation du potentiel mesuré n'étant due qu'aux variations de Vpp) en fonction de (VR-Vpp) ou [1], on doit trouver une droite (12) de pente -1/a négative, telle que : d(VR -VPP) _ R1 a =- d(T'co -VPP) R, c'est-à-dire [1] / [2] Cette définition de a selon l'invention permet généralement d'obtenir des nombres supérieurs à 1, plus faciles à noter, par exemple voisins de 10. Mais, on pourrait tout aussi bien définir a comme étant le rapport inverse.

Dans le cas prévu où les premières mesures ont été faites avec une résistance de drainage 3 de valeur RD équilibrant, c'est-à-dire stabilisant, à peu près le drainage (opérateur entraîné), on trace la courbe (Vc-Vpp), ou [2], en fonction de (VR-Vpp), ou [1], quand (VR-Vc) est suffisamment négatif (segment 13) pour amorcer le drainage (en particulier la diode 3D, par exemple avec (VR-Vc) < -1V). Sinon, si les mesures sont effectuées sans résistance de drainage 3, (RD = 0) ou avec une résistance de drainage 3 qui par exemple se trouve être nettement inadaptée, on évalue temporairement, par calcul, la valeur de Rc (connaissant la résistance et l'admittance linéiques de la canalisation enterrée par exemple) et on relance les mesures avec une résistance de drainage 3 de valeur RD a fois plus grande que la valeur Rc calculée approximativement (on en comprendra la raison par la suite). On doit trouver une courbe à peu près linéaire (segment 13, rectiligne), de pente P, telle que, si on pose g = RD/ Rc , ou encore [3] / [ 4 ] , -18- ([3] et [4] étant des troisième et quatrième tensions aux bornes des deux résistances respectives), et

(Rc encore inconnue, mais on vient de mesurer a et on connaît RD) .

P= d(Vc-VPP)= a-.fi donc [3] / [4] = f3= a('-P) et Rc = Rd d(VR - T PP) a (1 + fi) 1 + aP fi On connaît donc maintenant Rc, qui est la vraie valeur apparente de la résistance dynamique de la conduite 9 à la terre lointaine 7.

Dans les cas simples, la connaissance de a = R1/R2 permet déjà d'obtenir une première approximation de la valeur qui convient pour la résistance de drainage 3, car l'opérateur peut déterminer, d'après la longueur de la conduite 9, sa résistance linéique et l'admittance linéique d'un isolant qui la protège, une valeur approximative de la résistance Rc de celle-ci, de sorte que, trois (1, 2, 4) des résistances du pont apparent étant connues, la valeur de la résistance de drainage 3 peut être calculée pour une condition d'équilibre dynamique du pont, c'est-à-dire a = Z.

A titre indicatif des ordres de grandeur susceptibles d'être souvent observés, on peut par exemple obtenir une valeur de a d'environ 10, une résistance Rc de 0,2 à 0,5 ohm voire jusqu'à 2 ohms, et donc une résistance RD de 2 à 5, voire 20, ohms. Les ordres de grandeur ci-dessus permettent donc une estimation a priori de ces deux dernières résistances.

De préférence toutefois, on cherchera à mieux déterminer la valeur Rc de la résistance 4 de la conduite 9, à partir d'une mesure de déséquilibre du pont, dans lequel on aura choisi une valeur a priori de résistance de drainage 3, pour ainsi calculer alors la valeur précise de résistance Rc de la conduite 9. En retour, c'est donc cette valeur précise qui va permettre de calculer la valeur RD de la résistance de drainage 3. -19Le Pont Apparent est dit équilibré quand la tension (VC-Vpp), c'est-à-dire la tension de déséquilibre du pont, est constante (L (VC-Vpp) = 0), quelle que soit la valeur de la tension VR du rail.

