FR2936063A1

FR2936063A1 - Dispositif de detection d'evenements physiques dans un conducteur electrique.

Info

Publication number: FR2936063A1
Application number: FR0856253A
Authority: FR
Inventors: Francois Delobelle; Sylvain Fauveaux; Louis Lefort
Original assignee: Indelec SAS
Current assignee: Indelec SAS
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2008-09-17
Publication date: 2010-03-19
Anticipated expiration: 2028-09-17
Also published as: FR2936063B1

Abstract

L'invention concerne un dispositif de détection d'évènements physiques générant un courant électrique dans un conducteur électrique, trouvant notamment son application à la détection des coups de foudre sur un paratonnerre relié à la terre par un conducteur électrique, en vue par exemple du comptage des coups de foudre. Le dispositif comprend un capteur de détection d'une information relative à la présence et à l'intensité du courant électrique dans le conducteur électrique, et une unité de traitement connectée au capteur et comportant un module de comptage du nombre d'évènements physiques détectés par le capteur et un module de mémorisation du nombre d'évènements physiques dans une mémoire. Le capteur est également apte à récupérer l'énergie transportée par le courant électrique généré par l'événement physique dans le conducteur électrique pour alimenter électriquement les modules de comptage et de mémorisation. Le dispositif assure donc les fonctions de base de comptage et de mémorisation, en toute circonstance, en complète autonomie, indépendamment de l'état d'une éventuelle source externe d'énergie.

Description

DISPOSITIF DE DETECTION D'EVENEMENTS PHYSIQUES DANS UN CONDUCTEUR ELECTRIQUE

La présente invention a pour objet un dispositif de détection d'évènements physiques générant un courant électrique dans un conducteur électrique. Elle trouve notamment son application à la détection des coups de foudre sur un paratonnerre relié à un conducteur électrique, en vue par exemple du comptage de ces coups de foudre. On connaît en effet des dispositifs de type paratonnerre, disposés 1 o par exemple sur le toit de certains bâtiments, dont le but est de capter la foudre pour que celle-ci soit canalisée et évacuée à la terre et ne frappe pas n'importe où. Un tel paratonnerre comprend de façon classique un mât conducteur relié à la terre par un conducteur électrique. Le mât reçoit le 15 coup de foudre, ce qui crée une surintensité dans le conducteur électrique qui se décharge dans la terre. De tels dispositifs paratonnerre sont donc avant tout des dispositifs de sécurité et de protection, dont il est nécessaire de garantir le bon fonctionnement. 20 Il est donc important de savoir combien de fois un dispositif a été frappé par la foudre, et éventuellement avec quelle intensité, dans un but de maintenance préventive du dispositif. Par ailleurs, la connaissance du nombre de coups de foudre, et éventuellement de leur intensité, est une information importante sur le plan 25 scientifique puisqu'elle peut par exemple être utilisée dans le cadre d'études météorologiques. Ce comptage des coups de foudre est également utile en ce sens qu'il permet de justifier, par exemple auprès d'un assureur, de la survenue du coup de foudre et du lien entre cet évènement et d'éventuels dégâts. 30 On connaît des dispositifs de comptage de coup de foudre, qui détectent la surintensité dans le conducteur électrique reliant le parafoudre à la terre, au moyen d'un capteur, par exemple un capteur de variation de flux de champ magnétique due à la présence de cette surintensité dans le conducteur électrique. Ces dispositifs comprennent une unité de traitement destinée à 5 mettre en oeuvre les fonctions de base que sont le comptage et la mémorisation, avec de préférence un horodatage. Ces dispositifs sont généralement équipés d'une fonction d'affichage, et plus rarement de test et de transfert d'information vers des dispositifs distants. 10 L'ensemble de ces fonctions consomme beaucoup d'énergie électrique, qu'il faut assurer par une source d'alimentation électrique. Pour rendre ces dispositifs autonomes, on prévoit généralement des piles ou une batterie, qui ne peuvent être de grande taille, donc de grande capacité, sans rendre le dispositif trop encombrant et coûteux. 15 Le problème posé par ces dispositifs est que, lorsque ces piles ou cette batterie de capacité réduite sont déchargées, les fonctions ne sont plus assurées, y compris les fonctions de base de comptage et de mémorisation. II faut donc tester régulièrement les piles, et les changer 20 relativement souvent. Même si l'on effectue ces tests et changements de façon fréquente, on n'est jamais certain que le dispositif procédera correctement au comptage et à la mémorisation entre deux tests. Par ailleurs, l'augmentation de la fréquence des tests, et du changement des piles, est coûteuse. 25 En outre, ces dispositifs étant soumis à des conditions climatiques difficiles, la fiabilité de la source d'alimentation électrique est particulièrement importante pour garantir les fonctions de base. Le problème qui se pose est donc de disposer d'un dispositif de détection, notamment de coups de foudre sur une installation de 30 protection directe, qui permette de compter et de mémoriser l'information détectée de façon fiable, même en cas de défaillance de la source d'alimentation électrique externe. L'objet de l'invention est donc d'apporter une solution au problème précité parmi d'autres problèmes. L'invention se rapporte donc à un dispositif de détection d'évènements physiques générant un courant électrique dans un conducteur électrique, tels des coups de foudre sur un paratonnerre relié à la terre par un conducteur électrique. Le dispositif comprend un capteur apte à détecter une information relative à la présence et à l'intensité du courant électrique dans le conducteur électrique, et apte à transmettre cette information à une unité de traitement connectée au capteur. Cette unité de traitement comprend un module de comptage du nombre d'évènements physiques détectés par le capteur, et un module de mémorisation du nombre d'évènements physiques apte à mémoriser ce nombre dans une mémoire. Le capteur comprend un premier moyen de détection de l'information relative à la présence et à l'intensité du courant électrique dans le conducteur électrique et de transmission de cette information à l'unité de traitement.

