WO2009130290A1 - Dispositif et procede de detection rapide de defaut a capteur-enregistreur rapide de pression - Google Patents

Dispositif et procede de detection rapide de defaut a capteur-enregistreur rapide de pression Download PDF

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WO2009130290A1
WO2009130290A1 PCT/EP2009/054915 EP2009054915W WO2009130290A1 WO 2009130290 A1 WO2009130290 A1 WO 2009130290A1 EP 2009054915 W EP2009054915 W EP 2009054915W WO 2009130290 A1 WO2009130290 A1 WO 2009130290A1
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WO
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pressure
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probe
sensor
data processing
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Patrice Juge
Claude Fournet
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Areva T&D SAS
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Publication date
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B—BOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B13/00—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle
    • H02B13/02—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle with metal casing
    • H02B13/035—Gas-insulated switchgear
    • H02B13/065—Means for detecting or reacting to mechanical or electrical defects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/26—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors
    • G01M3/28—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds
    • G01M3/2838—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds for cables

Definitions

  • the invention relates to the field of medium or high voltage equipment. In this type of equipment, faults can occur.
  • It relates more particularly to a method and a device for the detection of an electrical fault, and more specifically of an internal arc, in an electrical connection or in an electrical station, at medium or high voltage, in a metal envelope (also called PSEM or GIS) or in a gas-insulated line (also called LIG or GIL).
  • a metal envelope also called PSEM or GIS
  • a gas-insulated line also called LIG or GIL
  • characterization for example an external shock on the envelope of the high-voltage equipment, or a large leakage of insulating gas under pressure, or an expansion of the envelope.
  • a detection method based on pressure waves is known from document FR 2 773 420.
  • the defects are fugitive, there is no signal memory and this method also requires additional sensors and judiciously placed in the installation to monitor, it therefore results in a very high cost.
  • the principle of optical detection has limitations. A considerable part of HV equipment defects occur during the operation of the devices. On the basis of light, detection can be fast. But, this information is fleeting. Since the HV devices generate light during the maneuvers because of the cut arcs (which are not fault arcs), the arc detection system must be hidden.
  • the detection time of such a system is generally short (less than 20 ms), except when operating devices where it is blind.
  • Another disadvantage is the difficulty of crossing insulators or active parts or elbows HT material that can lead to shadows. Since it is not easy to lay optical fibers (which are usually used to bring back the light emitted by the arc at the acquisition unit) over long distances and under difficult environmental conditions. To be exact the GIS are most often in building, by cons the GIL are outside. However, even in building, placing optical fibers between GIS equipment and cabinets containing the acquisition system is not easy because the journey is tortuous. This technique is also unsuitable for measurements on busbars or LIGs of several tens of meters to several hundred meters.
  • the parallel architecture of the light sensors leads to a multiplication of the number of optical cables and acquisition units with many inputs and therefore at low costs.
  • the optical sensors being inert (it is a simple optical conductor 5 to 10mm in section, extending the fiber inside the compartment and ending in a light collector), the light does not can be amplified.
  • This is problematic because of the attenuation of the light signal inside the optical fibers.
  • such a system is particularly exposed to fiber failures because of their number, their limited radius of curvature, and their exposure in the HV equipment maintenance areas. This is problematic because of the impossibility for the system to test itself. Therefore, close and complicated maintenance campaigns should be planned because of the need to manually generate a light at the end of each fiber and to test the reaction of the acquisition unit, this having an impact on the continuity of operation of the line. In addition, this system is also expensive.
  • the internal arc recognition based on the use of analog sensors is, in turn, not satisfactory, because the analog measurements are sensitive to the electromagnetic disturbances generated by the HV devices, and in particular those emitted by the internal arc itself. -even.
  • the electromagnetic disturbances emitted during an internal arc result in the circulation of currents flowing in the envelopes of the high-voltage devices and in the earth circuits, but also in the screens of the sensor cables. These currents transmit by coupling disturbances on the wires of the cable. In the case of analog communication sensors, the measurement is disturbed.
  • Another problem is the parasitic currents that occur in a metal casing of a device of the type indicated above.
  • the invention relates to a method for detecting a defect in a high voltage device, comprising a metal casing, at least one central conductor, a pressurized gas acting as a dielectric insulator, and a plurality of compartments through which this conductor passes, this process comprising the following steps:
  • a digital pressure sensor provided with means for sampling pressure data, and to identify pressure data characteristic of said defect
  • These data processing means are preferably common to all the sensors.
  • the acquisition of measurement data, and their processing to identify the occurrence of a defect are performed by own, associated and dedicated means for each sensor.
  • a pressure sensor according to the invention provided with its processing means and storage means, can therefore permanently perform an analysis of the evolution of the pressure. This can be measured according to a fast observation cycle.
  • a parallel processing architecture is used, taking advantage of the processing or calculation means available in each sensor.
  • the synthesis of the data thus obtained can be transmitted to an acquisition unit in a single communication frame, for example of a duration of the order of a few milliseconds, which will mainly depend on the communication speed of the sensor.
  • a duration of less than 1 msec per sensor could be obtained in the context of the present invention.
  • the processing means of each sensor are able to self-diagnose the presence of a defect, and spontaneously warn the acquisition unit, which has to deal with only the alarm message of a single sensor.
  • the processing means may comprise one or more algorithms embedded in each sensor. This results in a shorter diagnostic period than that obtained with the existing devices.
  • the diagnostic time can be divided by a factor of about 50 to 15.
  • Digital pressure data in a sliding time window can be stored.
  • a trace of the evolution of the pressure, over a certain time window is stored in a memory, such as a rotating memory, which precedes the measurement instant.
  • the sensor is therefore capable of transmitting, in a single frame, an alarm message containing a summary of the recent evolution of the pressure values.
  • the sensor also has the capacity to transmit, for a detailed analysis by the acquisition unit, the measured unit values within a time window which is determined either by the acquisition unit. either by the sensor according to its own analysis.
  • the response time of each sensor is preferably less than 1.5 msec.
  • Each pressure sensor is preferably of capacity variation type or piezo-resistive cell type.
  • Pressure variation data characteristic of a defect can be identified by means of a calculation of pressure variation ⁇ P for a certain duration ⁇ T, ( ⁇ P / ⁇ T), and / or with the aid of a frequency of pressure oscillations and / or measurement of peak to peak pressure amplitude and / or identification of a damped pressure wave and / or a persistent pressure gradient .
  • the ratio ⁇ P / ⁇ T and / or the oscillation frequency of the pressure and / or the peak-to-peak amplitude and / or the shape of the pressure wave can be measured or identified at regular intervals.
  • pressure variation data, characteristic of an arc can be identified by means of a calculation of pressure variation ⁇ P for a certain duration
  • the sensors and the processing unit can operate in autonomous mode, which enables the sensor to inform, in an immediate manner, the processing unit of the detection of a phenomenon.
  • the senor and the processing unit are preferably in a master-slave relationship, each sensor being able to transmit data or information only if it has received processing means a request for data or information transmission.
  • each sensor can transmit data or information, after receiving a request for data transmission or information, for a predefined and limited time.
  • a method according to the invention may comprise, between step a) and step b), a step a ') of transmitting, to the data processing means, a fault appearance information.
  • an abnormality signal may be produced, for example by the data processing means.
  • This anomaly signal can be produced before step b).
  • step b) is performed on request of the data processing means to the sensor having identified a defect.
  • the defect is for example the appearance of an internal arc, or an external shock on the envelope, or an insulating gas leak, or an expansion of the envelope.
  • the invention also makes it possible to solve the problem related to the influence of electromagnetic disturbances on the measurements.
  • information for example transmitted in the form of a frame
  • a disturbance for example a byte becomes unreadable
  • the information for example the frame in the example. chosen, can be reissued.
  • the invention also relates to a device for detecting a fault in a high voltage device, comprising a metal casing, a central conductor and a plurality of compartments traversed by this conductor.
  • This detection device comprises: a plurality of digital pressure sensors, each sensor being provided with means for sampling pressure data, and for identifying pressure data characteristic of a defect, means for transmitting pressure variation data characteristic of a fault to data processing means.
  • the invention also relates to a high voltage device, comprising a metal casing, at least one central conductor and a plurality of compartments traversed by this conductor, and a device according to the invention, in particular as explained above.
  • the invention also relates to a high-voltage device, comprising a metal casing, at least one central conductor and a plurality of compartments traversed by this conductor, and digital pressure measuring sensors for implementing a method according to the invention, in particular as explained above.
  • the data processing means may comprise a switching power regulator.
  • a device according to the invention may further comprise means capable of measuring a temperature representative of the temperature of the metal casing.
  • Each pressure sensor may be of capacity variation type.
  • the sensors and the processing unit preferably operate in autonomous mode or are in a master-slave relationship, the sensors being able to transmit only if they have been invited by the processing unit.
  • Each sensor can be positioned inside an envelope, in which the insulating gas under pressure enters through a conduit.
  • the invention also relates to a high-voltage device, comprising a metal casing, at least one central conductor and a plurality of compartments traversed by this conductor, and a device according to the invention, each sensor of the plurality of digital sensors being positioned in a compartments and connected to the data processing means.
  • each sensor and the corresponding data processing means may be contained in a probe body to be positioned on the metal casing of an HT device.
  • the invention therefore also relates to a sensor or a probe, comprising a probe body, able to be positioned on the metal casing of an HT device, this body containing:
  • data processing means for processing data of the pressure detection or pressure variation means, electrical insulation means for isolating, with respect to the body or the envelope of the probe, the means for detecting pressure or pressure variation and the data processing means.
  • Such a probe structure makes it possible to avoid nuisances due to parasitic currents flowing in an envelope on which or against which the probe is installed or disposed, in particular the return currents.
  • Connector-type means may be provided for connecting the data processing means to, for example, a connection cable.
  • a connection cable preferably comprises a set of son surrounded by a metal screen, the assembly being surrounded by an insulating sheath.
  • the connector-type means form an extension of the metallic screen of the cable.
  • the connector type means may be extended by at least one inner envelope which contains at least the pressure detection or pressure variation means and / or the data processing means.
  • Each of the pressure detection or pressure variation means and data processing means is preferably contained in a material or envelope of insulating material, for example ceramic. It is also possible to use a material of silicone or polyurethane type.
  • such a device is of elongate shape, substantially axial symmetry.
  • the data processing means of a sensor can be made in the form of a printed circuit housed in the probe body.
  • the invention also relates to a high voltage device, comprising a metal casing, at least one central conductor and a plurality of compartments traversed by this conductor, and digital pressure measuring sensors for implementing a method according to the invention, according to the invention. any of the embodiments described above.
  • FIG. 1 represents an embodiment, according to the invention, of a metallic envelope HT line provided with sensors.
  • FIG. 2 represents the time evolution of pressure data measured by a sensor according to the invention.
  • FIG. 3 represents an embodiment of a method according to the invention.
  • FIG. 4 represents a sensor that can be used in the context of the invention.
  • FIGS. 5A and 5B are diagrammatic representations, on the one hand of a sensor that can be used in the context of the invention and, on the other hand, of its equivalent circuit.
  • FIG. 6 is a schematic representation of a temperature probe that can be used in a sensor according to the invention.
  • Figure 7 is a schematic representation of an electronic card that can be used in a sensor according to the invention.
  • FIGS. 8A to 8C and 9-11 show temporal evolutions of pressure data measured by a sensor according to the invention.
  • Figures 12A-12C show measurements made according to the invention.
  • FIG. 13 shows the structure of a cable implemented in the present invention.
  • FIG. 1 An exemplary implementation of the invention is illustrated in FIG.
  • the invention can be implemented in GIS or GIL architectures. Cutoff or isolation devices, such as one or more circuit breakers or disconnectors, can be integrated in this type of architecture.
  • the invention can also be implemented in an interrupting chamber, for example at SF6, an unshielded circuit breaker or in an unshielded disconnector.
  • FIG. 1 shows a GIS comprising a compartmentalized metal envelope 2 and a central conductor 4, isolated by a gas under pressure, for example nitrogen and / or sulfur hexafluoride SF.sub.6.
  • the compartments are delimited by insulating supports 6, which, in addition, maintain the electrical conductor 4.
  • the invention also applies to high voltage equipment three-phase, having three conductors 4 in the same envelope.
  • a pressure sensor 10 On each compartment is mounted a pressure sensor 10 (the individual sensors are designated Sl, S2, S3, ... S8 etc. ..).
  • the different sensors are connected to an acquisition unit 12 by a digital communication bus 14.
  • Such acquisition means 12 are for example microcomputer-type and comprise for example a central unit or a microprocessor, which will make it possible to carry out processing on the data received from the sensors, and to store said data as well as calculations made from of these data.
  • a display unit makes it possible to display data, for example in the form of graphs such as those of FIGS. 12A-12C, or calculated data.
  • the means 12 may be programmed to implement the method steps described in the present application.
  • each sensor 10 comprises means for sampling, preferably at high speed, the signal.
  • Each sensor 10 further comprises storage means, for example a rotating memory, which can temporarily store at least a certain number of data which have been taken during a time interval ⁇ T, elapsed, preceding the time tO measurement (this is the interval [tO- ⁇ T, tO]).
  • storage means for example a rotating memory, which can temporarily store at least a certain number of data which have been taken during a time interval ⁇ T, elapsed, preceding the time tO measurement (this is the interval [tO- ⁇ T, tO]).
  • Such an interval is represented for example in FIG. 2, which gives the evolution of the pressure as a function of time, as measured by a sensor 10.
