WO2012068682A1 - Dispositif de détection d'au moins un gaz dans un fluide émanant d'un appareil - Google Patents

Dispositif de détection d'au moins un gaz dans un fluide émanant d'un appareil Download PDF

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WO2012068682A1
WO2012068682A1 PCT/CA2011/050721 CA2011050721W WO2012068682A1 WO 2012068682 A1 WO2012068682 A1 WO 2012068682A1 CA 2011050721 W CA2011050721 W CA 2011050721W WO 2012068682 A1 WO2012068682 A1 WO 2012068682A1
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WO
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chamber
gas
extraction
circuit
enclosure
Prior art date
Application number
PCT/CA2011/050721
Other languages
English (en)
Inventor
Bernard Noirhomme
Fernand Brochu
Alain Gaudon
François LOUBET
Original Assignee
HYDRO-QUéBEC
Alphamos
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HYDRO-QUéBEC, Alphamos filed Critical HYDRO-QUéBEC
Publication of WO2012068682A1 publication Critical patent/WO2012068682A1/fr

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2226—Sampling from a closed space, e.g. food package, head space
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/26—Oils; Viscous liquids; Paints; Inks
    • G01N33/28—Oils, i.e. hydrocarbon liquids
    • G01N33/2835—Specific substances contained in the oils or fuels
    • G01N33/2841—Gas in oils, e.g. hydrogen in insulating oils

Definitions

  • the invention generally relates to the detection of gas in a fluid, and more particularly to a device for detecting at least one gas to be monitored in a fluid emanating from an apparatus, such as gases dissolved in the insulating oil of a fluid. a transformer or emanation of such gases.
  • Many devices can detect particular gases among a gaseous fluid, such as an electronic nose. In the case where the fluid is in liquid form and the gases are dissolved there, it is necessary to extract the gases from the liquid before being analyzed, for example by means of a membrane.
  • Existing detection devices are generally complex, expensive and / or bulky, for example because of detection technologies (IR spectrometry or gas chromatography), or systems of detection. valves, solenoid valves or valves that they use in many cases.
  • the available space is often limited and their number requires as many detection devices, which can lead to prohibitive costs if the devices are expensive.
  • the value of the equipment to be monitored does not justify a significant investment.
  • An object of the invention is to provide a device for detecting at least one gas to be monitored in a fluid emanating from a device, which can have a small footprint.
  • Another object of the invention is to propose such a device that can be installed on the equipment to be monitored.
  • Another object of the invention is to provide such a device which can have a simple and economical construction. Another object of the invention is to provide such a device which can have a longevity of ten years or more.
  • a device for detecting at least one gas to be monitored in a fluid emanating from an apparatus comprising: an enclosure having an inlet for receiving the fluid, a feed opening air, and a gas discharge outlet;
  • At least one extraction and measuring chamber extending into the chamber, in communication with the inlet for extracting gases contained in the fluid, and containing a detection unit for detecting the at least one gas to be monitored;
  • an air drying chamber extending into the chamber and communicating with the air supply opening, the air drying chamber containing an air drying member; an arrangement of gas transfer members between the air drying chamber, the at least one extraction and measuring chamber and the gas discharge outlet, the gas transfer members being configured so as to that transfers of gas through the transfer members are negligible in the absence of a pressure differential forced through the transfer members;
  • an air circulation in the dewatering chamber configured to operate the pump and to measure quantities of the at least one gas to be monitored detected by the detection unit.
  • the device according to the invention notably allows early detection of defects in electrical equipment insulated with oil.
  • the device uses the principle of gases dissolved in the insulating oil (or other fluid) to detect an abnormal concentration of target gases and to prevent the electrical equipment from failing.
  • the device according to the invention uses a concept analogous to that of an electronic nose with a possibly small number of sensors forming the detection unit to allow a measurement of the characteristic defect gases in electrical equipment isolated to the oil (hydrogen, carbon monoxide, acetylene, ethylene, methane, ethane).
  • the device can function as an electronic nose with a gas extraction of oil through a membrane if necessary.
  • the selected sensor combination has the potential to recognize families of defects in oil-insulated electrical equipment such as hot spot, partial discharge, and arc.
  • the device can integrate these functions in the form of a device of reduced size particularly well adapted to the monitoring of underground transformers.
  • Figure 1 is a schematic diagram of the detection device according to the invention.
  • Figure 2 is a partial perspective view of the detection device according to the invention.
  • Figure 3 is a sectional view of the detection device according to the invention.
  • Figure 4 is a schematic diagram of a circuit of the detection device according to the invention. DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED ACHIEVEMENTS
  • the device is used to detect one or more gases to be monitored in a fluid emanating from a device 1 (as illustrated in FIG. 1).