De façon caractéristique, le capteur comprend également un deuxième moyen de récupération de l'énergie, transportée par le courant électrique détecté dans le conducteur électrique, et d'alimentation électrique des modules de comptage et de mémorisation. Ainsi, le dispositif assure les deux fonctions de base que sont le comptage du nombre d'évènements et la mémorisation, en toute circonstance et de façon complètement autonome, indépendamment de l'état d'une éventuelle source externe d'énergie. De préférence, le premier moyen de détection et de transmission comprend une première bobine faisant partie d'un premier circuit électrique, et le deuxième moyen de récupération de l'énergie et d'alimentation électrique comprend une deuxième bobine faisant partie d'un deuxième circuit électrique. Ces deux bobines sont aptes à transmettre le courant et/ou la tension induit(e) par la variation du flux du champ magnétique crée par une surintensité dans le conducteur électrique sans interrompre celui-ci.

Alternativement, le capteur comprend une bobine à deux bobinages, un premier des deux bobinages faisant partie d'un premier circuit électrique , et un deuxième de ces deux bobinages faisant partie d'un deuxième circuit électrique. Ces deux bobinages sont aptes à transmettre le courant et/ ou la 10 tension induit(e) par la variation du flux du champ magnétique crée par une surintensité dans le conducteur électrique. Le premier moyen de détection et de transmission comprend alors le premier des deux bobinages, et le deuxième moyen de récupération de l'énergie et d'alimentation électrique comprend alors le deuxième des 15 deux bobinages. De préférence, le courant et/ou la tension de sortie du premier et/ou du deuxième bobinage, est ou sont fonction de la surface de bobinage, du nombre de spires du bobinage, et de sa distance par rapport au conducteur électrique. 20 Par surface de bobinage, on entend la surface de la section du noyau ou mandrin (cylindrique, parallélépipédique, ...) sur lequel est enroulé le bobinage, qui est également la surface de la section embrassée par le champ magnétique. Dans une autre variante, éventuellement en combinaison avec une 25 ou plusieurs quelconques des variantes précédentes, l'unité de traitement est un micro-contrôleur comprenant notamment un microprocesseur, une horloge, un convertisseur analogique-numérique, et la mémoire. Dans encore une autre variante, éventuellement en combinaison avec une ou plusieurs quelconques des variantes précédentes, la 30 mémoire est une mémoire non volatile, par exemple du type effaçable électriquement telle qu'une mémoire de type EEPROM ou flash.