Ce résultat est obtenu si la pente P est nulle, donc quand le rapport a = i3, donc si on choisit RD tel que RD = a.Rc. Clairement, dans ce cas simple, le dispositif selon l'invention est un simple élément résistif, dont la valeur est déterminée par le procédé selon :L'invention. Il y a une telle détermination d'après les mesures de a et de P, puis, par calcul, de E, puis de Rc (RC = RD/G, RD étant ici sa valeur pendant la mesure de P) puis de la valeur RD qui équilibrera le Pont Apparent (RD = a Ra), puisque l'on vise à satisfaire l'équation a = G. Le procédé selon l'invention est aussi applicable à des cas plus complexes, notamment, de façon non limitative, en cas de . - présence d'au moins un drainage polarisé au niveau de la 20 sous-station (drainage tiers ou concurrent selon l'invention), - présence d'une liaison ou d'un soutirage dans les environs. Dans le cas où au moins un drainage polarisé est présent, particulièrement s'il n'est pas limité et protège 25 une conduite 9 locale mal isolée, les valeurs apparentes R1 et R2 changent selon que le potentiel VR du rail 11 est positif ou non. Cela apparaît clairement si l'on relève des mesures de la tension (VC-Vpp) en fonction de (VR-Vpp), le dipôle de 30 drainage (3D, 3) étant déconnecté. La figure 3 montre un exemple non limitatif de courbe obtenue dans un tel cas. Quand la tension VR est positive, la courbe 12 est semblable à celle de la figure 2. Par contre, quand la tension VR devient suffisamment négative pour -20-déclencher le drainage tiers, la courbe se redresse nettement (courbe 15), le rapport R1/R2 diminuant. La courbe 14 est là pour rappeler ce qui arrive dans le cas simple déjà vu plus haut, et qui justifie que, dans ce cas, on mesure le rapport a quand la tension VR est positive : la valeur obtenue est en effet la même, et on ne met pas en danger la structure métallique lors des mesures. En cas de présence de drainages tiers ou concurrents, le procédé de mesure est de préférence le suivant : a) on lance une série de mesures concurrentes des tensions (VC-Vpp) et (VR-Vpp), le dipôle de drainage 3D, 3 étant déconnecté, pour s'assurer que la courbe 15 est bien une droite, dont on mesurera la pente pour en déduire le rapport a' = R1/R2 , selon la figure 3, b) on lance alors une nouvelle série de mesures, le dipôle de drainage 3D, 3 étant connecté, RD correspondant, comme précédemment, à une valeur déjà connue pour équilibrer à peu près le Pont Apparent ou déterminée a priori à partir de la valeur calculée théoriquement de Rc, multipliée par a'). On en déduit la pente P du segment 13, c) on calcule alors f3 = a 1-P) puis R~ RD étant ici la 1+aP - valeur utilisée au b) ci-dessus) d) on en déduit la valeur RD qui équilibrera le pont : RD = 25 RC.a', Rc étant ici la valeur calculée au c) ci-dessus).

Un deuxième cas complexe de drainage examiné concerne la présence d'une ou plusieurs liaisons ou soutirages connectés à la structure protégée, à quelque distance du drainage. 30 Si cette présence est initialement inconnue, elle sera détectée par l'échec relatif de l'application des étapes précédentes selon l'invention : lors de la mesure initiale de la pente P du segment 13, ou au pire après installation de la -21 - bonne résistance RD -quand on s'attend à relever un segment 13 parfaitement horizontal- on constatera une ou plusieurs inflexions plus ou moins marquées, voire une marche d'escalier si un soutirage se déconnecte.