  • a device 1 for purposes of simplification only, the following description refers to gases to be monitored in the fluid. It should be understood, however, that the device can be used to detect a single gas if desired.
  • the device comprises an enclosure 2 having an inlet 4 for receiving the fluid, an air supply opening 6, and a gas evacuation outlet 8 (descending behind a protection device 48 in the Figure).
  • a gas extraction chamber 10 contained in the fluid extends into the chamber 2, in communication with the inlet 4.
  • a measurement chamber 12 extends into the chamber 2 and contains a detection unit that can be formed by a set of sensors 14 for detecting the gases to be monitored.
  • An air drying chamber 16 extends into the chamber 2 and communicates with the air supply opening 6.
  • An air drying member partially shown by the reference numeral 18 in the Figure extends into the air dewatering chamber 16.
  • arrangement of gas transfer members as formed by tubes 20, 22, 24 respectively extends between the air dewatering chamber 16, the extraction chamber 10 and the measuring chamber 12.
  • the tubes 20 , 22, 24 have internal lengths and diameters such that transfers of gas between the chambers 16, 10, 12 by diffusion in the tubes 20, 22, 24 are negligible in the absence of a pressure differential forced into the tubes 20, 22, 24.
  • the device is provided with a pump 26.
  • the pump 26 is operable to produce in a controlled manner a pressure differential in the tubes 20, 22, 24 causing an air transfer from the chamber of dewatering 16 to the extraction chamber 10 and a transfer of the gases from the extraction chamber 10 to the
  • the pump 26 is also operable to controllably produce a flow of air in the dewatering chamber 16, for example, by drawing a sample chamber 12 and a measuring chamber 12. the air therein to evacuate through the exhaust gas outlet 8, causing a fresh air inlet through the air supply opening 6.
  • the device comprises a circuit 28 configured to operate the pump 26 and measure quantities of the gases to be monitored detected by the sensors 14.
  • the extraction chamber 10 and the measurement chamber 12 may be a single chamber, or separate chambers as illustrated.
  • the device further comprises a gas extraction membrane 30 contained in the fluid, extending through the inlet 4.
  • the extraction membrane 30 can also be present even if the fluid is in gaseous form only.
  • the detection device can be installed for example on a valve of the device (not shown), such as a valve of the main vessel of a transformer (not shown).
  • the device can measure either in the gas phase (with or without membrane 30), or in the oil (with membrane 30).
  • the extraction membrane 30 extracts the gases from the oil by preventing the oil from entering the extraction chamber 10.
  • the membrane 30 is preferably non-selective and allows to extract all gases at speeds possibly and relatively comparable.
  • the extraction time is primarily characteristic of the nature of the membrane but also depends on physical parameters such as the volume of the extraction chamber 10, the surface of the membrane 30 and its thickness.
  • the membrane 30 may also be selective if desired, insofar as it allows at least the gases to be monitored.
  • Co represents the equilibrium concentration (on both sides of the membrane 30);
  • C (t) represents the concentration at time t (in the extraction chamber 10); D represents the diffusion coefficient of the membrane 30;
  • S represents the active surface of the membrane 30
  • v represents the volume of the extraction chamber 10.
  • the extraction membrane 30 may be made of a material such as Teflon® AF, polypropylene, polyethylene, polyimide, or any other material that can extract gases to be monitored from a fluid if wanted. It should be noted that the use of polypropylene, polyethylene or polyimide is likely to significantly increase the extraction time.
  • Table I below shows an example of extraction time obtained with a Teflon® film AF 2400 of the order of 40 microns thick.
  • the extraction chamber 10 collects the gases extracted by the membrane 30.
  • the "Time (90%) (enH) represents the extraction time, expressed in hours, required to obtain a concentration C (t) equal to 90% of the equilibrium value C (0) in the extraction chamber 10.
  • a volume between 10 and 20 ml (33.7 ml in Table I) makes it possible to reach extraction times, for example of the order of 2 to 3 hours, when significant concentrations are reached, eg after a determined time of empirically or by calculations according to equation 1, a measurement can be initiated by transferring the gases into the measuring chamber 12 via the arrangement of tubes 22, 24.
  • the measurement chamber 12 contains a number of sensors 14, for example five or six, whose natures and selectivities are chosen to enable the gases to be monitored to be measured, for example the gases characteristic of defects in a transformer.
  • the sensors 14 are scanned with dry air for a time necessary to obtain a stable baseline (zero). The time required can be calculated, or established empirically, or variable and determined according to that the readings produced by the sensors 14 are stabilized and correspond to values for dry air.
  • the dry air comes from the dewatering chamber 16 via the tube 20. When they are introduced into the measurement chamber 12, the gases are detected by the sensors 14, thus enabling their identification and quantification.
  • the gases are removed from the measurement chamber 12 through the exhaust gas outlet 8 to allow the sensors 14 to return to their initial state and thus prepare for a next measurement.