Dans une autre variante, éventuellement en combinaison avec une ou plusieurs quelconques des variantes précédentes, l'unité de traitement comprend au moins un module d'affichage, et/ou un module d'horodatage, et/ou un module de test, et/ou un module d'extraction d'une ou plusieurs caractéristiques électriques de l'évènement à surveiller (par exemple l'intensité crête du courant, l'énergie, la polarité, ...), dits modules complémentaires. Tout ou partie de ces modules sont alors alimentés électriquement par une source externe, telle que des piles.

Dans encore une autre variante, éventuellement en combinaison avec une ou plusieurs quelconques des variantes précédentes, le dispositif comprend au moins un module de mise en forme, notamment pour la conversion analogique/numérique, interposé entre le capteur et l'unité de traitement.

Dans encore une autre variante, éventuellement en combinaison avec une ou plusieurs quelconques des variantes précédentes, le dispositif comprend au moins un module de protection contre les surtensions, de préférence soudé au capteur, interposé entre ce capteur et l'unité de traitement, voire l'unité de mise en forme.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement et de manière complète à la lecture de la description ci-après des variantes préférées de réalisation du dispositif, lesquelles sont données à titre d'exemples non limitatifs et en référence aux dessins annexés suivants. - figure 1 : représente schématiquement un exemple de réalisation du dispositif de l'invention, figure 2 : représente schématiquement le capteur du dispositif de l'invention, dans un exemple de réalisation. Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 1, on a fait figurer le conducteur électrique 1 dans lequel circule un courant électrique généré par évènement physique tel qu'un coup de foudre, sous la forme de deux traits verticaux symbolisant le câble électrique qui descend depuis l'élément de captation de la foudre localisé par exemple sur le toit d'un bâtiment jusqu'à la terre. Le dispositif de l'invention comprend un capteur 2 disposé sur ou à 5 proximité du conducteur électrique 1, qui détecte le passage du courant dans ce conducteur électrique 1. Une unité de traitement 3 est reliée au capteur 2, duquel elle reçoit un signal correspondant à l'image du coup de foudre par la ligne de transmission 21. 10 De préférence, on intercale entre le capteur 2 et l'unité de traitement 3 un module de mise en forme 9a, 9b. Le module passif de mise en forme 9a a notamment pour fonction de préparer la conversion analogique/numérique du signal transmis par le capteur 2 à l'unité de traitement 3, par l'intermédiaire de la ligne 21. 15 De préférence également, on intercale entre le capteur 2 et l'unité de traitement 3, avant le module de mise en forme 9a, 9b lorsque celui-ci est présent, un module 10a, 10b de protection contre les surtensions, notamment pour éviter l'endommagement de l'unité de traitement 3. Ce module 10a, 10b de protection est de préférence soudé directement à la 20 sortie du capteur 2. L'unité de traitement 3 est fonctionnellement décomposée en deux blocs 31 et 32. Le premier bloc 31 correspond aux fonctions de base du dispositif, à savoir le comptage des coups de foudre par l'intermédiaire du module 4 de comptage, et la mémorisation du nombre de coup de foudre 25 comptés dans une mémoire 6, par l'intermédiaire d'un module 5 de mémorisation. A chaque fois qu'un coup de foudre génère un courant électrique dans le conducteur 1. Le capteur 2 détecte ce courant de foudre et le transmet, après mise en forme, à l'unité de traitement 3, sous la forme 30 d'une image fidèle de ce courant. L'unité de traitement 3 convertir le signal analogique qu'elle réceptionne, en un signal numérique compté par le module de comptage 4. Le module de mémorisation 5 mémorise alors le nombre résultat du comptage dans la mémoire 6. D'autres fonctions peuvent être prévues dans l'unité de traitement 3, regroupées fonctionnellement dans le bloc 32, dans des modules complémentaires. Ainsi, un module d'affichage 11 permet de gérer l'affichage des informations traitées, dont le nombre de coup de foudre détectés, sur un afficheur 15. Par ailleurs, on peut prévoir un module d'horodatage 12, très utile pour mémoriser l'heure et le jour auxquels la foudre frappe le dispositif. On prévoit aussi de préférence un module de test 13 destiné notamment à tester le bon fonctionnement du dispositif. On peut prévoir également un module, non représenté à la figure 1, d'extraction d'une ou plusieurs caractéristiques électriques de l'évènement surveillé (le courant de foudre dans le cas d'un dispositif de comptage des coups de foudre). Ces caractéristiques peuvent être par exemple la valeur du courant crête, l'énergie, la polarité. On peut prévoir encore une interface de commande 16, qui peut comprendre un clavier, pour la saisie des commandes telles que les 20 commandes de test par exemple. Une interface de communication externe 17 est également prévue, pour permettre la communication de données vers l'extérieur. La connexion peut se faire par exemple par fibre optique, pour permettre une séparation galvanique totale entre les différents éléments, et une liaison 25 immune au rayonnement électromagnétique engendré par la foudre. Cette interface est connectée aux blocs fonctionnels 31 et 32 et fonctionne quelque soit le mode d'alimentation utilisé, soit issue du capteur via la ligne 22, soit par une alimentation externe 14. Une source d'alimentation externe 14, tel que des piles par 30 exemple, permet d'alimenter électriquement le deuxième bloc fonctionnel 32, l'afficheur 15 et éventuellement l'interface de commande 16.