La figure 4 en est un exemple non limitatif. On retrouve la courbe 12 quand la tension (VR-Vpp) est positive, qui permet de calculer R1/R2 dans les cas exempts de drainage tiers ou concurrent. On retrouve aussi le segment droit 13 quand la tension (VR-Vpp) est suffisamment négative. Mais quand la tension (VR_Vpp) devient encore plus négative, la courbe se redresse, parfois par paliers 16, pour finir sur une droite 17 à la pente décevante. L'explication de ce phénomène réside dans les accrochages successifs de structures lointaines connectées par des liaisons à seuil (diodes), et du fait d'un décrochage de soutirages peu éloignés quand le courant drainé dépasse un certain seuil. Les accrochages de structures métalliques provoquent naturellement une baisse instantanée de la résistance apparente Rc de la résistance série 4, donc déséquilibrent le Pont Apparent, et les décrochages de soutirages se traduisent par une variation plus ou moins progressive de la tension de polarisation lointaine Vcc,, qui change la tension (Vc-Vpp) d'équilibre du pont, ce qui laisse penser -à tort- que le Pont Apparent est déséquilibré, surtout si la tension de polarisation au point intermédiaire 5 est insatisfaisante. Si la structure enterrée est raisonnablement isolée, et au-delà d'un certain courant drainé, donc en dessous d'une certaine valeur (VR-Vpp), le phénomène redevient linéaire (nouvelle valeur Rc apparente stable, qu'on appellera Ra'), tous les soutirages influençant ayant décroché et toutes les liaisons étant bien accrochées . Pour déterminer la valeur Rc', on cherche là encore à déterminer E' (= RD/Rc') en mesurant la pente P' de la courbe 17, telle que : -22- d(V V ) - a-f3' _a(l-P' R P' = c PP donc fi et R, = d d(IR - VPP) a(1+ ) f3 1+aP f3 le rapport a étant a priori inchangé, bien qu'une liaison proche atypique puisse infléchir la courbe 15 à partir d'une valeur suffisamment négative de VR, on calcule la valeur de RD' (= f3.Rc') équilibrant le Pont Apparent quand la tension (VR-Vpp) est très négative. La valeur RD' sera de valeur plus faible que RD. Note : De façon plus générale, pour calculer P', on choisit la courbe de pente minimale (la plus négative ou la moins positive, selon les cas), qui n'est pas forcément celle pour laquelle la tension (VR-Vpp) est minimale. Dans certains cas, avec un soutirage proche par exemple, la courbe 17 peut se rabattre quand la tension (VR-Vpp) tend vers les fortes valeurs négatives.

On essaiera cette seule résistance RD' pour équilibrer approximativement le Pont Apparent en toutes circonstances. On obtiendra alors une courbe de tension (Vc-Vpp) fonction de (VR-Vpp) telle que représentée figure 5, qui est un cas de pente minimale en dessous d'une certaine valeur de (VR-Vpp).

On retrouve toujours la courbe 12 correspondant à (VR-Vpp) positif (phase de corrélation directe entre les potentiels du rail et de la structure enterrée), le segment 13 correspondant à un Pont Apparent déséquilibré (corrélation devenue indirecte, RD' étant trop faible) et la courbe 18 correspondant à un Pont Apparent équilibré (corrélation nulle, selon les experts en protection cathodique). Si la structure enterrée (Vc-Vpp) max présente un potentiel maximum apparent 20 acceptable et avec une variation 19 en fonction du potentiel apparent du pied de la sous-station (VR-Vpp) qui est suffisamment faible Vc-Vpp) min pas trop négatif), alors on se contentera de cette solution très simple ( régulation par une simple résistance RD'). - 23 - Sinon, on pourra utiliser une résistance variant entre RD' et RD. Si la tension (VC-Vpp) max est un peu trop élevée, on pourra utilement la réduire en utilisant une diode à faible seuil, qui ne changera pas sensiblement la valeur (Vc-Vpp) min à fort courant : la variation selon la courbe 19 sera donc réduite, améliorant la régulation . Si, malgré tout, la variation selon la courbe 19 est inacceptable, on peut utiliser un dispositif présentant une résistance série variable entre RD et RD' (RD quand la tension (VR-Vpp) est peu négative, sinon R'd ou une valeur intermédiaire. On constate tout d'abord que le fonctionnement du dispositif selon l'invention a une caractéristique électrique souvent opposée à celle des lampes, sachant que la résistance des lampes augmente quand le courant augmente, alors que, dans un dispositif selon l'invention, elle peut diminuer de façon continue, si on doit par exemple équilibrer un Pont Apparent caractérisé par la courbe de la figure 4). Cette variation de résistance série peut être, selon l'invention, et de façon non limitative, progressive ou brusque, asservie à la tension de polarisation locale (Vc-Vpp) (régulation directe de la tension de polarisation), à la tension (VR-Vpp) (régulation indirecte fondée sur les mesures effectuées au préalable), à la différence de potentiel (Vc-VR) (proche de la mesure précédente mais ne nécessitant pas d'entrée haute impédance pour la mesure de la différence de potentiel), voire asservie au courant drainé. Le dispositif pour régler ou réguler les drainages selon l'invention est tout dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, quelle que soit la variante employée cas simples ou complexes selon l'invention. -24- Dans son expression la plus simple, le dispositif selon l'invention est donc une simple résistance de drainage 3, de valeur RD, montée en série avec le dispositif de drainage élémentaire, le plus souvent la diode 3D, cette dernière étant éventuellement doublée d'une diode à faible seuil, afin de réduire la variation de potentiel local 19 de la structure enterrée tout en diminuant son potentiel maximal (Vr-Vpp) max. La figure 6 représente une forme de réalisation plus adaptée aux cas complexes selon l'invention, caractérisés par des liaisons ou des soutirages relativement proches. Le dispositif selon l'invention, qui n'est ici pas une simple résistance de valeur RD, est en fait composé d'une unité de pilotage 29 comportant une électronique de commande 24, commandant un élément résistif 3 qui est alors variable, 1.5 composé de deux résistances 21 et 22 en série et d'un interrupteur ou d'une résistance variable électronique 23 (de façon non limitative, à base de MOSFET, IGBT ou transistors bipolaires, comme tout homme de l'art sait le réaliser) ou électrotechnique (à base de relais, le cas échéant en 20 parallèle avec des transistors) ou une combinaison des deux. La résistance 22 peut être court-circuitée par l'interrupteur 23, piloté par le dispositif de commande 24, en fonction de la différence de potentiel (Vc-Vpp) qu'il mesure entre le point intermédiaire 5 et la terre locale 6. La résistance 25 variable 3 est, d'une part, reliée au rail 11 par l'intermédiaire du dipôle de drainage élémentaire, la diode 3D, qui pourrait être remplacée par un simple câble (non polarisé), d'autre part, reliée à la conduite 9, au point intermédiaire 5. 30 La terre locale 6 peut être captée par un coupon témoin. On rappellera qu'un coupon est une pièce métallique, par exemple en acier, en contact direct avec la terre, c'est-à-dire non isolée de celle-ci, le coupon étant relié à la conduite 9 par un fil conducteur. Une détection du sens du -25- courant dans ce fil permet ainsi de vérifier que le courant est dirigé dans le sens entrant vers la conduite 9, c'est-à-dire que celle-ci est protégée contre l'oxydation. Le dispositif de commande 24 comporte alors un capteur du courant extrait du coupon 14 par la conduite à protéger 9. La régulation du potentiel de la conduite 9 au point intermédiaire 5 se fait alors par mesure du courant de polarisation du coupon, qui doit de préférence rester dans un intervalle acceptable, comme exposé au début.