  • the mean of the pressure in FIG. evolution phase On the curve of Figure 2 is further shown a pressure jump ⁇ P, which corresponds to the variation between the initial pressure and the final pressure, as detected by the sensor.
  • Each sensor 10 further comprises, locally, data processing means for processing the data stored in the storage means.
  • an internal arc can be detected from a high frequency of the movements of the pressure generated in the gas, or from a significant peak-to-peak pressure difference.
  • Pressure measurements during an electric arc in SF6 made it possible to characterize frequencies and amplitudes as well as attenuations during propagation in the gas. The frequencies are greater than those of a mechanical noise, thus making it possible to distinguish with the case of a mechanical noise.
  • the measurement of a peak-to-peak pressure difference is particularly well suited in "busbar or LIG" type compartments, where it is difficult to detect small energy-saving arcs, and where, therefore, ⁇ P pressure variations are often low due to a particularly large volume of compartments .
  • the pressure rise over a certain time interval is calculated.
  • the data processing means associated with the sensor can therefore calculate an average value of the ratio ⁇ P / ⁇ T, where ⁇ T is a time window that immediately precedes the measurement instant. This value can be compared to a threshold value, below which there is no anomaly, and beyond which the anomaly is characterized, that is to say corresponds to an arc.
  • anomalies can be detected: for example an external shock on the envelope 2 can be detected, thanks to the non-persistent nature of the pressure disturbances, quickly damped in the gas.
  • a "catastrophic" leak of gas which can be caused for example by the opening or accidental bursting of a rupture disc, results in a shape of the pressure wave in "plunging wave” .
  • Yet another type of anomaly consists of the expansion of the envelope: the efforts related to such an expansion cause a release of energy, and this results in a very short waveform or which can be correlated with variations in temperature, the temperature variations being at the origin of the phenomena of dilation. Information about these events is available in the sensor.
  • such events can be detected very quickly, and allow the establishment of a security measure of the installation, to prevent the situation, which results from the event in question, take on a very serious character.
  • Such events, or the corresponding information, can be stored or archived in a database, which can then be analyzed, for example in terms of aging and material wear.
  • Figures 8A-12C provide examples of pressure waveforms for various situations and types of events.
  • the anomaly is characterized, then there may be backup of at least all or part of the sensor data identifying the anomaly. The presence of the anomaly is reported to the acquisition unit 12.
  • the latter can then immediately decide on an action (for example triggering a signaling or an alarm), then download all of these saved data, for example by querying the sensor that reported the anomaly.
  • an action for example triggering a signaling or an alarm
  • the sensor 10 can resume the normal fast interrogation cycle.
  • the acquisition unit 12 therefore firstly has information relating to the occurrence of an incident (production of an arc or other anomaly), which saves time to trigger an alarm, rather than waiting for all the data to be received, those that identify the anomaly and possibly other data.
  • the transfer of the measuring points, which justify the triggering of the alarm, can then be realized.
  • each sensor and the means which are locally associated with it has the ability to detect an anomaly in a very short time, to report this anomaly to the unit 12, which will first act for that the situation resulting from the appearance of this anomaly is controlled.
  • a first step SO the sensor is powered up.
  • a fast sampling for example at a frequency of 1000 Hertz, of the sensor signal is carried out.
  • the sampled data is stored in a rotating memory, for example 512 points.
  • step S2 The presence or absence of an abnormal pressure change is then confirmed or reversed.
  • the method loops back to the previous step S1.
  • the data is stored permanently, and an alarm message can be sent to the acquisition unit 12 (step S3).
  • the pressure variation data can then be transmitted to this same acquisition unit 12 (step S4).
  • step S5 Only after the end of the transmission of the values can rapid sampling be carried out again (step S1).
  • FIG. 4 represents a probe comprising a sensor, which can be used within the scope of the invention.
  • this probe is of substantially cylindrical shape about an axis AA '. It comprises a body, constituted for example in two parts 150, 152, fixed on a base 153. The outer portion 153 'of the base 153 bears on the metal casing 2 (see Figure 1). In addition, the last base 153 is traversed by a cylindrical passage 113, connecting the atmosphere of the compartment to the sensor. At the end of this passage, inside the body of the probe, is disposed the sensor 110. The latter is isolated from the body of the probe; it is for example maintained in a ceramic part 140, itself held by the base 153, and in the base of which an orifice 115 leaves the free passage to the ambient atmosphere from the conduit 113 and whose pressure is at measure.
  • This orifice 115 as well as the diameter of the portion of the duct 113 located between the outer portion 153 'of the base 153 and the sensor 110 can be adjusted to form a low-pass mechanical filter, which makes it possible to filter the noises.
  • the outer tube 152 which forms the lower part of the body of the device, is preferably made of stainless steel and is fixed on the base 153. During operation, the temperature of this tube 152 is substantially that of the casing 2.
  • the cover 150 which closes the device may be a molded part, for example of treated polyurethane, and which holds the temperature over a range substantially between -40 ° C and + 110 ° C.
  • a printed circuit 130 comprising processing means and data storage means measured from the sensor 110, as well as communication means with an acquisition unit 12 outside (see Figure 1).
  • the sensor 110 is connected, from its rear face, to the circuit 130 by connections 111.
  • the circuit 130 is held in a first tube 155, or inner tube, by a material of filling 156, electrically insulating
  • a filler 154 forms an outer filling, between the inner tube 155 and the outer tube 152.
  • This material is also electrically insulating, it is for example polyurethane foam and / or silicone.
  • the circuit 152 may be cylindrical symmetry, and arranged along the same axis of symmetry as in Figure 4.
  • the circuit 130 is itself connected to a connector 170, on which connecting means 175 can be fixed. These means 175 are extended by a cable 180.
  • the connector 170 comprises a peripheral cylindrical ring 171.
  • the assembly comprising the sensor 110, the circuit 130 and the connector 170 can be held by the metal tube 155, itself maintained in the tube 152 by the filling material 154.
  • the cable 180 comprises the structure shown in FIG. 13. It therefore comprises a set of wires 181, which are surrounded by a metal screen 183. This includes, for example, a tinned copper braid provided with a aluminum foil. The assembly is surrounded by a sheath 185.
  • the sensor communication and supply means are represented here by a single wire, but there are actually several (2x2).
  • the structure of a sensor according to the invention provides insulation with respect to these parasitic currents.
  • the insulating material 156,154 and the insulating support means 140 electrically isolate the electronic means 130 and the sensor 110 of the outer casing 152 which may possibly lead parasitic currents.
  • the ring 171, and therefore the connector 170 is separated from the casing 152 by a layer of insulating material 154.
  • the base 153 is at the potential of the metal casing 2, and the insulation achieved avoids the flow of a current on the casing 171 and the screen 183 of the cable 180.
  • a sensor according to the invention therefore comprises an outer casing which contains a circuit 130 and a sensor 110, but these are isolated from the outer casing by means of electrical insulation, which take the form, in the example shown, the material layers 154, 156, and the insulating base 140.
  • a starting distance d calculated for a certain voltage value, for example 30 kV, separates the ring 171 from the connector 170 of the outer tube 152.
  • FIG. 5A schematically represents the sensor 110 itself, of capacitive type. .
  • This pressure sensor 110 operates on the principle of a capacity variation caused by the bending of a ceramic membrane 112 (Al2O3) metallized on its internal face.
  • This membrane is sealed on a base 114 itself ceramic and on which three electrodes 115, 117 and 119 have also been previously screen printed.
  • This seal is made by serigraphy of a thin glass thickness 116 in the pasty state around the periphery of the membrane 112 and on the base 114.
  • the center of the diaphragm 112 approaches the base 114 and causes the increase of the measuring capacitance Cm constituted by the electrode 113 located in the center of the base and the membrane.
  • the peripheral electrode serves as reference capacitor Cr.
  • the equivalent circuit of this device is shown in FIG. 5B, in which the capacities, respectively of measurement and of reference are represented.
  • the measurement capacities Cm and reference Cr are of the order of 30pF each.
  • the variation of the measurement capacitance (central capacitance) is of the order of 1 pF to 2 pF for the full scale of measurement.
  • the conditioning of the signal is carried out on the principle of charge transfer from a capacitor to both capacitors of the sensor.
  • the voltage obtained across the two capacitors is then filtered to give an analog signal.
  • temperature sensor means may be arranged in the measuring device, preferably with the electronic circuit 130.
  • the electronic circuit 130 For example, two sensors of Temperature RTH1 and RTH2, arranged as shown in Figure 6, are used.
  • Each of these two sensors can be made of platinum, in the form of a resistive chip.
  • the nominal resistance of each sensor, at 0 0 C, is 1000 Ohm.
  • Tcap near designates the temperature of the pressurized capsule
  • Telectronique designates the temperature of the electronic circuit 130.
  • this sensor is precisely supplied and regulated under a DC voltage of 24 V. Its operation is permanent, so the heat flow is constant.
  • the validity of the measuring principle is in particular ensured by the good thermal conductivity of the ceramic electrical insulation 140, which is about twice as good as that of the stainless steel used for the construction of the end 153 of the sensor.
  • FIG. 7 represents an electronic card of a pressure sensor according to the invention.
  • the transmitter electronics is structured around a microcontroller 132 which incorporates features such as signal acquisition and communication.
  • this electronics comprises means or a card, for example in the form of printed circuits, central processor 132 with its power supply 134 and an interface 136, for example of the RS485 type.
  • the means 132 comprise means for conditioning the signal of the capacitive pressure sensor.
  • the means 130 may comprise means, or a filtering card, in particular to provide EMI and EMC protection. In the structure of Figure 4 these means can be placed on the circuit 130, immediately behind the base 171.
  • the microcontroller means 132 make it possible to perform analog signal acquisition (ADC) with a multiplexer with 4 inputs and 12 bits of minimum resolution.
  • ADC analog signal acquisition
  • the acquisition time is preferably less than 10 ⁇ s.
  • the RS485 serial link is of UART type with FIFO type buffers. These means are equipped with a memory
  • RAMs sufficient to contain all the working variables as well as communication buffers and measurement records.
  • this memory has a capacity of 2Kbyte, or more.
  • These means also include a memory
  • EEPROM for storage of various information such as for example calibration parameters and / or references and / or serial number of the sensor.
  • These microcontroller means 132 furthermore comprise an integrated clock system or real-time clock signal generation means. These clock means will also allow management of the synchronization of the chosen protocol.
  • microcontroller will enable the management of interrupts with a table of programmable vectors.
  • this microcontroller preferably has a low consumption, for example about 22 mA at 5 volts in 8 Mips. It operates over a wide operating voltage range, for example from 2.5V to 5.5V, and over a temperature range of -40 ° C to 85 ° C (the latter corresponds to a functional guarantee for the measurement ). But, it is desirable that the component resistance to temperature is in fact about 140 0 C, that is, for any temperature below 140 0 C there is no destruction or irreversible damage.
  • dsPIC30F3012 or dsPIC30F3013 from MICROCHIP is dsPIC30F3012 or dsPIC30F3013 from MICROCHIP.
  • the device 130 includes means 134 for feeding.
  • this power supply implements switching energy conversion technology.
  • the consumption is almost constant, as long as it operates at a constant frequency.
  • the power consumed by the electronic card is approximately constant, only the current varies.
  • the power supply can be one of the elements that can suffer the most directly from any disturbances generated by the environment. Therefore, it is preferred to choose a robust power supply, which can provide protection for the microcontroller; it is for example of the type qualified for embedded applications in the automotive field.
  • a switching power regulator 134 for this application are as follows:
  • a suitable switching regulator is the National Semiconductor LM5008 controller. His Built-in 100V MOS supports a power supply voltage range of 10 to 90Vdc (for a nominal 24Vdc supply voltage). The switching frequency varies, depending on the current delivered by the controller, between 100 kHz and 600 KHz. The value of the self is between 100 ⁇ H and 220 ⁇ H.
  • the previously selected microcontroller (dsPlC30F3012) is programmed to provide a computing power of 4 MIPS, its theoretical power consumption at 5Vdc is 22 mA, which gives an overall consumption of (5V / 24V x 22mA) + ImA ⁇ 6 mA for a board powered by 24 Vdc, considering that the microcontroller is the main consumer of power.
  • the stall level of this power supply is 8 volts, and a consumption of only 6 mA is satisfactory, far from the imposed limits.
  • the RS485 communication interface 136 transmits the data at 115 kbps in half duplex mode over a twisted pair.
  • the RS485 interface driver is one of the components that may be the most exposed to the disturbances generated by the environment (in particular the driven voltage peaks), it is preferably selected according to its performance vis-à-vis screw surges and short circuits. An ESD protection, for example of +/- 15 KV, is therefore integrated into the component.
  • the RS485 driver is selected in the speed range between 500 Kbaud and 2.5 Mbaud. The choice of a component fast allows to limit current calls during switching. Since the current is drawn from the sensor supply, this may result in noise on the measurements. The current calls also depend on the load represented by the communication bus between the sensor and the acquisition unit.
  • the consumption of the driver in operation does not exceed 1 to 2 mA.
  • LinearTechnology This driver is efficient in terms of protection against external disturbances: it allows protection against overvoltages up to 60V, against short circuits, and it supports ESD up to + _ 15KV without damage or Latchup (IEC-61000-4-2, level 4, which identifies electrostatic discharges) and transient, fast, burst discharges of + 4 KV (IEC-61000-4-4 level 4, which identifies type of landfill).