Par contre, l'alimentation électrique du premier bloc 31 correspondant aux fonctions de base de l'unité de traitement 3 est fournie directement par le capteur 2, comme on le verra plus précisément dans l'exemple de la figure 2, par l'intermédiaire de la ligne 22.

De manière analogue à la ligne 21, comme déjà indiqué plus haut, la ligne 22 entre le capteur 2 et l'unité de traitement 3, ou ligne d'alimentation 22, peut comprendre un module de mise en forme 9b intercalé entre le capteur 2 et l'unité de traitement 3. On peut également prévoir sur la ligne d'alimentation 22 un module 10 10b de protection contre les surtensions, de préférence directement soudé au capteur 2. Le capteur 2 comprend, pour ce faire, à la fois un premier moyen de détection de l'information relative à la présence et à l'intensité du courant électrique dans le conducteur électrique 1 et de transmission de 15 cette information à l'unité de traitement 3 par l'intermédiaire de la ligne 21, ainsi qu'un deuxième moyen de récupération de l'énergie, transportée par le courant électrique détecté dans le conducteur électrique 1, et d'alimentation électrique des modules de comptage 4 et de mémorisation 5 par l'intermédiaire de la ligne 22. 20 A la figure 2, on a représenté le dispositif plus en détail dans sa partie de détection du passage du courant électrique dans le conducteur électrique 1. Par souci de clarté, cependant, les détails de l'unité de traitement 3 représentés en figure 1 ne sont pas présents sur la figure 2. 25 De même, les détails des lignes 21 et 22 représentés à la figure 1, avec notamment les modules de mise en forme 9a, 9b, et de protection 10a, 10b, ne sont pas représentés à la figure 2 Précisément, on a représenté le capteur 2 relié à l'unité de traitement 3 par les lignes 21 et 22, avec d'une part le premier moyen 7 de 30 détection de l'information relative à la présence et à l'intensité du courant électrique dans le conducteur électrique 1 et de transmission de cette information à l'unité de traitement 3, et d'autre part le deuxième moyen 8 de récupération de l'énergie, transportée par le courant électrique détecté dans le conducteur électrique 1, et d'alimentation électrique des modules de comptage 4 et de mémorisation 5.