  • the enclosure 2 may have a generally tubular shape (as best seen in FIG. 2) having first and second opposite ends, the first end comprising the inlet 4.
  • the enclosure 2 may have other shapes if wanted.
  • the enclosure 2 comprises a peripheral wall 32 extending between the ends, and a generally tubular body 34 projecting longitudinally inside the enclosure 2 from the first end, being spaced from the peripheral wall 32 so as to leave a cavity defining the air dewatering chamber 16.
  • the body 34 has internal walls 36 respectively defining the extraction chamber 10 and the measuring chamber 12.
  • the extraction and measuring chambers 10, 12 extend preferably successively one after the other in the body 34 from the inlet 4.
  • the chambers 10, 12 may be arranged otherwise in the body 34 and the body may have a shape other than tubular if desired.
  • the body 34 extends to the second end of the enclosure 2 and includes internal walls 36 defining additional chambers 38, 40 respectively containing the circuit 28 and the pump 26.
  • the device can have six sensors 14, each having a specific role.
  • the following MOS-type sensors 14, marketed by the company AlphaMOS, may be suitable for the detection of defects in an oil-insulated transformer: P10 / 2, P10 / 5, P10 / 9, cap000500, cap000495, and LY2 / GCT. These sensors produce readings in the form of resistance values that can be measured by the circuit 28.
  • the sensors P10 / 9 and LY2 / gCT are specific to the detection of hydrogen and acetylene respectively.
  • the other sensors have different relative sensitivities depending on the gas detected, which makes it possible to differentiate the presence of methane, ethane, ethylene and carbon monoxide, according to combinations of readings obtained by these sensors.
  • the sensors 14 may be mounted on a wall 36 of the measuring chamber 12 facing the inlet 4, where otherwise in the measuring chamber 12 if desired.
  • the tubes 20, 22, 24 describe helical windings around the body 34.
  • This configuration allows the tubes 20, 22, 24 to have the necessary lengths to minimize gas exchange between the chambers 10, 12, 16 when pump 26 does not work.
  • Other configurations may be used if desired, for example in the manner of a coil along the body 34.
  • the tube 20 has ends 20A, 20B in communication respectively with the chamber of dewatering 16 and the extraction chamber 10.
  • the tube 22 has ends 22A, 22B in communication respectively with the extraction chamber 10 and the measuring chamber 12.
  • the tube 24 has ends 24A, 24B respectively in communication with the measuring chamber 12 and pump 26.
  • the chambers 10, 12, 16 thus communicate with each other by the arrangement of tubes 20, 22, 24, to allow a transfer of the gases from one chamber 10, 12, 16 to the other.
  • the tubes 20, 22, 24 further allow a transfer of gases between the outside and the successive chambers 16, 10, 12 when the pump 26 is activated and produces a pressure differential in the tubes 20, 22, 24.
  • the diffusion rate of the tubes 20, 22, 24 due to their lengths and inside diameters makes it possible to minimize the exchanges between the different chambers 16, 10, 12 without resorting to complex and expensive systems of valves or solenoid valves.
  • the dimensions of the tubes 20, 22, 24 are therefore such that the diffusion loss of the gases in the tubes 20, 22, 24 is negligible but that at the occurrence of a pressure difference initiated by the pump 26, a gas transfer is possible.
  • the materials used for the tubes 20, 22, 24 are preferably such that they are not gas porous.
  • the circuit 28 operates the pump 26 intermittently when a measurement is initiated.
  • the model of the pump 26 eg diaphragm or other
  • its operating frequency are preferably chosen so as to ensure a longevity of at least 10 years, eg to hold a number of switches to 1 measurement per hour for 10 years.
  • the pump 26 can advantageously be made by the pump model NMS020L manufactured by the company KNF Neuberger, in particular because of its low cost and quality of construction.
  • This model is known to last 6000 hours in continuous use.
  • the aforementioned mode of operation involves operation of the pump 26 once an hour for 10 years, about 87648 start and stop cycles in operation for 6 seconds for a total of about 146 hours. Although this total is well below 6000 hours of continuous life, it involves a significant number of startup and shutdown cycles. It has been verified by the inventors that this pump model has successfully passed a test program of a total duration of 180 hours with starts and stops at 7 seconds.
  • the air dewatering member 18 may advantageously take the form of a desiccant in which a heating element 42 controlled by the circuit 28 extends, so that the air dewatering member 18 can be compact .
  • the desiccant may be a silica gel or any other material serving an air reservoir function to supply the sensors 14 with constant humidity air, e.g. 10%.
  • the heating element 42 may be a heating resistor describing helical windings around the body 34 extending in and in contact with the desiccant, allowing regular regeneration of the desiccant by heating the resistance to a temperature eg greater than 100 ° C. to evaporate the water adsorbed in the desiccant possibly through the opening 6.