  • Another component, Texas SN65176B gave equally satisfactory results during the same tests.
  • All inputs / outputs are preferably configured as input: in a first step, the software configures the inputs / outputs of the microcontroller 132 as well as the various associated functions (for example: the analog inputs for the sensor signals , UART (universal asynchronous transceiver) for the serial link that drives the RS485 driver, .).
  • the software configures the inputs / outputs of the microcontroller 132 as well as the various associated functions (for example: the analog inputs for the sensor signals , UART (universal asynchronous transceiver) for the serial link that drives the RS485 driver, .).
  • the interruptions (IT) in real time make it possible to ensure a good time flow, perfectly clocked.
  • the real-time ITs are generated at a frequency that can be adjusted, for example every 200 ⁇ s.
  • the tasks performed in the processing of the IT in real time are essentially the acquisition of signals from the sensors and the incrementation of various counters such as those relating to the management of the temporal progress of the communication protocol between the sensors 10 and the unit 12.
  • One or more acquisitions of each of the sensor signals are performed at each interruption in real time. Each signal value thus obtained is added to the previous ones in a buffer register. All 8 ITs in real time, the buffer is transferred to initiate the pressure and temperature calculations, then reset for the next acquisition sequence. Calculations are supported by a background task manager (excluding
  • each sample packet for example 16 samples
  • the treatment on each sample packet leads to an average after elimination of the atypical values and the extreme values, by the use of an absolute and relative coherence filter.
  • the transmission and reception of information is done under IT.
  • pressure and temperature values are calculated according to acquisition values and calibration parameters (thermal compensation, linearity, scaling ).
  • Secondary tasks include, for example, ancillary procedures that the main program occasionally uses to perform particular and exceptional functions, such as:
  • This function is used to receive the new version of the program via the RS485 serial link.
  • a specific function of the protocol is reserved, and ensures the implementation in memory "FLASH". Possibly, this function makes it possible to implement another version of the data processing if one changes the type of fault to be characterized.
  • Calibration which is a specific function that the main program uses only during the calibrator phase of the transmitter, in production or during subsequent calibrations.
  • the transmitter is fully assembled prior to calibration, which is performed via the RS485 serial link and a specific control of the reserved protocol.
  • This function includes the recording of traceability and identification data, which data are stored in a memory (eg EEPROM type) of the transmitter.
  • the offset and gain parameters can be adjusted beforehand, the calibration on site then being limited to a comparison with a standard.
  • the data of the sensors 10 are transmitted to the calculation unit 12. To do this, a dialogue protocol between these different elements has been developed. These elements are in master-slave relationship: the sensors (slaves) can only transmit if they have been invited by the unit 12 (the master). Each exchange of data is initiated by it. When it interrogates a sensor, it has a maximum duration (for example 1 ms or even 500 ⁇ s), to process the command and respond; a message sent out of this time window is considered invalid. Likewise after the execution of a command, or after reception of a frame of which it is not addressed, the transmitter 10 has a maximum duration of time, for example 500 ⁇ s, in order to get back into tune. unit 12.
  • a maximum duration for example 1 ms or even 500 ⁇ s
  • the physical link is provided by an interface RS485 which transmits a differential signal in half-duplex (the different devices successively access the bus 14 (FIG. 1)
  • This link uses a twisted pair for the data transmission, and a pair for the transmission of the data.
  • power supply 24Vdc nominal
  • the format of the data transmitted on the bus is as follows: 1 bit Start.
  • Baud the duration of transmission of a character is therefore of the order of 100 microseconds.
  • the transmission protocol can specify that the maximum duration between 2 characters is less than 1.5 characters, so less than 150 ⁇ s.
  • An interruption in the transmission of characters, for a duration greater than 3 characters, (thus greater than 300 ⁇ s) is interpreted as a frame end.
  • the format of a frame sent by the master is as follows:
  • the "station” address is that of the sensor concerned.
  • An address, for example 250, can be reserved for "BROADCAST" commands, that is to say commands addressed to all the sensors 10 simultaneously. These commands do not require any response from the sensors.
  • the other addresses can be used for the transmitters present on the bus 14.
  • the function code determines the command to be executed by the station (slave).
  • the function code is for example coded on 7 bits, the eighth bit (MSB) always being equal to 0.
  • the parameters or data are the information allowing the execution of the function.
  • the 2 bytes CRC16 constitute a key of control of the whole frame and make it possible to guarantee the integrity of the received data.
  • the calculation of CRC16 is subject to a standard described in the standard
  • a response sent by a transmitter responds to a specific format:
  • the transmitter At the top of its answer, the transmitter returns its own address to confirm that it is he who performed the function.
  • the transmitter If the transmitter has correctly executed the function, it returns the same function code as that sent by the master. If any error has occurred, it returns the function code by forcing the eighth bit (MSB) to 1. In this case, the following data is an exceptional error code. "Data" data is present if the function requires feedback.
  • the length of a reply sent by a station comprises between 5 and 10 characters.
  • exceptional errors can be programmed, such as transmission errors.
  • Each transmitter can implement the following functions:
  • a request from the master is defined: a request from the master, according to a predefined format, for example that indicated above,
  • the acquisition unit polls the sensors one by one.
  • Each pressure value measured for example every millisecond, is stored in a rotating stack of 512 values.
  • This value is expressed in millibar. 2 bytes are used per value, a stack of 1024 bytes. This stack can be stored in a RAM of the DSP, using half of the RAM.
  • the application has a pressure event detection algorithm, based on a threshold of
  • ⁇ P / ⁇ T (configurable). The calculation is done at regular intervals, for example each msec, by calculating the pressure rise over a certain time interval, for example an interval of 10 msec. If the threshold is exceeded, a confirmation based on the slope obtained by linear regression can be performed on, for example, 10 values.
  • the stack is frozen with a certain value taken as the original value of the record, for example the value N-
  • the following values (for example: 512 values) are recorded and kept at the disposal of the master during, for example, one minute.
  • the trigger triggers a millisecond counter for time marking of the event, when read by the master.
  • a specific code is returned to the master.
  • a function code makes it possible to load ("dump") the stack of these values as well as the time counter.
  • the master returns an acknowledgment of receipt, or reiterates his request. On receipt of this acknowledgment, or at the latest after a predefined period, for example 64 seconds, the operation of the rotating battery is re-initialized, and the operation of the counter is stopped.
  • the response time of a sensor is less than 1.5 msec. This makes it possible to ensure a duration of a Question / Answer (Q / R) cycle, during an exchange of data or information with the unit 12, less than 2.5 msec.
  • the time between the end of a master's question and the beginning of the sensor's response is less than 500 microseconds.
  • the initialization time of the sensor is preferably less than 10 msec, and preferably less than 3 complete cycles of Q / R under pressure, ie at most 7 msec.
  • the use of latest-generation CMS components makes it possible to ensure miniaturization and resistance to certain electromagnetic disturbances.
  • the SMD resistors and capacitors are not subject to power requirements or voltage withstand, are in a 0402 package
  • the operational amplifiers for the conditioning of the signals coming from the pressure or temperature sensors are in an MSOP8 package.
  • the printed circuit is of 4-layer class-5B or class-6B technology.
  • the 2 central layers will be reserved mainly for the grounding of the microcontroller and the positive supply voltage of the microcontroller (for example +5 Volt).
  • the material is FR4 with a thickness of about 1.6 mm.
  • the thickness of the conductors is standard: +/- 35 microns, the protective coatings of drivers are in LPI - 2 x green. Given the extreme level of miniaturization, there is no silkscreen for the identification of components, it has more disadvantages for the good welding of components that real interest in the development or testing of cards .
  • FIGS. 8A-8C and 9-11 show the evolutions of pressure signals as a function of time in the context of measurements made with a device according to the invention.
  • an event occurs in the casing 2 of a high-voltage device for a duration Tare. Pressure variations are observed during this time interval, and the question arises whether these pressure variations effectively characterize the presence or absence of an electric arc.
  • the pressure data are obtained, in all three cases, according to one of the methods according to the invention which have been described above.
  • the first case ( Figure 8A) is that of a small volume compartment, or that of a major defect, which releases a lot of energy.
  • the amplitude ⁇ P that is to say the difference between the pressure after defect and the pressure before defect is significant, that is to say greater than the measurement error of the pressure sensor.
  • the second case ( Figure 8B) is that of a large volume compartment, or a small defect, which releases little energy.
  • the third case ( Figure 8C) is that of a large volume compartment, or a small defect, with a sensor located relatively close of the defect.
  • FIGS. 9 to 11 represent other situations that can be identified by means of a pressure variation detected by a method according to the invention.
  • the first case represents the evolution of the pressure as a function of time, following an external shock. From the point of view of the evolution of the pressure, this shock is characterized by a quasi-absence of pressure variation between the initial pressure and the final pressure, as well as by the presence of a rapidly damped wave.
  • the second case represents the evolution of the pressure as a function of time, following a dilation. From the point of view of the evolution of the pressure, this expansion is characterized by a quasi-absence of pressure variation between the initial pressure and the final pressure, as well as by the presence of a high frequency wave and rapidly damped.
  • the third case represents the evolution of the pressure as a function of time, following a catastrophic gas leak. From the point of view of the evolution of the pressure, this leak is characterized by the significant negative slope of the pressure curve as a function of time, this slope being preceded by a normal situation, during which the pressure is stable.
  • FIGS. 12A-12C represent measurements, of the type shown diagrammatically in FIG. 8A or 2, for a 990 A arc (duration of 210 ms), performed with a self-triggering recording sensor from Bourdon. Pressure values can be identified for every millisecond.
  • the abscissa axis is in ms and the ordinate axis in mbar.
  • the sensor is located in line with the arc for FIG. 12A and at 3.45 m from the arc for FIG. 12B.
  • Figure 12C two curves are shown, one (curve I) with the sensor located at the arc and the other (curve II) with the sensor located at 3.45 m from the arc.
  • the ⁇ P measured is 24.5 mbar.
  • the insulating gas is SF6 in all 3 cases.

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Abstract

Sonde de pression, apte à être positionnée sur l'enveloppe métallique d'un dispositif HT, comportant un corps (150, 152) de sonde contenant : - des moyens (110) de détection de pression ou de variation de pression, de type capacitif, - des moyens (113) pour mettre en contact ces moyens de détection de pression, ou de variation de pression, avec une atmosphère (P) extérieure, L'atmosphère du enveloppe métallique 82) - des moyens (130) de traitement numérique de données, pour traiter des données des moyens de détection de pression ou de variation de pression - des moyens (154, 156, 140) d'isolation électrique pour isoler, par rapport au corps ou à l'enveloppe (150, 152) de la sonde, les moyens de détection de pression ou de variation de pression et les moyens de traitement de données.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE DE DETECTION RAPIDE DE DEFAUT A CAPTEUR-ENREGISTREUR RAPIDE DE PRESSION
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR
L' invention concerne le domaine du matériel moyenne ou haute tension. Dans ce type de matériel, des défauts peuvent se produire.
Elle concerne plus particulièrement un procédé et un dispositif permettant la détection d'un défaut électrique, et plus spécifiquement d'un arc interne, dans une liaison électrique ou dans un poste électrique, à moyenne ou à haute tension, sous enveloppe métallique (encore appelés PSEM ou GIS) ou dans une ligne à isolation gazeuse (encore appelée LIG ou GIL) .
La détection de l'arc interne de défaut (contrairement à un arc de coupure), à l'intérieur de matériel haute tension est nécessaire pour la sécurité, la maintenance et l'exploitation.
D'autres types de défauts peuvent nécessiter une caractérisation, par exemple un choc externe sur l'enveloppe du matériel haute tension, ou encore une fuite importante de gaz isolant sous pression, ou encore une dilatation de l'enveloppe.
Un procédé de détection basé sur les ondes de pression est connu du document FR 2 773 420.
De manière pratique, les solutions connues mettent en oeuvre des capteurs de pression analogiques ou des capteurs optiques raccordés individuellement à des unités d'acquisition capables de traiter simultanément les informations de tous les capteurs. Ceci conduit à utiliser des unités d'acquisition surpuissantes d'un coût très élevé.
Divers inconvénients sont inhérents à la mise en oeuvre de la méthode optique : les défauts sont fugitifs, il n'y a pas de mémoire de signal et cette méthode demande en outre des capteurs supplémentaires et judicieusement placés dans l'installation à surveiller, il en résulte donc que un coût très élevé. Plus précisément, le principe de détection optique comporte des limitations. Une part considérable de défauts en matériel HT survient durant la manœuvre des appareils. Sur la base de la lumière, la détection peut être rapide. Mais, cette information est fugitive. Comme les appareils HT génèrent, durant les manœuvres, de la lumière, en raison des arcs de coupure (qui ne sont pas des arcs de défaut) , le système de détection d'arc doit alors être occulté.
Le temps de détection d'un tel système est généralement court (moins de 20 ms) , sauf en cas de manœuvre d'appareils où il est aveugle. Un autre inconvénient est la difficulté de franchissement des isolateurs ou des parties actives ou des coudes du matériel HT pouvant conduire à des zones d'ombre. Comme il n'est pas aisé de poser des fibres optiques (qui sont habituellement utilisées pour ramener la lumière émise par l'arc au niveau de l'unité d'acquisition) sur de longues distances et dans des conditions environnementales difficiles. Pour être exact les GIS sont le plus souvent en bâtiment, par contre les GIL sont à l'extérieur. Cependant, même en bâtiment, poser des fibres optiques entre l'appareillage GIS et les armoires contenant le système d'acquisition n'est pas aisé car le trajet est tortueux . Cette technique est en outre inadaptée à des mesures sur des jeux de barres ou LIG de plusieurs dizaines de m à plusieurs centaines de m.