Le dispositif de commande 24 peut comprendre un amplificateur différentiel, et/ou un comparateur et/ou un convertisseur analogique-fréquentiel, qui peut assurer la fonction modulation par fréquence d'impulsion, c'est-à-dire définissant un facteur de forme par période, et/ou un microcontrôleur. Pour simplifier la réalisation du dispositif 24, on peut décider d'alimenter le dispositif de commande 24 par une alimentation bipolaire présentant un point milieu connecté au peut point intermédiaire 5. Il peur. s'agir d'une paire de piles, l'une fournissant l'alimentation positive nécessaire à un fonctionnement simplifié de la mesure de (Vc-Vpp), l'autre fournissant l'alimentation négative simplifiant la commande de l'interrupteur 23, surtout si ce dernier comporte un transistor MOSFET Canal P (élément de puissance ou de commande du composant de puissance). On peut d'abord effectuer une mesure alors que le dipôle de drainage est débranché (courbe 15, figure 3, ou courbe 12 en l'absence de drainage concurrent proche) pour mesurer le rapport R1/R2 à prendre en compte.

On effectue ensuite une série de mesures avec une résistance RD appropriée pour obtenir une courbe semblable à la courbe de la figure 4. La pente P' minimale, par exemple de la partie 17 de courbe, sert à calculer la résistance minimale, ci-dessus appelée RD', de la résistance de drainage -26- 3, qui est donc la valeur maximale donnée à la résistance 21, valeur un peu plus faible que RD' pour permettre au système de s'adapter à de légères modifications du Pont Apparent dans le temps. La partie de courbe de pente maximale, le segment 13, sert à calculer la résistance maximale, ci-dessus appelée RD, de la résistance de drainage 3, qui fixe la valeur minimale à donner à la résistance 22 : RD moins la valeur de la résistance 21, quand l'interrupteur 23 est ouvert, les valeurs des deux résistances 21 et 22 s'ajoutant.