Dans cet exemple, le premier moyen 7 comprend un premier bobinage 7, et le deuxième moyen 8 comprend un deuxième bobinage 8. Ces deux bobinages 7 et 8 sont aptes à transmettre le courant et/ou la tension induit(e) par la variation du flux du champ magnétique crée par une surintensité dans le conducteur électrique 1.

Le premier bobinage 7 transmet ainsi à l'unité de traitement 3, par la ligne 21, un signal transportant ce courant et/ou cette tension induit(e) et représentant une image fidèle du courant de décharge de la foudre dans le conducteur électrique 1. Le deuxième bobinage 8 alimente quant à lui certains des éléments de l'unité de traitement 3, tel que présenté plus haut, par l'intermédiaire du signal transmis par la ligne 22 qui transporte l'énergie électrique récupérée. On peut avoir deux circuits électriques, chacun comprenant l'une des deux bobines 7 et 8 distinctes, chacune comprenant son propre bobinage. Ces deux circuits sont éventuellement regroupés sur un seul circuit principal. On peut également avoir une seule bobine, avec deux bobinages distincts 7 et 8. Le courant et/ou la tension de sortie du premier et/ou du deuxième bobinage, est ou sont fonction de la surface de bobinage, du nombre de spires du bobinage, et de sa distance par rapport au conducteur électrique. Le capteur peut être constitué par exemple d'un premier bobinage de 5 spires et d'un deuxième bobinage de 16 spires enroulées sur un mandrin. Le mandrin est espacé d'environ un demi-centimètre du conducteur électrique, et présente une section embrassée par le champ magnétique dont la surface est de l'ordre de 800 mm2. Cet exemple permet d'obtenir une tension de sortie d'environ 75V pour le premier bobinage, et une tension de sortie d'environ 240 V pour le deuxième bobinage lors du passage d'un courant de foudre dans le conducteur 1 d'une valeur crête de 100 000 A. De préférence, l'unité de traitement 3 prend la forme d'un microcontrôleur intégrant un microprocesseur, une mémoire non volatile (par exemple du type effaçable électriquement telle qu'une mémoire de type EEPROM ou flash), un convertisseur analogique-numérique, une horloge, et d'autres composants que l'on retrouve classiquement dans un microcontrôleur. L'horloge, alimentée par la source d'alimentation externe 14, peut fonctionner alors que le dispositif est en veille, ce qui réduit fortement la consommation électrique.

Ainsi, l'alimentation des fonctions de base du dispositif directement par le capteur 2 lui-même rend ce dispositif autonome pour l'exécution de ces fonctions de base. Cette répartition de l'alimentation électrique, entre le capteur 2 lui-même, et la source externe 14, permet au dispositif, soumis à des conditions climatiques qui ont tendances à limiter la durée de vie et la fiabilité de la source externe 14, d'assurer son fonctionnement de base indépendamment de l'état de cette source externe 14. La présente description est donnée à titre d'exemple, et n'est pas limitative de l'invention.

En particulier, l'invention s'applique également à la détection des surtensions, et donc des surintensités, d'origine kéraunique qui peuvent se produire dans une installation de distribution d'énergie électrique destinée par exemple à alimenter électriquement une usine ou une ville. En effet, de telles installations comprennent généralement un convertisseur abaisseur, par exemple un transformateur, destiné à diminuer la tension qui arrive par des lignes d'alimentation en provenance par exemple d'une centrale électrique avec une tension supérieure à 100 000 V, pour le distribuer sur des lignes de distribution avec une tension supérieure à 10 000 V par exemple. Les lignes d'alimentation provenant par exemple d'une centrale électrique, longues de plusieurs kilomètres, peuvent être frappées par la foudre, créant une surtension et donc une surintensité se propageant vers l'installation de distribution dont le convertisseur abaisseur est le point d'entrée. Des moyens de protection contre de telles surtensions et surintensités sont prévus dans ou à proximité du convertisseur, de sorte de ne pas risquer d'endommager les installations électriques alimentées en aval. II est donc important de pouvoir détecter et compter le nombre de fois que de telles surtensions, synonymes de coup de foudre sur les lignes en amont, se produisent, dans un souci de prévention et de maintenance, ce qui peut tout à fait être réalisé par le dispositif de l'invention. Plus généralement, on rappellera que l'invention s'applique à toute détection d'évènements physiques générant un courant électrique dans un conducteur électrique. 25