L'architecture parallèle des capteurs de lumière conduit à une multiplication du nombre de câbles optiques et à des unités d'acquisition comportant de nombreuses entrées et donc à des coûts peu supportables.
D'autre part, les capteurs optiques étant inertes (il s'agit d'un simple conducteur optique de 5 à 10mm de section, prolongeant la fibre à l'intérieur du compartiment et se terminant par un collecteur de lumière), la lumière ne peut être amplifiée. Ceci pose problème en raison de l'atténuation du signal lumineux à l'intérieur des fibres optiques. De plus, un tel système est particulièrement exposé à des défaillances au niveau des fibres en raison de leur nombre, de leur rayon de courbure limité, et de leur exposition dans les zones de maintenance de l'appareillage HT. Ceci est problématique en raison de l'impossibilité pour le système de se tester lui-même. Il faudrait donc prévoir des campagnes de maintenance rapprochées et compliquées en raison de la nécessité de générer manuellement une lumière à l'extrémité de chaque fibre et de tester la réaction de l'unité d'acquisition, ceci ayant un impact sur la continuité d'exploitation de la ligne. Par ailleurs, ce système est lui aussi coûteux .
La reconnaissance d'arc interne basée sur l'utilisation de capteurs analogiques n'est, quant à elle, pas satisfaisante, car les mesures analogiques sont sensibles aux perturbations électromagnétiques générées par les appareils HT, et notamment celles émises par l'arc interne lui-même. Les perturbations électromagnétiques émises lors d'un arc interne se traduisent par la circulation de courants circulant dans les enveloppes des appareils haute tension et dans les circuits de terre, mais aussi dans les écrans des câbles des capteurs. Ces courants transmettent par couplage des perturbations sur les fils du câble. En cas de capteurs à communication analogique, la mesure est perturbée.
Il se pose donc le problème de trouver un nouveau procédé et un nouveau dispositif permettant de réaliser des identifications de défauts de manière plus efficace que par les techniques actuellement connues. En particulier, une identification plus rapide d'un défaut et une intervention plus rapide suite à cette identification est souhaitable. De préférence un tel nouveau procédé ou dispositif est adaptable à l'identification de divers types de défauts.
Un autre problème est celui des courants parasites qui se produisent dans une enveloppe métallique d'un dispositif du type indiqué ci-dessus
(par exemple PSEM ou GIS ou LIG ou GIL) en particulier le problème des courants dits de retour qui perturbent toute mesure qui permettrait d'identifier un défaut. EXPOSE DE L'INVENTION
L' invention concerne un procédé de détection d'un défaut dans un dispositif haute tension, comportant une enveloppe métallique, au moins un conducteur central, un gaz sous pression faisant office d'isolant diélectrique, et une pluralité de compartiments traversés par ce conducteur, ce procédé comportant les étapes suivantes :
- disposer, dans chaque compartiment, un capteur numérique de pression muni de moyens pour échantillonner des données de pression, et pour identifier des données de pression caractéristiques dudit défaut,
- transmettre les données numériques de pression caractéristiques dudit défaut à des moyens de traitement de données.
Ces moyens de traitement des données sont de préférence communs à tous les capteurs.
Selon l'invention, l'acquisition de données de mesures, et leur traitement pour identifier l'apparition d'un défaut sont réalisés par des moyens propres, associés et dédiés à chaque capteur.
Un capteur de pression selon l'invention, muni de ses moyens de traitement et de moyens de mémorisation, peut donc effectuer en permanence une analyse de l'évolution de la pression. Celle-ci peut être mesurée suivant un cycle d'observation rapide.
Du fait de l'existence de plusieurs capteurs, on utilise une architecture de traitement parallèle, profitant des moyens de traitement ou de calcul disponibles dans chaque capteur. La synthèse des données ainsi obtenues peut être transmise à une unité d'acquisition en une seule trame de communication, par exemple d'une durée de l'ordre de quelques millisecondes, qui va surtout dépendre de la vitesse de communication du capteur. Ainsi, une durée inférieure à 1 msec par capteur a pu être obtenue dans le cadre de la présente invention.
La mémorisation, par chaque capteur, de la perturbographie de pression sur une fenêtre temporelle glissante permet de procéder à une analyse conduisant à un diagnostic très fiable de la présence d'un défaut, par exemple un arc interne.
Les moyens de traitement de chaque capteur sont aptes à diagnostiquer par eux-mêmes la présence d'un défaut, et à avertir spontanément l'unité d'acquisition, qui n'a plus à traiter que le message d'alarme d'un seul capteur. À cette fin, les moyens de traitement peuvent comporter un ou des algorithmes embarqués dans chaque capteur. II en résulte une durée de diagnostic inférieure à celle obtenue avec les dispositifs existants. La durée de diagnostic peut être divisée par un facteur d'environ 50 à 15.
Des données numériques de pression, dans une fenêtre temporelle glissante, peuvent être mémorisées. Selon un mode de réalisation, une trace de l'évolution de la pression, sur une certaine fenêtre temporelle, est conservée dans une mémoire, telle qu'une mémoire tournante, qui précède l'instant de mesure. Une analyse, à l'aide des moyens de traitement de données associés localement à chaque capteur, lui permet de détecter quasi-instantanément, ou de manière très rapide, la présence d'une anomalie, par exemple une anomalie de surpression, comme celle générée par un arc interne.
Le capteur est donc capable d'émettre, en une seule trame, un message d'alarme contenant une synthèse sur l'évolution récente des valeurs de pression.
Le capteur a également la capacité de transmettre, en vue d'une analyse détaillée par l'unité d'acquisition, les valeurs unitaires mesurées à l'intérieur d'une fenêtre de temps qui est déterminée, soit par l'unité d'acquisition, soit par le capteur en fonction de sa propre analyse.
Le temps de réponse de chaque capteur est de préférence inférieur à 1,5 msec.
Chaque capteur de pression est de préférence de type à variation de capacité ou à cellule piezo-résistive .
Des données de variation de pression caractéristique d'un défaut peuvent être identifiées à l'aide d'un calcul de variation de pression ΔP pendant une certaine durée ΔT, (ΔP/ΔT) , et/ou à l'aide d'une fréquence d' oscillations de la pression et/ou de la mesure de l'amplitude crête à crête de la pression et/ou à l'aide de l'identification d'une onde de pression amortie et/ou d'une pente persistante de pression. Le rapport ΔP/ΔT et/ou la fréquence d'oscillations de la pression et/ou l'amplitude crête à crête et/ou la forme de l'onde de pression peuvent être mesurées ou identifiées à intervalles réguliers. Dans le cas de la détection d'un arc, des données de variations de pression, caractéristiques d'un arc, peuvent être identifiées à l'aide d'un calcul de variation de pression ΔP pendant une certaine durée
ΔT, ΔP/ΔT, qui peut être réalisé à intervalles réguliers.
Il peut être intéressant de mesurer en outre une température représentative de la température de l'enveloppe métallique.
Les capteurs et l'unité de traitement peuvent fonctionner en mode autonome, ce qui permet au capteur d'informer, de façon immédiate, l'unité de traitement de la détection d'un phénomène.
Mais le capteur et l'unité de traitement sont de préférence en relation maître - esclave, chaque capteur ne pouvant émettre une donnée ou une information que s'il a reçu des moyens de traitement une requête de transmission de donnée ou d'information.
De préférence, chaque capteur ne peut émettre une donnée ou une information, après réception d'une requête de transmission de donnée ou d' information, que pendant une durée prédéfinie et limitée .
Un procédé selon l'invention peut comporter, entre l'étape a) et l'étape b) , une étape a' ) de transmission, aux moyens de traitement de données, d'une information d'apparition d'un défaut. Après l'étape a'), un signal d'anomalie peut être produit, par exemple par les moyens de traitement de données.
Ce signal d'anomalie peut être produit avant l'étape b) .
De préférence, l'étape b) est réalisée sur requête des moyens de traitement de données au capteur ayant identifié un défaut.
Le défaut est par exemple l'apparition d'un arc interne, ou un choc externe sur l'enveloppe, ou une fuite de gaz isolant, ou une dilatation de l'enveloppe.
Il est d'ailleurs possible de reconfigurer un capteur, programmé par exemple pour identifier des arcs, pour identifier un autre type de défaut, par exemple une dilatation.
L'invention permet en outre de résoudre le problème lié à l'influence des perturbations électromagnétiques sur les mesures.
Ainsi, il peut arriver qu'une information, par exemple émise sous forme de trame, soit affectée par une perturbation (par exemple un octet devient illisible), et, dans ce cas, l'information, par exemple la trame dans l'exemple choisi, peut être réémise.
C'est notamment le cas pour les capteurs à communication numérique, pour lesquels il existe au moins deux paires de fils. Une des deux paires est dédiée à l'alimentation du capteur (par exemple : 24VDC de tension nominale d'alimentation), l'autre étant dédiée à la communication, par exemple sous forme d'échange de trames. Un contrôle de transmission peut être réalisé (souvent appelé CRC) . En outre, grâce à la mémoire du capteur, la transmission de données peut être différée, notamment après que les perturbations électromagnétiques aient disparu (donc après le défaut qui a occasionné les perturbations) . Ceci peut être en particulier appliqué dans le cas ou l'on télécharge l'ensemble des points de mesure pour une analyse humaine a posteriori, après que le capteur ait détecté et signalé un défaut en temps quasi réel. Les fils d'alimentation du capteur peuvent aussi ramener des perturbations vers le capteur, qui fonctionne durant le défaut. C'est pourquoi des filtres, de préférence CEM, peuvent être prévus à l'entrée du capteur. D'autres caractéristiques peuvent être mises en oeuvre pour ce type de situation : par exemple on peut prévoir une réserve d'énergie suffisante en cas de creux de tension et/ou une plage de fonctionnement étendue en tension.
L' invention concerne également un dispositif de détection d'un défaut dans un dispositif haute tension, comportant une enveloppe métallique, un conducteur central et une pluralité de compartiments traversés par ce conducteur. Ce dispositif de détection comporte : - une pluralité de capteurs numériques de pression, chaque capteur étant muni de moyens pour échantillonner des données de pression, et pour identifier des données de pression caractéristiques d'un défaut, - des moyens pour transmettre des données variations de pression caractéristiques d'un défaut à des moyens de traitement de données.
L' invention concerne également un dispositif haute tension, comportant une enveloppe métallique, au moins un conducteur central et une pluralité de compartiments traversés par ce conducteur, et un dispositif selon l'invention, notamment tel qu'expliqué ci-dessus. L'invention concerne également un dispositif haute tension, comportant une enveloppe métallique, au moins un conducteur central et une pluralité de compartiments traversés par ce conducteur, et des capteurs numériques de mesure de pression pour mettre en oeuvre un procédé selon l'invention, notamment tel qu'expliqué ci-dessus.
Dans un dispositif selon l'invention, les moyens de traitement de données peuvent comporter un régulateur d'alimentation à découpage. Un dispositif selon l'invention peut en outre comporter des moyens pouvant mesurer une température représentative de la température de l'enveloppe métallique.
Chaque capteur de pression peut être de type à variation de capacité.
Les capteurs et l'unité de traitement fonctionnent de préférence en mode autonome ou sont en relation maître - esclave, les capteurs ne pouvant émettre que s'ils y ont été invités par l'unité de traitement. Chaque capteur peut être positionné à l'intérieur d'une enveloppe, dans laquelle le gaz isolant sous pression pénètre par un conduit.
L' invention concerne également un dispositif haute tension, comportant une enveloppe métallique, au moins un conducteur central et une pluralité de compartiments traversés par ce conducteur, et un dispositif selon l'invention, chaque capteur de la pluralité de capteurs numériques étant positionné dans un des compartiments et relié aux moyens de traitement de données.
Dans un dispositif selon l'invention, chaque capteur et les moyens de traitement de données correspondants peuvent être contenus dans un corps de sonde à positionner sur l'enveloppe métallique d'un dispositif HT.
L' invention concerne donc également un capteur ou une sonde, comportant un corps de sonde, apte à être positionné sur l'enveloppe métallique d'un dispositif HT, ce corps contenant:
- des moyens de détection de pression ou de variation de pression, de type capacitif,
- des moyens, par exemple une ouverture, pour mettre en contact ces moyens de détection de pression, ou de variation de pression, avec une atmosphère extérieure,
- des moyens de traitement de données, pour traiter des données des moyens de détection de pression ou de variation de pression, - des moyens d'isolation électrique pour isoler, par rapport au corps ou à l'enveloppe de la sonde, les moyens de détection de pression ou de variation de pression et les moyens de traitement de données .
Une telle structure de sonde permet d'éviter les nuisances dues aux courants parasites qui circulent dans une enveloppe sur laquelle ou contre laquelle la sonde est installée ou disposée, en particulier les courants de retour.
Des moyens de type connecteur peuvent être prévus, pour relier les moyens de traitement de données à, par exemple, un câble de connexion. Un tel câble comporte de préférence un ensemble de fils entouré d'un écran métallique, l'ensemble étant entouré d'une gaine isolante . De préférence, les moyens de type connecteur forment un prolongement de l'écran métallique du câble.
Les moyens de type connecteur peuvent être prolongés par au moins une enveloppe intérieure qui contient au moins les moyens de détection de pression ou de variation de pression et/ou les moyens de traitement de données.