Autrement dit, les valeurs des résistances 21 et 22 sont choisies de façon à ce que la résistance de drainage 3 puisse présenter une valeur supérieure à RD lorsque l'interrupteur 23 est ouvert, et une valeur inférieure à RD' lorsque l'interrupteur 23 est fermé.

Le dispositif présente une résistance de drainage 3 de valeur variable englobant l'intervalle [RD', RD], avec une marge suffisante pour supporter des variations dans le Pont Apparent, selon le climat, l'usure des revêtements, l'ajout d'un soutirage ou d'une liaison lointaine, etc.

La figure 7, représentant la courbe de plage de tension (Vc-Vpp) en fonction de la tension (VR-Vpp), illustre le fonctionnement du dispositif. La courbe 25 est celle correspondant à une valeur de résistance RD calculée en fonction de la pente du segment 13, (de façon plus générale, la pente maximale), qui est aussi approximativement celle de la résistance de drainage 3 variable quand l'interrupteur 23 est ouvert. Le Pont Apparent est équilibré quand la tension (VR-Vpp) n'est pas trop négative, puis la tension (Vc-Vpp) monte. La courbe 27 est celle correspondant à une valeur de résistance RD' calculée en fonction de la pente de la courbe 17 (de façon plus générale, la pente minimale), qui est approximativement celle de la résistance de drainage 3 variable, quand l'interrupteur 23 est fermé. -27- La courbe 26 est celle que le dispositif permet d'obtenir en moyenne, en commutant :L'interrupteur 23 selon une loi de type modulation par largeur d'impulsion , modulation par fréquence d'impulsions de largeur fixe, c'est-à-dire du facteur de forme , ou toute modulation en tout ou rien permettant de moduler la résistance temporellement moyenne apparente de l'ensemble formé par la résistance 22 et l'interrupteur 23, en hachant de préférence -mais cela ne saurait être limitatif selon l'invention- à une fréquence proche du 50Hz, fréquence qui est bloquée par les selfs de choc imposées par les administrations de chemins de fer, montées en série avec les postes de drainage. Tout homme de l'art comprend qu'il faut en moyenne fermer plus souvent l'interrupteur 23 quand la tension apparente au point intermédiaire 5 est trop élevée, et moins souvent quand elle est trop négative, ce qui correspond à une sur-protection. En variante, l'interrupteur 23 peut être ouvert et fermé progressivement c'est-à-dire être un atténuateur série ou parallèle, par exemple un transistor commandé en continu (commande analogique) et non en tout ou rien. Un tel dispositif réclame un meilleur refroidissement de l'atténuateur 23, mais permet de réguler la tension (Vc-Vpp) en continu, et non en moyenne temporelle, ce qui peut rassurer autant le propriétaire de la conduite 9 que celui de la sous-station. Tout homme de l'art sait réaliser un tel système électronique 23, 24, commandant en permanence la valeur de la résistance de drainage 3 en fonction d'une différence de potentiel mesurée entre les deux points 5 et 6.

Diverses variantes sont envisageables pour effectuer un asservissement de la valeur de résistance du dipôle. Par exemple, celui- ci peut comporter une thermistance à coefficient de température négatif, CTN, dont la valeur de résistance peut ainsi être asservie par le courant qui la -28-traverse, afin de diminuer cette résistance si le courant augmente, afin de stabiliser la tension correspondante, et inversement. Pour un asservissement plus précis, il peut aussi être prévu une thermistance, CTN voire CTP, à chauffage externe, commandée par un comparateur de tension mesurant le déséquilibre du Pont Apparent pour faire varier le courant d'échauffement d'un élément résistif, par exemple un bobinage servant de fourreau pour la thermistance, afin de l'échauffer de façon modulable. On conçoit que le choix CTP ou CTN doit permettre que le chauffage externe apporte un complément aux variations de résistance provoquées directement par le courant drainé, c'est-à-dire que ce dernier ne doit pas, de préférence, provoquer une variation de résistance allant au-delà de ce qui est souhaité. Sinon, il faudrait que le chauffage externe soit remplacé par un circuit de externe de refroidissement, ce qui est plus coûteux en matériel. On peut aussi prévoir, de façon duale par rapport au montage de la résistance 22, un élément résistif commutable en parallèle avec la résistance 21.