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif de détection d'évènements physiques générant un courant électrique dans un conducteur électrique (1), comprenant un capteur (2) apte à détecter une information relative à la présence et à l'intensité du courant électrique dans ledit conducteur électrique (1) et à transmettre ladite information à une unité de traitement (3) connectée audit capteur (2), ladite unité de traitement comprenant un module de comptage (4) du nombre d'évènements physiques détectés par ledit capteur (2) et un module de mémorisation (5) dudit nombre d'évènements physiques apte à mémoriser ce dit nombre dans une mémoire (6), ledit capteur (2) comprenant un premier moyen (7) de détection de ladite information relative à la présence et à l'intensité du courant électrique dans ledit conducteur électrique (1) et de transmission de cette information à ladite unité de traitement (3), caractérisé en ce que ledit capteur (2) comprend également un deuxième moyen (8) de récupération de l'énergie transportée par le courant électrique détecté dans ledit conducteur électrique et d'alimentation électrique des modules de comptage (4) et de mémorisation (5).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier moyen (7) de détection et de transmission comprend une première bobine (7) faisant partie d'un premier circuit électrique, et en ce que le deuxième moyen (8) de récupération de l'énergie et d'alimentation électrique comprend une deuxième bobine (8) faisant partie d'un deuxième circuit électrique, lesdites deux bobines étant aptes à transmettre le courant et/ou la tension induit(e) par la variation du flux du champ magnétique crée par une surintensité dans le conducteur électrique (1).
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur(2) comprend une bobine à deux bobinages (7, 8), un premier (7) de ces dits deux bobinages (7, 8) faisant partie d'un premier circuit électrique , et un deuxième (8) de ces dits deux bobinages (7, 8) faisant partie d'un deuxième circuit électrique, ces dits deux bobinages (7, 8) étant aptes à transmettre le courant et/ou la tension induit(e) par la variation du flux du champ magnétique crée par une surintensité dans le conducteur électrique (1), le premier moyen (7) de détection et de transmission comprenant le premier (7) des dits deux bobinages (7, 8), et le deuxième moyen (8) de récupération de l'énergie et d'alimentation électrique comprenant le deuxième (8) de ces dits deux bobinages (7, 8).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le courant et/ou la tension de sortie du premier (7) et/ou du deuxième (8) bobinage, est ou sont fonction de la surface dudit bobinage (7, 8), du nombre de spires dudit bobinage (7, 8), et de sa distance par rapport au conducteur électrique (1).
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'unité de traitement (3) est un micro- 2 0 contrôleur (3) comprenant notamment un microprocesseur, une horloge, un convertisseur analogique-numérique, et la mémoire (6).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la mémoire (6) est une mémoire non volatile, par exemple du type effaçable électriquement telle qu'une mémoire 25 de type EEPROM ou flash.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'unité de traitement (3) comprend au moins un module d'affichage (11), et/ou un module d'horodatage (12), et/ou un module de test (13), et/ou un module d'extraction d'une ou 30 plusieurs caractéristiques électriques de l'évènement à surveiller, telle que l'intensité crête du courant, l'énergie, la polarité, ditsmodules complémentaires.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le module complémentaire ou tout ou partie des modules complémentaires est/sont alimenté(s) électriquement par une source externe (14), telle que des piles (14).
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un module (9a, 9b) de mise en forme, notamment pour préparer la conversion analogique/numérique, interposé entre le capteur (2) et l'unité de traitement (3).
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un module (10a, 10b) de protection contre les surtensions, de préférence soudé au capteur (2), interposé entre ce dit capteur (2) et le l'unité de traitement (3) voire le module de mise en forme (9a, 9b).