Chacun des moyens de détection de pression ou de variation de pression et des moyens de traitement de données est de préférence contenu dans une matière ou une enveloppe en matériau isolant, par exemple en céramique. On peut aussi utiliser un matériau de type silicone ou polyuréthane .
Selon un mode de réalisation préféré, un tel dispositif est de forme allongée, sensiblement à symétrie axiale. Dans un dispositif selon l'invention, les moyens de traitement de données d'un capteur peuvent être réalisés sous forme d'un circuit imprimé logé dans le corps de sonde.
L' invention concerne également un dispositif haute tension, comportant une enveloppe métallique, au moins un conducteur central et une pluralité de compartiments traversés par ce conducteur, et des capteurs numériques de mesure de pression pour mettre en oeuvre un procédé selon l'invention, selon l'un quelconque des modes de réalisation décrits ci dessus .
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
- La figure 1 représente un mode de réalisation, selon l'invention, d'une enveloppe métallique ligne HT munie de capteurs.
- La figure 2 représente l'évolution temporelle de données de pression mesurées par un capteur selon l'invention.
- La figure 3 représente un mode de réalisation d'un procédé selon l'invention.
- La figure 4 représente un capteur pouvant être utilisé dans le cadre de l'invention.
- Les figures 5A et 5B sont des représentations schématiques, d'une part d'un capteur pouvant être utilisés dans le cadre de l'invention et d'autre part de son circuit équivalent.
- La figure 6 est une représentation schématique d'une sonde de température pouvant être utilisée dans un capteur selon l'invention. La figure 7 est une représentation schématique d'une carte électronique pouvant être utilisée dans un capteur selon l'invention.
- Les figures 8A à 8C et 9-11 représentent des évolutions temporelles de données de pression mesurées par un capteur selon l'invention.
Les figures 12A - 12C représentent des mesures effectuées selon l'invention.
- La figure 13 représente la structure d'un câble mis en œuvre dans la présente invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Un exemple de mise en oeuvre de l'invention est illustré sur la figure 1.
L'invention peut être mise en oeuvre dans des architectures de type GIS ou GIL. Des organes de coupure ou d'isolation, tels qu'un ou plusieurs disjoncteurs ou sectionneur, peuvent être intégrés dans ce type d'architecture.
L' invention peut aussi être mise en œuvre dans une chambre de coupure, par exemple à SF6, d'un disjoncteur non blindé ou dans un sectionneur non blindé .
Sur la figure 1 est représenté un GIS qui comporte une enveloppe métallique 2 compartimentée et un conducteur central 4, isolé par un gaz sous pression, par exemple de l'azote et/ou de l'hexafluorure de soufre SF6. Les compartiments sont délimités par des supports isolants 6, qui, en outre, maintiennent le conducteur électrique 4. L'invention s'applique également aux matériels haute tension triphasée, comportant trois conducteurs 4 dans une même enveloppe .
Sur chaque compartiment est monté un capteur de pression 10 (les capteurs individuels sont désignés par Sl, S2, S3, ...S8 etc..) .
Les différents capteurs sont reliés à une unité d'acquisition 12 par un bus 14 de communication numérique .
De tels moyens 12 d'acquisition sont par exemple de type microordinateur et comportent par exemple une unité centrale ou un microprocesseur, qui va permettre de réaliser des traitements sur les données reçues des capteurs, et de mémoriser lesdites données ainsi que des calculs effectués à partir de ces données. Une unité d'affichage permet d'afficher des données, par exemple sous forme de graphiques tels que ceux des figures 12A - 12C, ou des données calculées.
Les moyens 12 peuvent être programmés pour mettre en œuvre des étapes de procédé décrites dans la présente demande.
Selon l'invention, il n'est pas procédé par requêtes successives sur chaque capteur et envoi de toutes les données vers l'unité 12, ce qui introduirait un temps de cycle incompatible avec un échantillonnage rapide sur chaque capteur. Au contraire, chaque capteur 10 comporte des moyens pour échantillonner, de préférence à grande vitesse, le signal.
Chaque capteur 10 comporte en outre des moyens de mémorisation, par exemple une mémoire tournante, qui permettent de mémoriser temporairement au moins un certain nombre de données qui ont été prélevées au cours d'un intervalle de temps de durée ΔT, écoulé, précédant l'instant tO de mesure (c'est l'intervalle [tO- ΔT, tO]) . Un tel intervalle est représenté par exemple en figure 2, qui donne l'évolution de la pression en fonction du temps, telle qu'elle est mesurée par un capteur 10. Est également représentée, en traits interrompus, la moyenne de la pression dans la phase d'évolution. Sur la courbe de la figure 2 est en outre représenté un saut ΔP de pression, qui correspond à la variation entre la pression initiale et la pression finale, telle que détectée par le capteur.
Chaque capteur 10 comporte en outre, localement, des moyens de traitement des données permettant de traiter les données mémorisées dans les moyens de mémorisation.
A partir de cet échantillonnage et de ce traitement, une anomalie peut être qualifiée.
Par exemple, un arc interne peut être détecté à partir d'une fréquence élevée des mouvements de la pression générée dans le gaz, ou alors à partir d'un écart de pression crête à crête significatif. Des mesures de pression durant un arc électrique dans du SF6 ont permis de caractériser les fréquences et les amplitudes ainsi que les atténuations lors de la propagation dans le gaz. Les fréquences sont plus importantes que celles d'un bruit mécanique, permettant ainsi d'établir une distinction avec le cas d'un bruit mécanique . La mesure d'un écart de pression crête à crête est particulièrement bien adaptée dans les compartiments de type « jeu de barres ou LIG», où il est difficile de détecter de petits arcs dégageant peu d'énergie, et où, par conséquent, des variations de pression ΔP sont souvent faibles en raison d'un volume particulièrement important de compartiments.
Par exemple encore, l'élévation de pression sur un certain intervalle de temps, tel que l'intervalle ΔT ci-dessus, est calculée. Les moyens de traitement de données associés au capteur peuvent donc calculer une valeur moyenne du rapport ΔP/ΔT, ΔT étant une fenêtre temporelle qui précède immédiatement l'instant de mesure. Cette valeur peut être comparée à une valeur de seuil, en-deçà de laquelle il n'y a pas anomalie, et au-delà de laquelle l'anomalie est caractérisée, c'est-à-dire correspond à un arc.
D'autres types d'anomalies peuvent être détectés : par exemple un choc externe sur l'enveloppe 2 peut être détecté, grâce au caractère non persistant des perturbations de pression, rapidement amorties dans le gaz. Par exemple encore, une fuite « catastrophique» de gaz, qui peut être provoquée par exemple par l'ouverture ou l'éclatement accidentel d'un disque de rupture, se traduit par une forme de l'onde de pression en « onde plongeante ». Encore un autre type d'anomalie consiste en la dilatation de l'enveloppe : les efforts liés à une telle dilatation provoquent une libération d'énergie, et il en résulte une forme d'onde très courte ou qui peut être corrélée avec des variations de température, les variations de température étant à l'origine des phénomènes de dilatation. Les informations relatives à ces événements sont disponibles dans le capteur.
Avec un dispositif et un procédé selon l'invention, de tels événements peuvent être détectés très rapidement, et permettre la mise en place d'une mesure de sécurité de l'installation, pour éviter que la situation, qui résulte de l'événement en question, ne prenne un caractère très grave.
De tels événements, ou les informations correspondantes, peuvent être mémorisés ou archivés dans une base de données, permettant ensuite une analyse, par exemple en termes de vieillissement et d'usure du matériel.
Les figures 8A-12C donnent des exemples de formes d'ondes de pression pour diverses situations et divers types d'événements.
Si l'anomalie est caractérisée, il peut y avoir alors sauvegarde de, au moins, tout ou partie des données du capteur identifiant l'anomalie. La présence de l'anomalie est signalée à l'unité d'acquisition 12.
Cette dernière peut alors décider immédiatement d'une action (par exemple déclenchement d'une signalisation ou d'une alarme), puis télécharger l'ensemble de ces données sauvegardées, par exemple en interrogeant le capteur qui a signalé l'anomalie.
Dès que la réception des données par l'unité d'acquisition 12 est bonne, le capteur 10 peut reprendre le cycle normal d'interrogation rapide.
L'unité d'acquisition 12 dispose donc d'abord de l'information relative à l'apparition d'un incident (production d'un arc ou autre anomalie), ce qui permet de gagner du temps pour déclencher une alarme, plutôt que d'attendre la réception de toutes les données, celles qui identifient l'anomalie et éventuellement d'autres données. Le transfert des points de mesure, qui justifient le déclenchement de l'alarme, peut ensuite être réalisé.
Autrement dit, selon l'invention, chaque capteur et les moyens qui lui sont localement associés, a la capacité de détecter une anomalie en un temps très court, de signaler cette anomalie à l'unité 12, qui va d'abord agir pour que la situation résultant de l'apparition de cette anomalie soit maîtrisée.
Un exemple de fonctionnement d'un capteur selon l'invention va être donné en liaison avec la figure 3.
Sur cette figure des étapes de procédé sont désignées par les références SO - S5.
Dans une première étape SO, le capteur est mis sous tension.
Puis, on procède à un échantillonnage rapide, par exemple à une fréquence de 1000 Hertz, du signal du capteur. Les données échantillonnées sont mises en mémoire dans une mémoire tournante, par exemple de 512 points.
On procède alors à une analyse glissante, c'est-à-dire à la mise en oeuvre d'un algorithme de mesure des variations de pression sur une fenêtre temporelle glissante comme déjà expliqué ci-dessus. Le bruit du signal peut, à ce stade, être filtré. La présence ou l'absence d'une variation de pression anormale est ensuite confirmée ou infirmée (étape S2) .
Dans le deuxième cas (pas de pression anormale), le procédé reboucle sur l'étape précédente Sl. Au contraire, si la présence d'une variation de pression anormale est confirmée, les données sont mises en mémoire, de manière permanente, et un message d'alarme peut être envoyé à l'unité d'acquisition 12 (étape S3) .
Les données de variation de pression peuvent ensuite être transmises à cette même unité d'acquisition 12 (étape S4) .
Tant que cette transmission n'est pas terminée, il y a bouclage sur cette étape S4 (étape S5) . Ce n'est qu'après la fin de la transmission des valeurs qu'il peut être procédé, de nouveau, à un échantillonnage rapide (étape Sl) .
La figure 4 représente une sonde comportant un capteur, pouvant être utilisé dans le cadre de 1' invention .
Dans le mode de réalisation illustré, cette sonde est de forme sensiblement cylindrique autour d'un axe AA' . Elle comporte un corps, constitué par exemple en deux parties 150, 152, fixé sur une embase 153. La partie extérieure 153' de l'embase 153 vient en appui sur l'enveloppe métallique 2 (voir figure 1) . En outre l'embase 153 dernière est traversée par un passage cylindrique 113, reliant l'atmosphère du compartiment au capteur. A l'extrémité de ce passage, à l'intérieur du corps de la sonde, est d'ailleurs disposé le capteur 110. Ce dernier est isolé du corps de la sonde ; il est par exemple maintenu dans une pièce en céramique 140, maintenue elle-même par l'embase 153, et dans la base de laquelle un orifice 115 laisse le passage libre à l'atmosphère ambiante provenant du conduit 113 et dont la pression est à mesurer.
Le diamètre de cet orifice 115, ainsi que le diamètre de la partie du conduit 113 située entre la partie extérieure 153' de l'embase 153 et le capteur 110 peuvent être ajustés pour constituer un filtre mécanique passe-bas, qui permet de filtrer les bruits.
Le tube extérieur 152, qui forme la partie basse du corps du dispositif, est de préférence réalisé en inox et est fixé sur l'embase 153. En cours de fonctionnement, la température de ce tube 152 est sensiblement celle de l'enveloppe 2.
Le capot 150 qui ferme le dispositif peut être une pièce moulée, par exemple en polyuréthane traité, et qui tient à la température sur une gamme comprise sensiblement entre -40° C et + 110° C.
Dans le prolongement du capteur 110, et sensiblement sur l'axe AA' du dispositif, est disposé un circuit imprimé 130, comportant des moyens de traitement et des moyens de mémorisation de données mesurées à partir du capteur 110, ainsi que des moyens de communication avec une unité d'acquisition 12 extérieure (voir figure 1) . Le capteur 110 est relié, depuis sa face arrière, au circuit 130 par des connexions 111. Le circuit 130 est maintenu dans un premier tube 155, ou tube intérieur, par une matière de remplissage 156, isolante du point de vue électrique
(elle est par exemple à base de silicone) . Une matière de remplissage 154 forme un remplissage extérieur, entre le tube intérieur 155 et le tube extérieur 152. Cette matière est elle aussi isolante du point de vue électrique, elle est par exemple en mousse de polyuréthane et/ou en silicone. Les deux tubes 155 et
152 peuvent être à symétrie cylindrique, et disposés suivant un même axe de symétrie comme sur la figure 4. Le circuit 130 est lui-même relié à un connecteur 170, sur lequel des moyens 175 de connexion peuvent être fixés. Ces moyens 175 sont prolongés par un câble 180. Le connecteur 170 comporte une bague cylindrique périphérique 171. L'ensemble comportant le capteur 110, le circuit 130 et le connecteur 170 peut être maintenu par le tube 155 métallique, lui-même maintenu dans le tube 152 par la matière de remplissage 154.