L'élément résistif peut encore être constitué par une diode de puissance dans laquelle une source locale de courant, par exemple un générateur de courant déterminé alimenté par une batterie, injecte dans l'anode un courant affluent de polarisation déterminé et un autre générateur de courant dérive en sortie de la diode, donc de sa cathode, un courant de sensiblement même valeur. La valeur du courant affluent étant réglable, cela modifie ainsi le point de polarisation de la diode. Ainsi, par exemple un accroissement du courant de polarisation diminuera sa valeur de résistance dynamique et augmentera sa chute de tension. On peut ainsi pré-polariser la diode de puissance par un léger courant, pour qu'elle soit plus sensible à tout début de courant vagabond à drainer. Le générateur de courant est donc -29- commandé par le comparateur de mesure de tension de déséquilibre. Par rapport aux lampes à incandescence, le dispositif selon l'invention est, par conception, moins cher et plus endurant, car il suffit que les composants soient correctement dimensionnés pour obtenir une durée de vie supérieure à celle d'une lampe. Par rapport aux régulateurs électroniques traditionnels, la partie régulatrice 23 du dispositif selon l'invention est 10 intrinsèquement protégée contre : - les surintensités par la présence de la résistance 21 qui limite le courant maximal en cas de surtension, même quand l'interrupteur 23 est fermé, - les surtensions elles-mêmes, par la présence du pont 15 diviseur 21, 22, qui divise la tension (Vc-VR) d'un facteur de 3 à 10 en général, et présente toujours une forte charge entre le point intermédiaire 5 de la structure à protéger et le rail 11, même quand l'interrupteur 23 est ouvert.

20 L'interrupteur d'un hacheur traditionnel - de résistance très faible en mode passant - doit en revanche pouvoir supporter un courant quasi-illimité quand il est fermé au mauvais moment, et des surtensions plus fortes (non chargées et non divisées) quand il est ouvert.

25 Pour détecter toute dérive anormale indiquant une perturbation des conditions externes, par exemple une mise à la terre de la file de rails 11R à une certaine distance du rail 11, susceptible de provoquer la corrosion des rails à cet endroit distant, alors que le drainage local par le 30 dipôle 3, 3D peut encore éventuellement fonctionner dans une plage prévue, l'unité de pilotage 29 peut comporter une mémoire pour mémoriser la valeur, initiale, du dit rapport -a de la première tension 1(VR-Vpp) par rapport à la deuxième tension 1(VC-Vpp), et, en exploitation, un séquenceur répète -30-cycliquement les étapes, initiales, aboutissant au calcul de la valeur du rapport -a, afin de calculer une valeur courante du rapport -a et d'en calculer une valeur de dérive de celle-ci par rapport à la valeur initiale, afin de fournir un signal d'alarme si la dérive excède une valeur déterminée. L'alarme est par exemple transmise par un émetteur radio, à destination d'un poste de surveillance. La décision d'engendrer une telle alarme est relativement facile à prendre si la tension de rail est alors positive, puisque le drainage local ne fonctionne pas, du fait de la polarisation inverse de la diode 3D. Si par contre il fonctionne, il faut donc tenir compte des effets de la commutation de l'interrupteur 23. En pareil cas, il faut estimer la modification, de la valeur du courant drainé, qu'il va induire, pour retrancher cette modification de la dite perturbation perçue, et pour ensuite décider si cette différence restante excède le seuil de déclenchement d'alarme. Pour conclure, l'invention trouve au moins deux 20 applications industrielles : - le procédé selon l'invention permet de dimensionner rapidement le dispositif selon l'invention, qui complète avantageusement un poste de drainage de courants vagabonds, en lui permettant de ne drainer que les courants nécessaires 25 à une bonne protection cathodique de la structure à protéger, sans polluer inutilement l'environnement. - le procédé selon l'invention permet aux responsables des sociétés de chemins de fer de calculer rapidement la section du câble à installer quand un transporteur pétrolier leur 30 demande d'installer un drainage : connaissant à peu près la valeur de résistance Rc à la terre de la canalisation à protéger, il leur suffit de mesurer localement le rapport R1/R2 pour avoir l'ordre de grandeur de la valeur de -31- résistance de drainage RD. Cela évite d'avoir à installer un câble de grosse section quand cela est parfaitement inutile.

Claims (12)

Revendications

1. Procédé de détermination de la valeur d'un dipôle résistif de drainage (3, 3D, 21, 22, 23), dans un poste de drainage, de courants vagabonds, induits par fuite à partir d'un conducteur de retour de courant (11, 11R) vers une station d'alimentation, susceptibles d'être conduits par une structure métallique (9), qu'il convient de protéger, procédé caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes suivantes : - on mesure localement, par rapport à une tension de référence de terre locale (6), des première (VR-Vpp ; [1]) et deuxième (Vc-Vpp ; [2]) tensions, concernant respectivement le conducteur de retour de courant (11), et une tension locale (Vc) de la structure métallique (9), - on calcule une valeur d'un premier rapport (-a ; -R1/R2) de la première tension (VR-Vpp ; [1]) divisée par la deuxième tension (Vc-Vpp ; [ 2 ]) , pour une première branche (1,

2) d'un pont (1, 2 ; 3, 4) à maintenir dans un état d'équilibrage déterminé, - on choisit une valeur estimée de résistance (Rc) de la structure métallique (9) entre la terre distante (7) et la terre locale (6), et - on choisit, pour le dipôle de drainage (3, 3D, 21, 22, 23), une valeur de résistance (.RD), en exploitation, sensiblement égale à la dite valeur estimée (Rc) de résistance de la structure métallique (9), multipliée par la dite valeur de premier rapport (-a ; -Rl/R2), déterminant ainsi la valeur d'un second rapport (E), d'une seconde branche (3, 4) du pont (1, 2 ; 3, 4), défini par division de la valeur de résistance du dipôle (3, 3D, 21, 22, 23) par la valeur (Rc) de résistance de la structure métallique (9), pour que la structure métallique (9) se trouve ainsi maintenue polarisée dans une plage de tensions de polarisation de consigne prédéterminée.-33- 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, la valeur estimée de résistance (Rc) de la structure métallique (9) entre la terre distante (7) et la terre locale (6), est établie de la façon suivante : - on choisit, a priori, une valeur de résistance initiale (RDO) pour le dipôle (3, 3D, 21, 22, 23), et, celui-ci étant mis en service, - on mesure, en exploitation, la deuxième tension (Vc-Vpp ; [2]) de la structure métallique (9), et - on détermine si elle se trouve dans la plage de tensions de polarisation de consigne prédéterminée, et le cas échéant, selon que la deuxième tension (Vc-Vpp ; [2]) est au-dessus ou au-dessous de la plage, respectivement on diminue ou on augmente la résistance du dipôle (3, 3D, 21, 15 22, 23), pour ainsi maintenir la dite polarisation dans la plage de tensions de polarisation de consigne prédéterminée.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel les mesures des première (VR-Vpp ; [1] ) et deuxième (Vc-Vpp ; [2]) tensions sont des mesures de tension 20 alternative, dans lesquelles on relève des premiers et deuxièmes échantillons respectifs de dites tensions pendant une même période de mesure, et on détermine des première (VR-Vpp ; [1]) et deuxième (Vc-Vpp ; [2]) plages de variation correspondantes, dont les valeurs de largeur respectives 25 servent de valeurs de première (VR-Vpp ; [1]) et de deuxième tension (Vc-Vpp ; [2]) pour les étapes suivantes.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel on limite le courant de drainage en dessous d'un seuil haut, en coupant temporairement, le cas échéant, le circuit 30 du dipôle (3, 3D, 21, 22, 23) pour ainsi fixer la dite valeur de résistance initiale (RD0) à une valeur infinie ou quasi infinie.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel on détermine deux valeurs limites, d'une autre plage,-34- de variation de la dite valeur de résistance de la structure métallique (9), d'après une suite d'échantillons de mesures de la dite deuxième tension (Vc-Vpp ; [2]) dans la première plage [1], en y déterminant deux pentes (P) de valeurs mutuellement extrêmes sur deux zones respectives de la première plage [1], pentes (P) correspondant à deux valeurs extrêmes d'une plage possible de choix de résistance (RD) du dipôle de drainage (3, 3D, 21, 22, 23), et la valeur (Rc) de résistance de la structure métallique (9) est choisie de façon à correspondre à une dite pente (P), mais intermédiaire, représentant le rapport de la largeur de la dite autre plage rapportée à la largeur de la première plage [1].