De manière plus précise, le câble 180 comporte la structure représentée en figure 13. Il comporte donc un ensemble de fils 181, qui sont entourés par un écran métallique 183. Celui-ci comporte par exemple une tresse en cuivre étamé, munie d'une feuille d'aluminium. L'ensemble est entouré par une gaine 185. Les moyens de communication et d'alimentation du capteur sont représentés ici par un seul fil, mais il y en a en réalité plusieurs (2x2) .
Lorsque l'ensemble du dispositif de la figure 4 est positionné sur l'enveloppe 2 (figure 1), on constate l'existence de courants dits de retour, en particulier lorsqu'un défaut tel qu'un arc interne se produit. En effet, il existe alors des courants entre le conducteur 4 (voir la figure 1) et l'enveloppe 2. Le fonctionnement du capteur, directement positionné sur l'enveloppe, est donc perturbé par ces courants de retour.
Par couplage, une partie de ces courants parasites peut être distribuée à l'intérieur du câble 180. Des courants de fuite se produisant dans l'écran du câble peuvent amener à la conclusion qu' il existe un défaut dans le système qui est sous surveillance, alors qu'en fait ce n'est pas le cas.
En outre, lorsque le capteur est à communication numérique, ces courants parasites peuvent occasionner des pertes de trame d'information. La structure d'un capteur selon l'invention réalise une isolation par rapport à ces courants parasites. En effet, la matière isolante 156,154 et les moyens de support isolant 140, permettent d'isoler électriquement les moyens électroniques 130 et le capteur 110 de l'enveloppe extérieure 152 qui peut éventuellement conduire les courants parasites. De même, on voit bien sur la figure 4, que la bague 171, et donc le connecteur 170, est séparé de l'enveloppe 152 par une couche de matière isolante 154. En cours de fonctionnement, l'embase 153 est donc au potentiel de l'enveloppe métallique 2, et l'isolation réalisée permet d'éviter la circulation d'un courant sur l'enveloppe 171 et l'écran 183 du câble 180. Un capteur selon l'invention comporte donc une enveloppe extérieure qui contient un circuit 130 et un capteur 110, mais ces derniers sont isolés de l'enveloppe extérieure par des moyens d'isolation électrique, qui prennent la forme, dans l'exemple de représenté, des couches de matière 154, 156, et de l'embase isolante 140.
Ces moyens d' isolation électrique permettent de conférer au dispositif une tenue aux tensions de plusieurs kilovolts, par exemple au moins 5 ou 10 kV. Ces moyens d'isolation permettent également de réaliser une continuité de l'écran 183 du câble qui, par conséquent, est prolongé vers l'intérieur du capteur, et enveloppe l'électronique 130 et le capteur 110 lui-même tout en étant séparé de l'enveloppe 152 par des moyens d'isolation. Concrètement, dans la structure qui a été décrite ci-dessus, un contact électrique est établi entre l'écran du câble, la pièce ou les moyens 175 de connexion, et le connecteur 170,171. À son tour, ce dernier est en contact avec le tube 155.
De préférence, une distance d d'amorçage, calculée pour une certaine valeur de tension, par exemple 30 kV, sépare la bague 171 du connecteur 170 du tube extérieur 152. La figure 5A représente schématiquement le capteur 110 lui-même, de type capacitif.
Ce capteur de pression 110 fonctionne sur le principe d'une variation de capacité engendrée par la flexion d'une membrane 112 en céramique (AI2O3) métallisée sur sa face interne. Cette membrane est scellée sur une embase 114 elle-même en céramique et sur laquelle trois électrodes 115, 117 et 119 ont également été préalablement sérigraphiées. Ce scellement est réalisé par sérigraphie d'une mince épaisseur de verre 116 à l'état pâteux sur le pourtour de la membrane 112 et sur l'embase 114.
Sous l'influence de la pression, le centre de la membrane 112 se rapproche de l'embase 114 et provoque l'accroissement de la capacité de mesure Cm constituée par l'électrode 113 située au centre de l'embase et la membrane. L'électrode périphérique sert de capacité de référence Cr.
Dans une réalisation, le circuit équivalent de ce dispositif est représenté en figure 5B, sur laquelle les capacités, respectivement de mesure et de référence sont représentées.
Les capacités de mesure Cm et de référence Cr sont de l'ordre de 3OpF chacune. La variation de la capacité de mesure (capacité centrale) est de l'ordre de 1 pF à 2 pF pour la pleine échelle de mesure.
Le conditionnement du signal est réalisé sur le principe du transfert de charge d'un condensateur vers les deux capacités du capteur. La tension obtenue aux bornes des deux capacités est ensuite filtrée pour donner un signal analogique.
Afin de déterminer la température de l'enveloppe 2 du sectionneur, des moyens formant capteur de température peuvent être disposés dans le dispositif de mesure, de préférence avec le circuit électronique 130. Par exemple, deux capteurs de température RTHl et RTH2, disposés comme indiqué sur la figure 6, sont utilisés.
Chacun de ces deux capteurs peut être réalisé en platine, sous forme d'un chip résistif. La résistance nominale de chaque capteur, à 00C, est de 1000 Ohm.
Les deux capteurs sont disposés en série, avec une borne commune. Tcap près désigne la température de la capsule sous pression, et Telectronique désigne la température du circuit électronique 130.
Une méthode de calcul pour déterminer la température de l'enveloppe est par exemple la suivante : Tenveloppe = Tcap_pres - ( (Telectronique -
Tcap_pres) /RTH2) * (RTHI + RTH2) .
Ce type de calcul donne un résultat très correct dans la mesure où la puissance (énergie) dissipée par les moyens électroniques est constante et où l'isolement du cœur du transmetteur est correctement assuré (du point de vue thermique) par rapport à l'extérieur. Dans ce cas, l'écoulement des calories dissipées par la carte électronique se fera essentiellement vers l'enveloppe 2 du dispositif. Cette information relative à la température peut ensuite être exploitée pour déterminer la densité du gaz d'isolement ou l'évolution de cette densité en fonction du temps. L'information concernant la densité, et/ou les informations de pression et de température, peuvent être envoyées à l'unité d'acquisition, soit spontanément, dans le cas d'un mode de fonctionnement « autonome », soit sur requête de l'unité d'acquisition, dans le cas d'un mode de fonctionnement maître-esclave .
Selon un mode de réalisation préférée, ce capteur est alimenté de façon précise et régulée sous une tension continue de 24 V. Son fonctionnement est permanent, donc le flux thermique est constant.
Avec un tel capteur on peut mesurer précisément la température de l'extrémité (embout 153 vissé) du capteur 10, qui est assez représentative de la température de l'enveloppe 2. La précision de mesure est de 1°C, ou même inférieure.
La validité du principe de mesure est notamment assurée par la bonne conductivité thermique de l'isolation électrique céramique 140, qui est environ deux fois meilleure que celle de l'inox utilisé pour la construction de l'extrémité 153 du capteur.
La figure 7 représente une carte électronique d'un capteur de pression selon l'invention.
L'électronique du transmetteur est structurée autour d'un microcontrôleur 132 qui intègre des fonctionnalités telles que l'acquisition des signaux et la communication. En fait, cette électronique comporte des moyens ou une carte, par exemple sous forme de circuits imprimés, de processeur central 132 avec son alimentation 134 et une interface 136, par exemple de type RS485. Les moyens 132 comportent des moyens pour le conditionnement du signal du capteur de pression capacitif .
Les moyens 130 peuvent comporter des moyens, ou une carte, de filtrage notamment pour assurer la protection EMI et CEM. Dans la structure de la figure 4 ces moyens peuvent être placés sur le circuit 130, immédiatement derrière l'embase 171.
De préférence, les moyens microcontrôleur 132 permettent de réaliser une acquisition de signaux analogiques (ADC) avec un multiplexeur à 4 entrées et 12 bits de résolution minimum. Le temps d'acquisition est préférentiellement inférieur à 10 μs .
Ces moyens 132 permettent de calculer la valeur effective de la pression et de la température en un temps de calcul inférieur à 0.5 ms (incluant compensation thermique, linéarité, mise à l'échelle...) .
La liaison série RS485 est de type UART avec des buffers de type FIFO. Ces moyens sont équipés d'une mémoire
" FLASH " programmable in situ (lβKbyte minimum) .
Ils comportent également une mémoire RAM suffisante pour contenir toutes les variables de travail ainsi que les buffers de communication et les enregistrements des mesures. De préférence cette mémoire a une capacité de 2Kbyte, ou plus.
Ces moyens comportent également une mémoire
EEPROM, pour le stockage de diverses aux informations telles que par exemple des paramètres de calibrage et/ou les références et/ou le numéro de série du capteur . Ces moyens microcontrôleur 132 comportent en outre un système d'horloge intégré ou des moyens de génération de signal d'horloge en temps réel. Ces moyens d'horloge vont également permettre la gestion de la synchronisation du protocole retenu.
Enfin, le microcontrôleur va permettre de réaliser la gestion des interruptions avec une table des vecteurs programmables.
En vue de l'utilisation spécifique qui en est faite, ce microcontrôleur a de préférence une faible consommation, par exemple environ 22 mA sous 5 volts en 8 Mips. Il fonctionne sur une large gamme de tension de fonctionnement, par exemple de 2,5V à 5,5V, et sur une gamme de température comprise entre -400C et 85°C (cette dernière correspond à une garantie de fonctionnement pour la mesure) . Mais, il est souhaitable que la résistance du composant à la température soit en fait de environ 1400C, c'est à dire que, pour toute température inférieure à 1400C il n'y ait ni destruction, ni dommage irréversible.
Un exemple de microcontrôleur pouvant être utilisé est le dsPIC30F3012 ou le dsPIC30F3013 de MICROCHIP.
Le dispositif 130 comporte des moyens 134 d'alimentation.
De préférence, et afin de conserver un gradient de température constant au niveau de la carte électronique par rapport à son environnement, et ce quelle que soit la tension d'alimentation, cette alimentation met en oeuvre la technologie de conversion d'énergie à découpage. Du côté du microcontrôleur, la consommation est à peu près constante, tant que celui-ci fonctionne à fréquence constante. Quelle que soit la tension d'alimentation, la puissance consommée par la carte électronique est à peu près constante, seul le courant varie .
Compte tenu des conditions de fonctionnement de l'ensemble du système, l'alimentation peut être un des éléments qui peut subir le plus directement d'éventuelles perturbations générées par l'environnement. Par conséquent, on choisit de préférence une alimentation robuste, pouvant assurer une protection du microcontrôleur ; elle est par exemple du type qualifié pour des applications embarquées dans le domaine de l'automobile.
De préférence, les principales caractéristiques d'un régulateur d'alimentation 134 à découpage pour cette application sont les suivantes :
- une faible consommation (courant de fonctionnement < 1 mA) ,
- une fréquence de découpage élevée (par exemple de l'ordre de 600 kHz) afin de minimiser la valeur de la self de transfert d'énergie,
- une technologie MOS de puissance intégrée haute tension, afin de permettre une large plage d' entrée,
- une référence de tension intégrée,
- une protection contre les pointes de courant et courts-circuits. Un régulateur à découpage qui convient est le régulateur LM5008 de National Semi-Conducteur. Son MOS intégré de 100V permet de supporter une plage de tension d'alimentation comprise entre 10 et 90Vdc (pour une tension d'alimentation nominale de 24Vdc) . La fréquence de découpage varie, en fonction du courant délivré par le régulateur, entre 100 kHz et 600 KHz. La valeur de la self est comprise entre 100 μH et 220 μH.
Si le microcontrôleur retenu précédemment (dsPlC30F3012 ) est programmé pour fournir une puissance de calcul de 4 MIPS, sa consommation théorique sous 5Vdc d'alimentation est de 22 mA, ce qui donne une consommation globale de (5V/24V x 22mA) + ImA < 6 mA pour une carte alimentée sous 24 Vdc, ceci en considérant que le microcontrôleur est le principal consommateur de courant. Le niveau de décrochage de cette alimentation est de 8 volts, et une consommation de seulement 6 mA est satisfaisante, loin des limites imposées .
L'interface 136 de communication RS485 assure la transmission des données à 115 Kbauds en mode half duplex sur une paire torsadée.
Le driver d'interface RS485 étant l'un des composants qui peuvent être les plus exposés aux perturbations générées par l'environnement (notamment les pics de tension conduits) , celui-ci est de préférence sélectionné en fonction de ses performances vis-à-vis des surtensions et courts circuits. Une protection ESD, par exemple de +/-15 KV, est donc intégrée au composant. Afin de ne pas lui-même générer des perturbations conduites ou rayonnées, le driver RS485 est sélectionné dans la gamme de vitesse comprise entre 500 Kbauds et 2,5Mbauds. Le choix d'un composant rapide permet de limiter les appels de courant lors des commutations. Comme le courant est prélevé sur l'alimentation du capteur, il peut en résulter un bruit sur les mesures. Les appels de courants dépendent aussi de la charge que représente le bus de communication entre capteur et unité d'acquisition.
De préférence, la consommation du driver en fonctionnement ne dépasse pas 1 à 2 mA.
Plusieurs drivers ont été testés. Le premier est le LTCI785CS8 de
LinearTechnology . Ce driver est performant en ce qui concerne les protections vis-à-vis des perturbations externes : il permet une protection contre les surtensions jusqu'à 60V, contre les courts circuits, et il supporte les ESD jusqu'à +_ 15KV sans dommage ni « latchup » (IEC-61000-4-2, level 4, qui identifie des décharges électrostatiques) ainsi que les décharges transitoires, rapides, en salve, de + 4 KV (IEC-61000- 4-4 level 4, qui identifie ce type de décharges) . Un autre composant, le Texas SN65176B, a donné durant les mêmes essais des résultats également satisfaisants .