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel, le dipôle (3, 3D, 21, 22, 23) étant prévu à résistance réglable en exploitation, on détecte une tension de déséquilibre d'un conducteur de liaison (5), reliant la structure métallique (9) au dipôle de drainage (3, 3D, 21, 22, 23), par rapport à la tension de terre locale (6), et on effectue un réglage de la valeur de résistance du dipôle de drainage (3, 3D, 21, 22, 23) par dérive de cette valeur dans un sens tendant à ramener la dite tension de déséquilibre dans la plage de tensions de polarisation de consigne prédéterminée.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel on mémorise la dite valeur, initiale, du dit rapport (-a ; -Rl/R2) de la première tension (VR-Vpp ; [1]) par rapport à la deuxième tension (Vc-Vpp ; [2]), et, en exploitation, on répète cycliquement les étapes, initiales, aboutissant au calcul de la valeur du rapport (-a ; -R1/R2) de la première tension (VR-Vpp ; [:1]) par rapport à la deuxième tension (VC-Vpp ; [2]), afin de calculer une valeur courante du dit rapport (a ; Rl/R2) et d'en calculer une valeur de dérive de celle-ci par rapport à la valeur-35-initiale, afin de fournir un signal d'alarme si la dérive excède une valeur déterminée.

8. Dispositif, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 7, de drainage, dans un poste de ç drainage, de courants vagabonds, induits par fuite à partir d'un conducteur de retour de courant (11, 11R) vers une station d'alimentation, susceptibles d'être conduits par une structure métallique (9), qu'il convient de protéger, dispositif caractérisé par le fait qu'il comporte un dipôle 10 de drainage (3, 3D, 21, 22, 23) de résistance réglable par des moyens de pilotage (29) sensibles à l'intensité du courant de drainage et agencés pour faire varier la résistance du dipôle (3, 3D, 21, 22, 23) en sens inverse de variations observées du courant de drainage. 15

9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel le dipôle (3, 3D, 21, 22, 23) comporte une thermistance, de type CTN, de réglage du courant de drainage, la variation de sa résistance étant commandée directement par le courant de drainage la traversant. 20

10. Dispositif selon l'une des revendications 8 et 9, dans lequel les moyens de pilotage comportent un circuit comparateur (24) agencé pour détecter un déséquilibre de tension entre un conducteur de liaison (5), reliant la structure métallique (9) au dipôle de drainage (3, 3D, 21, 25 22, 23), par rapport à la tension de terre locale (6), et pour alors commander le réglage de la valeur de résistance du dipôle (3, 3D, 21, 22, 23) par dérive dans un sens tendant à réduire le dit déséquilibre.

11. Dispositif de drainage selon l'une des 30 revendications 8 à 10, dans lequel le dipôle (3, 3D, 21, 22, 23) comporte, en série, un élément semi-conducteur (3D) associé à un circuit de commande agencé pour échanger un courant de commande avec l'élément semi-conducteur (3), ou y appliquer une tension de polarisation de commande du courant -36- traversant le dipôle (3, 3D, 21, 22, 23), afin de faire varier un point de polarisation déterminant une valeur de résistance du dit élément semi-conducteur (3).

12. Dispositif de drainage selon l'une des revendications 8 à 11, dans lequel les moyens de pilotage (29) comprennent des moyens mémoires pour mémoriser une valeur initiale du dit rapport (-a ; -Rl/R2) de la première tension (VR-Vpp ; [1]) par rapport à la deuxième tension (Vc-Vpp ; [2]), et comportent des moyens séquenceurs agencés pour, en exploitation, répéter cycliquement les étapes, initiales, du dit procédé aboutissant au calcul de la valeur du rapport (-a ; -Rl/R2) de la première tension (VR-Vpp ; [1] ) par rapport à la deuxième tension (Vr-Vpp ; [2]), et agencés pour alors calculer une valeur courante du dit rapport (-a ; -Rl/R2) et en calculer une valeur de dérive de celle-ci par rapport à la valeur initiale, afin de fournir un signal d'alarme si la dérive excède une valeur déterminée.