Un fonctionnement d'un logiciel de traitement et d'exploitation des données mis en œuvre dans des moyens 132 d'un capteur individuel 10 est le suivant .
Un tel logiciel permet de mettre en oeuvre tout ou partie des fonctions ou des opérations déjà décrites ci-dessus. A la mise sous tension, le microcontrôleur
132 gère lui-même, en fonction de la configuration programmée (zone mémoire spécifique des moyens 132)), sa phase de Reset ainsi que la mise en fonction de son oscillateur .
Toutes les Entrées/sorties (I/O) sont de préférence configurées en entrée : dans une première étape, le logiciel configure les entrées/sorties du microcontrôleur 132 ainsi que les différentes fonctions associées (par exemple : les entrées analogiques pour les signaux du capteur, UART (émetteur-récepteur asynchrone universel) pour la liaison série qui pilote le driver RS485, .... ) .
Les interruptions (IT) en temps réel permettent d'assurer un bon déroulement temporel, parfaitement cadencé. Dans une première phase, les IT en temps réel sont générées à une fréquence qui peut être ajustée, par exemple toutes les 200 μs . On cherche un compromis entre capacité de traitement dans l'IT en temps réel et les tâches de fond. En règle générale, le traitement sous IT ne doit pas dépasser 30 % de la capacité globale.
Les tâches exécutées dans le traitement de l'IT en temps réel sont essentiellement les acquisitions de signaux provenant des capteurs et l'incrémentation de différents compteurs tels que ceux relatifs à la gestion du déroulement temporel du protocole de communication entre les capteurs 10 et l'unité 12.
Une ou plusieurs acquisitions de chacun des signaux des capteurs sont réalisées à chaque interruption en temps réel. Chaque valeur de signal ainsi obtenue est additionnée aux précédentes dans un registre tampon. Toutes les 8 IT en temps réel, le tampon est transféré pour initier les calculs de pression et température, puis remis à zéro pour la prochaine séquence d'acquisition. Les calculs sont pris en charge par un gestionnaire de tâches de fond (hors
IT) . Ainsi, il est possible d'obtenir une valeur de pression et de température actualisées toutes les 1 ms .
Le traitement sur chaque paquet d'échantillons, par exemple 16 échantillons, conduit à réaliser une moyenne après élimination des valeurs atypiques et des valeurs extrêmes, par l'utilisation d'un filtre de cohérence absolue et relative.
L'émission et la réception des informations sont effectuées sous IT. Le microcontrôleur 132 est pourvu de buffers (en émission et réception) qui assurent une bonne transmission, sans risque de pertes de caractères, et sans risque de ruptures de cadence dans l'émission des caractères de la trame (temps maximum entre 2 caractères = 1,5 caractère) .
Les principales tâches de fond activées en mode « mesure » sont les suivantes :
- gestion de la mesure : les valeurs de la pression et de la température sont calculées en fonction des valeurs d'acquisitions et des paramètres de calibrage (compensation thermique, linéarité, mise à 1 ' échelle ...) .
- Gestion des trames : les trames reçues sont analysées. Il n'y a pas d'action si la trame est destinée à un autre capteur ou traitement de la commande dans le cas contraire, avec dans ce cas chargement du buffer de réponse à la requête du maître. Quand la commande est traitée et le buffer chargé, un drapeau (« flag ») est positionné pour initier l'émission des caractères sous IT UART. - Surveillance du bon fonctionnement du transmetteur : cette fonction est assurée grâce à des mécanismes de validité des accès en mémoires pour le programme et les données.
Des tâches secondaires comportent par exemple des procédures annexes auxquelles le programme principal fait occasionnellement appel pour réaliser des fonctions particulières et exceptionnelles, telles que :
- une fonction qui permet de programmer ou de charger ou de télécharger une nouvelle version du logiciel sans ouvrir physiquement le produit. Cette fonction permet de recevoir la nouvelle version du programme via la liaison série RS485. A cet effet une fonction spécifique du protocole est réservée, et assure l'implantation en mémoire "FLASH". Éventuellement, cette fonction permet de mettre en œuvre une autre version du traitement des données si on change de type de défaut à caractériser.
La calibration, qui est une fonction spécifique auquel le programme principal fait appel uniquement lors de la phase de calibrage du transmetteur, en production ou lors des étalonnages ultérieurs. Le transmetteur est complètement assemblé avant son calibrage, qui est réalisé via la liaison série RS485 et une commande spécifique du protocole réservée. Cette fonction inclue l'enregistrement des données de traçabilité et d' identification, données qui sont stockées dans une mémoire (par exemple de type EEPROM) du transmetteur.
Les paramètres d'offset et de gain peuvent être préalablement ajustés, la calibration sur site se limitant alors à une comparaison avec un étalon.
Les données des capteurs 10 sont transmises à l'unité de calcul 12. Pour ce faire, un protocole de dialogue entre ces différents éléments a été élaboré. Ces éléments sont en relation maître - esclave : les capteurs (esclaves) ne peuvent émettre que s'ils y ont été invités par l'unité 12 (le maître) . Chaque échange de données est initié par celle-ci. Quand elle interroge un capteur, celui-ci dispose d'une durée maximale (par exemple 1 ms ou même 500 μs) , pour traiter la commande et répondre ; un message transmis hors de cette fenêtre temporelle est considéré comme invalide. De même après l'exécution d'une commande, ou après réception d'une trame dont il n'est pas destinataire, le transmetteur 10 dispose d'une durée temps maximum, par exemple 500 μs, afin de se remettre en écoute de l'unité 12.
La liaison physique est assurée par une interface 136 RS485 qui transmet un signal différentiel en semi-duplex (les différents équipements accèdent successivement au bus 14 (figure 1) . Cette liaison utilise une paire torsadée pour la transmission des données, et une paire pour l'alimentation (24Vdc nominal) . Le format des données transmises sur le bus est le suivant : 1 bit Start .
8 bits de données (bit de poids faible en premier) .
1 bit Stop. Si la vitesse de transmission est de 115200
Baud, la durée de transmission d'un caractère est donc de l'ordre de 100 μs .
Lors de la transmission d'une trame, les caractères sont transmis successivement, sans interruption. Le protocole de transmission peut spécifier que la durée maximale entre 2 caractères est inférieure à 1,5 caractères, donc inférieure à 150 μs .
Une interruption de la transmission des caractères, pendant une durée supérieure à 3 caractères, (donc supérieur à 300 μs) est interprétée comme une fin de trame.
Le format d'une trame émise par le maître est la suivante :
Adresse station | Code Fonction | Données (optionnel) | CRC16_H | CRC16_L |
L'adresse « station » est celle du capteur concerné .
Une adresse, par exemple 250, peut être réservée aux commandes "BROADCAST", c'est-à-dire aux commandes adressées à tous les capteurs 10 simultanément. Ces commandes ne nécessitent pas de réponse de la part des capteurs.
Les autres adresses, par exemple 1 à 249, peuvent être utilisées pour les transmetteurs présents sur le bus 14. Le code fonction détermine la commande à exécuter par la station (esclave) . Le code fonction est par exemple codé sur 7 bits, le huitième bit (MSB) étant toujours égal à 0. Les paramètres ou données sont les informations permettant l'exécution de la fonction.
Les 2 octets CRC16 constituent une clef de contrôle de l'ensemble de la trame et permettent de garantir l'intégrité des données reçues. Le calcul du CRC16 fait l'objet d'un standard décrit dans la norme
Modbus (modbus.org) .
Une réponse émise par un transmetteur répond à un format spécifique :
Adresse station | X ou Code Fonction | n Data (optionnel) | CRC16_H | CRC16_L |
En tête de sa réponse, le transmetteur retourne sa propre adresse pour confirmer que c'est bien lui qui a exécuté la fonction.
Si le transmetteur a correctement exécuté la fonction, il retourne le code fonction identique à celui émis par le maître. Si une erreur quelconque est survenue, il retourne le code fonction en forçant le huitième bit (MSB) à 1. Dans ce cas, la donnée qui suit est un code d'erreur exceptionnelle. Les données « Data » sont présentes si la fonction exige un retour d'informations.
Pour les octets CRC16, on se reportera aux explications ci-dessus.
En général, la longueur d'une réponse émise par une station comprend entre 5 et 10 caractères. Enfin, des erreurs exceptionnelles peuvent être programmées, telles que des erreurs de transmission .
Chaque transmetteur peut mettre en œuvre les fonctions suivantes :
- Lecture des paramètres de calibrage et spécifications techniques.
- Ecriture des paramètres de calibrage et spécifications techniques. - Initialisation des appareils ; identification des appareils donnée en retour.
- Programmation de l'adresse de bus.
- Lecture du numéro de série.
- Lecture des valeurs de pression et de température réelles au format virgule flottante.
- Lecture des valeurs de pression et de température réelles au format entier.
Pour chacune de ces fonctions, est définie : - une requête du maître, selon un format prédéfini, par exemple celui indiqué ci-dessus,
- une réponse du transmetteur, selon un format prédéfini, par exemple celui indiqué ci-dessus,
- une ou des erreurs exceptionnelles Une fonction de lecture des valeurs mesurées en " cascade ", également appelée " BUS rapide ", peut être implémentée. Elle consiste à obtenir successivement la réponse de plusieurs transmetteurs suite à une seule requête du maître, elle est spécifique et contraire au principe du protocole « Modbus », mais permet d'améliorer l'efficacité d'un procédé selon l'invention.
Si plusieurs appareils sont connectés au bus, seul le premier est interrogé par le maître; les autres répondent chacun à leur tour, à condition que les adresses soient en ordre croissant et consécutive.
Sinon, l'unité d'acquisitions interroge les capteurs un par un.
Chaque valeur de pression mesurée, par exemple chaque milliseconde, est stockée dans une pile tournante de 512 valeurs.
Cette valeur est exprimée en millibar. 2 octets sont utilisés par valeur, soit une pile de 1024 octets . Cette pile peut être stockée dans une mémoire RAM du DSP, utilisant la moitié de la RAM. Les
1024 octets restants sont suffisants pour les besoins de l'application.
L'application possède un algorithme de détection d'événement pression, basé sur un seuil de
ΔP/ΔT (configurable) . Le calcul se fait à intervalles réguliers, par exemple chaque msec, par calcul de l'élévation de pression sur un certain intervalle de temps, par exemple un intervalle de 10 msec. En cas de dépassement de seuil, une confirmation, d'après la pente obtenue par régression linéaire, peut être effectuée sur, par exemple, 10 valeurs.
En outre, en cas de dépassement, la pile est figée avec une certaine valeur prise comme valeur d'origine de l'enregistrement, par exemple la valeur N-
20. Les valeurs suivantes (par exemple: 512 valeurs) sont enregistrées et gardées à disposition du maître pendant, par exemple, une minute.
Le trigger déclenche un compteur de millisecondes permettant le marquage temporel de l'événement, lors de la lecture par le maître.
En cas d'événement, lors de la réponse
(quelle que soit la question, sur la pression ou la température) , un code spécifique est retourné au maître. Ce dernier ayant été informé d'un événement, un code fonction permet de réaliser le chargement (« Dump ») de la pile de ces valeurs ainsi que du compteur de temps. Le maître retourne un accusé de réception, ou réitère sa demande. Dés la réception de cet accusé de réception, ou au plus tard à l'issue d'un délai prédéfini, par exemple 64 secondes, le fonctionnement de la pile tournante est ré-initialisé, et le fonctionnement du compteur est arrêté.
De préférence, le temps de réponse d'un capteur est inférieur à 1,5 msec. Ceci permet d'assurer une durée d'un cycle de Question/Réponse (Q/R) , lors d'un échange de données ou d'informations avec l'unité 12, inférieure à 2,5 msec.
De préférence encore, la durée entre la fin d'une question du maître et le début de la réponse du capteur est de moins de 500 microsecondes.
Le temps d' initialisation du capteur est de préférence inférieur à 10 msec, et préférablement inférieur à 3 cycles complets de Q/R en pression, soit au maximum 7 msec. Dans un exemple de réalisation, les dimensions de la carte électronique sont: 1 =16 (+ 0,1) mm, L = 30 +_ 10mm. Eventuellement, l'utilisation de composants CMS de dernière génération permet d'assurer la miniaturisation et la tenue face à certaines perturbations électromagnétiques. Les résistances et condensateurs CMS n'étant pas soumis à des impératifs de puissance ou tenue en tension, sont en boîtier 0402
(qui est un boîtier miniature, préférable sauf en cas d' échauffement du composant) .
Des exemples non limitatifs de détails de réalisation sont les suivants.
Les amplificateurs opérationnels destinés au conditionnement des signaux issus des capteurs de pression ou température sont en boîtier MSOP8.
Le circuit imprimé est de technologie 4 couches classe-5B ou classe-6B. Les 2 couches centrales seront réservées principalement à la mise à la masse du microcontrôleur et à la tension d'alimentation positive du microcontrôleur (par exemple +5 Volt) .
La matière est du FR4 avec une épaisseur d'environ 1,6 mm.
L'épaisseur des conducteurs (cuivre) est standard : +/-35 microns, les vernis de protection des conducteurs sont en LPI - 2 x vert. Etant donné le niveau de miniaturisation extrême, il n'y a pas de sérigraphie pour le repérage des composants, celle-ci présente plus d'inconvénients pour la bonne soudure des composants que de réel intérêt pour la mise au point ou le test des cartes.
La largeur minimum des conducteurs (pistes) est de 0.2mm, et le diamètre des trous est de 0.35mm minimum. Les figures 8A-8C, 9-11 représentent les évolutions de signaux de pression en fonction du temps dans le cadre de mesures réalisées avec un dispositif selon l'invention. Dans les 3 cas des figures 8A-8C, un événement se produit dans l'enveloppe 2 d'un dispositif à haute tension, pendant une durée Tare. Des variations de pression sont observées pendant cet intervalle de temps, et la question se pose de savoir si ces variations de pression permettent de caractériser effectivement la présence, ou non, d'un arc électrique. Les données de pression sont obtenues, dans les trois cas, selon l'un des procédés selon l'invention qui ont été décrits ci-dessus. Le premier cas (figure 8A) est celui d'un compartiment de petit volume, ou celui d'un défaut important, qui libère beaucoup d'énergie. Dans ce cas, l'amplitude ΔP, c'est-à-dire l'écart entre la pression après défaut et la pression avant défaut est significatif, c'est-à-dire supérieure à l'erreur de mesure du capteur de pression.
Le deuxième cas (figure 8B) est celui d'un compartiment de grand volume, ou d'un petit défaut, qui libère peu d'énergie. Dans ce cas, il est préférable d'identifier la fréquence des variations de pression. Si cette fréquence est élevée, et si les oscillations se produisent sur une durée suffisante, un défaut peut être caractérisé.
Le troisième cas (figure 8C) est celui d'un compartiment de grand volume, ou d'un petit défaut, avec un capteur localisé de manière relativement proche du défaut. Dans ce cas, il est préférable d'identifier l'amplitude crête à crête ΔcP ; une amplitude crête à crête élevée et répétée confirme la présence d'un arc.
Les cas des figures 9 à 11 représentent d'autres situations qui peuvent être identifiées à l'aide d'une variation de pression détectée par un procédé selon invention.
Le premier cas (figure 9) représente l'évolution de la pression en fonction du temps, à la suite d'un choc externe. Du point de vue de l'évolution de la pression, ce choc se caractérise par une quasi-absence de variation de pression entre la pression initiale et la pression finale, ainsi que par la présence d'une onde rapidement amortie. Le deuxième cas (figure 10) représente l'évolution de la pression en fonction du temps, à la suite d'une dilatation. Du point de vue de l'évolution de la pression, cette dilatation se caractérise par une quasi-absence de variation de pression entre la pression initiale et la pression finale, ainsi que par la présence d'une onde de fréquence élevée et rapidement amortie.
Le troisième cas (figure 11) représente l'évolution de la pression en fonction du temps, à la suite d'une fuite catastrophique de gaz. Du point de vue de l'évolution de la pression, cette fuite se caractérise par la pente négative importante de la courbe de pression en fonction du temps, cette pente étant précédée d'une situation normale, au cours de laquelle la pression est stable. Les figures 12A - 12C représentent des mesures, du type de celle schématisée en figure 8A ou 2, pour un arc à 990 A (d'une durée de 210 ms), effectuées avec un capteur enregistreur auto déclenché de chez Bourdon. Des valeurs de pression peuvent être identifiées pour chaque milliseconde.
Sur ces 3 graphiques, l'axe des abscisses est en ms et l'axe des ordonnées en mbar.
Le capteur est situé au droit de l'arc pour la figure 12A et à 3,45 m de l'arc pour la figure 12B. Pour la figure 12C deux courbes sont représentées, l'une (courbe I) avec le capteur situé au droit de l'arc et l'autre (courbe II) avec le capteur situé à 3,45 m de l'arc. Le ΔP mesuré est de 24,5 mbar. Le gaz isolant est du SF6 dans les 3 cas.

Claims

REVENDICATIONS
1. Sonde de pression, apte à être positionnée sur l'enveloppe métallique d'un dispositif HT, comportant un corps (150, 152) de sonde contenant:
- des moyens (110) de détection de pression ou de variation de pression, de type capacitif,
- des moyens (113) pour mettre en contact ces moyens de détection de pression, ou de variation de pression, avec une atmosphère (P) extérieure,
- des moyens (130) de traitement numérique de données, pour traiter des données des moyens de détection de pression ou de variation de pression,
- des moyens (154, 156, 140) d'isolation électrique pour isoler, par rapport au corps ou à l'enveloppe (150, 152) de la sonde, les moyens de détection de pression ou de variation de pression et les moyens de traitement de données.
2. Sonde selon la revendication 1, comportant en outre des moyens (175, 170, 171) de type connecteur, pour relier les moyens de traitement de données à un câble (180) de connexion ;
3. Sonde selon la revendication 2, le câble
(180) comportant un ensemble de fils (181) entouré d'un écran métallique (183), l'ensemble étant entouré d'une gaine isolante (185) .
4. Sonde selon la revendication 3, les moyens de type connecteur formant un prolongement de l'écran métallique du câble.
5. Sonde selon l'une des revendications 2 à
4, les moyens de type connecteur étant prolongés par au moins une enveloppe intérieure (155) qui contient au moins en partie les moyens (110) de détection de pression ou de variation de pression et/ou les moyens (130) de traitement de données.
6. Sonde selon l'une des revendications 1 à
5, chacun des moyens de détection de pression ou de variation de pression et des moyens de traitement de données étant au moins en partie entouré d'une matière (152, 154, 140) en matériau isolant.
7. Procédé de détection d'un défaut dans un dispositif haute tension, comportant une enveloppe métallique (2) , au moins un conducteur central (4) et une pluralité de compartiments traversés par ce conducteur, ce procédé comportant les étapes suivantes : a) disposer, en communication avec chaque compartiment, une sonde de pression selon l'une des revendications 1 à 6, pour échantillonner des données de pression, et pour identifier des données de pression caractéristique dudit défaut, b) transmettre des données numériques de pression caractéristiques du défaut à des moyens (12) de traitement de données.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel des données numériques de pression dans une fenêtre temporelle glissante sont mémorisées.
9. Procédé selon l'une des revendications
7 ou 8, dans lequel on mesure en outre une température représentative de la température de l'enveloppe métallique .
10. Procédé selon l'une des revendications
7 à 9, dans lequel les sondes et l'unité de traitement fonctionnent en mode autonome ou les sondes et l'unité de traitement sont en relation maître - esclave, chaque sonde (10) ne pouvant émettre une donnée ou une information que si elle a reçu des moyens de traitement (12) une requête de transmission de donnée ou d' information .
11. Procédé selon l'une des revendications 7 à 10, dans lequel les sondes et l'unité de traitement sont en relation maître - esclave, chaque sonde (10) ne pouvant émettre une donnée ou une information, après réception d'une requête de transmission de donnée ou d'information provenant des moyens de traitement (12), que pendant une durée prédéfinie et limitée.
12. Procédé selon l'une des revendications 7 à 11, les moyens de détection de pression étant de type à variation de capacité ou à cellule piezo- résistive.
13. Procédé selon l'une des revendications 7 à 12, comportant, entre l'étape a) et l'étape b) , une étape a' ) de transmission, aux moyens de traitement de données, une information d'apparition d'un défaut.
14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel, après l'étape a'), un signal d'anomalie est produit .
15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel ledit signal d'anomalie est produit avant 1' étape b) .
16. Procédé selon l'une des revendications 7 à 15, dans lequel l'étape b) est réalisée sur requête des moyens de traitement de données à la sonde ayant identifié un défaut.
17. Procédé selon l'une des revendications 7 à 16, dans lequel le défaut est l'apparition d'un arc interne, ou un choc externe sur l'enveloppe, ou une fuite de gaz isolant, ou une dilatation de l'enveloppe.
18. Procédé selon l'une des revendications 7 à 17, dans lequel des données de variation de pression caractéristique d'un défaut sont identifiées à l'aide d'un calcul de variation de pression ΔP pendant une certaine durée ΔT, (ΔP/ΔT) , et/ou à l'aide d'une fréquence d' oscillations de la pression et/ou de la mesure de l'amplitude crête à crête de la pression et/ou à l'aide de l'identification d'une onde de pression amortie et/ou d'une pente persistante de pression .
19. Procédé selon la revendication 18, ΔP/ΔT et/ou la fréquence d'oscillations de la pression et/ou l'amplitude crête à crête et/ou la forme de l'onde de pression étant mesurées ou identifiées à intervalles réguliers.
20. Dispositif de détection d'un défaut dans un dispositif haute tension, comportant une enveloppe métallique (2), au moins un conducteur central (4) et une pluralité de compartiments traversés par ce conducteur, ce dispositif comportant : - une pluralité de sondes numériques (10) de pression, selon l'une des revendications 1 à 6, pour échantillonner des données de pression, et pour identifier des données de pression caractéristiques dudit défaut, - des moyens (136) pour transmettre des données de pression caractéristiques dudit défaut à des moyens (12) de traitement de données communs à toutes les sondes.
21. Dispositif selon la revendication 20, les sondes et l'unité de traitement fonctionnant en mode autonome ou étant en relation maître - esclave, les sondes (10) ne pouvant émettre que si elles y ont été invitées par l'unité de traitement (12) .
22. Dispositif selon l'une des revendications 20 ou 21, chaque sonde (110) étant positionnée à l'intérieur d'une enveloppe (150, 152), dans laquelle le gaz isolant sous pression pénètre par un conduit (113) .
23. Dispositif haute tension, comportant une enveloppe métallique (2), au moins un conducteur central (4) et une pluralité de compartiments traversés par ce conducteur, et un dispositif selon l'une des revendications 20 à 22, chaque sonde de la pluralité de sondes numériques (10) étant positionnée dans un des compartiments et relié aux moyens de traitement de données .
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3011140A1 (fr) * 2013-09-26 2015-03-27 Alstom Technology Ltd Systeme et module de capteurs pour la commande et la surveillance d'un poste electrique sous isolation gazeuse
CN105281006A (zh) * 2015-07-02 2016-01-27 南京赛格微电子科技股份有限公司 一种用于控制调谐螺杆长度的可调式高精度限位装置
DE102015220162A1 (de) * 2015-10-16 2017-04-20 Robert Bosch Gmbh Steuergerät für ein Fahrzeug mit einem Lichtbogensensor
CN110567840A (zh) * 2019-09-04 2019-12-13 上海乐研电气有限公司 一种抗过电压的气体密度变送器及监测系统
CN119208960A (zh) * 2024-11-26 2024-12-27 四川天邑康和通信股份有限公司 一种合路器调试系统及调试方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4617607A (en) * 1985-12-10 1986-10-14 Kavlico Corporation High pressure capacitive transducer
JPH0520566A (ja) * 1990-07-13 1993-01-29 Mitsubishi Electric Corp 流体密度検出装置、圧力異常検出装置及び流体状態監視装置
JPH06294838A (ja) * 1993-04-09 1994-10-21 Mitsubishi Electric Corp ガス絶縁開閉装置の故障区画標定方法
US5656780A (en) * 1996-03-28 1997-08-12 Kavlico Corporation Capacitive pressure transducer with an integrally formed front housing and flexible diaphragm
JP2000227375A (ja) * 1999-02-04 2000-08-15 Saginomiya Seisakusho Inc 電気絶縁用気体の圧力監視装置および圧力監視システム
US20070014060A1 (en) * 2005-07-18 2007-01-18 Land H B Iii Sensor for detecting arcing faults
US20080094612A1 (en) * 2006-10-24 2008-04-24 Land H Bruce Arc Flash Detection System

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4617607A (en) * 1985-12-10 1986-10-14 Kavlico Corporation High pressure capacitive transducer
JPH0520566A (ja) * 1990-07-13 1993-01-29 Mitsubishi Electric Corp 流体密度検出装置、圧力異常検出装置及び流体状態監視装置
JPH06294838A (ja) * 1993-04-09 1994-10-21 Mitsubishi Electric Corp ガス絶縁開閉装置の故障区画標定方法
US5656780A (en) * 1996-03-28 1997-08-12 Kavlico Corporation Capacitive pressure transducer with an integrally formed front housing and flexible diaphragm
JP2000227375A (ja) * 1999-02-04 2000-08-15 Saginomiya Seisakusho Inc 電気絶縁用気体の圧力監視装置および圧力監視システム
US20070014060A1 (en) * 2005-07-18 2007-01-18 Land H B Iii Sensor for detecting arcing faults
US20080094612A1 (en) * 2006-10-24 2008-04-24 Land H Bruce Arc Flash Detection System

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3011140A1 (fr) * 2013-09-26 2015-03-27 Alstom Technology Ltd Systeme et module de capteurs pour la commande et la surveillance d'un poste electrique sous isolation gazeuse
CN105281006A (zh) * 2015-07-02 2016-01-27 南京赛格微电子科技股份有限公司 一种用于控制调谐螺杆长度的可调式高精度限位装置
DE102015220162A1 (de) * 2015-10-16 2017-04-20 Robert Bosch Gmbh Steuergerät für ein Fahrzeug mit einem Lichtbogensensor
CN110567840A (zh) * 2019-09-04 2019-12-13 上海乐研电气有限公司 一种抗过电压的气体密度变送器及监测系统
CN119208960A (zh) * 2024-11-26 2024-12-27 四川天邑康和通信股份有限公司 一种合路器调试系统及调试方法

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