  • a regeneration can be initiated by the circuit 28 as soon as a humidity detector 44A disposed in the air dewatering chamber 16 and connected to the circuit 28 indicates excessive moisture that may be detrimental to the life of the sensors 14, eg exceeding 10%.
  • the device may comprise a temperature sensor (not shown) outside the enclosure 2, connected to the circuit 28 eg via a power cord 58 of the device.
  • One of the sensors 14 may be a temperature sensor, or a temperature sensor 46C may be disposed in the measuring chamber 12.
  • the circuit 28 may have an operating mode where the heating element 42 is controlled according to a temperature measured by the external probe, a temperature measured by the temperature sensor 14 or the temperature probe 46C, and a heating temperature of the heating element 42 determined by the circuit 28.
  • the circuit 28 can have an operating cycle in which the pump 26 is actuated to produce air circulation in the dewatering chamber 16 during a first period of time during which the extraction chamber 10 collects the gas extracted by the membrane 30, then to produce the differential pressure in the tubes 20, 22, 24 during a second period of time during which the gases collected in the extraction chamber 10 are transferred to the measuring chamber 12 and the air dried in the dewatering chamber 16 is transferred to the extraction chamber 10. Then the pump 26 is stopped during a third period of time during which the sensors 14 measure the gases, then the pump 26 is actuated to produce the pressure differential in the tubes 20, 22, 24 during a fourth period of time in which the gases in the measuring chamber 12 are discharged through the outlet of the evacuation 8 and the dried air is transferred from the extraction chamber 10 to the measuring chamber 12.
  • the circuit may have a mode of operation where at least one of the aforementioned periods of time is determined according to whether the sensors 14 produce readings having a predetermined degree of stability.
  • the enclosure 2 may comprise an external valve protection 48 connected to the circuit 28 so that the circuit 28 goes out of service according to whether the valve protection 48 detects a submersion condition, eg during a rise of water in a underground chamber where the device can be installed.
  • a submersion condition eg during a rise of water in a underground chamber where the device can be installed.
  • the end of the chamber 2 comprising the inlet 4 may have the shape of a neck 60 projecting from the end towards the outside, defining the inlet 4 and coupling to the apparatus, eg a conduit 62 valve of the device.
  • the chambers 10, 12, 16 may be provided with temperature probes 46A, 46B, 46C and humidity sensors 44A, 44B, 44C connected to the circuit 28 for increased control of the operating conditions of the device.
  • the circuit 28 contains the electrical / electronic components necessary for the functions and operations of the device.
  • the circuit 28 may comprise a microcontroller 50 for the general control of the device and the control of the acquisition of the measurement data through one or more analog / digital converters 52.
  • the shaping of the measurement signals produced by the sensors 14, possibly in the form of resistance values varying according to the gas concentrations detected, can be provided by a programmable gain amplifier associated with a digital potentiometer produced by the microcontroller 50.
  • the microcontroller 50 can be mounted on an electronic card provided with a power supply. 58 and having a memory 54 (eg of flash or other type) provided for the storage of the measurement data and the storage of decision models used by the microcontroller 50.
  • the circuit 28 is preferably equipped with a communication interface 56 to further transmit measurement data, eg by l 2 C technology, fiber optic, USB, Ethernet, serial , ZigBee® / GPRS, Wi-Fi, etc.
  • the gas can be managed by controls of the pump 26.
  • the temperature can be managed by controlling the heating element 42, which control can take into account the outside temperature by reading the external temperature sensor (not shown), the temperature of the measuring chamber 12 (shown in FIG. 1) supplied eg by one of the sensors 14 or the probe 46C, and the heating temperature of the heating element 42 to ensure its protection .
  • Moisture management can be ensured by monitoring the humidity sensor 44A, to detect degradation of moisture conditions.
  • Pressure management can also be provided by a dedicated sensor (not shown) if desired.
  • the chambers 10, 12, 16 may be disposed in the enclosure 2 without being contiguous and without forming a coaxial configuration if desired.
  • the pump 26 and the circuit 28 may be mounted outside the enclosure if desired, although the configuration the interior has the advantage of protecting them in a simple way.
  • the interface 56 of the circuit 28 may be bidirectional or unidirectional (to the outside of the device) if desired.
  • the enclosure 2 may have a square shape or other, be modular, etc.
  • the pump 26 may take the form of a piston system (not shown) provided with a check valve which transfers the gas from the extraction chamber 10 to the measurement chamber 12 when a measurement is initiated.
  • the wall 36 between the extraction and measuring chambers 10, 12 can serve as a piston moving axially in the body 34 and varying the volume of the chambers 10, 12 so as to produce the differential of pressure causing the transfer of gases.
  • the device may combine a piston system with tubes such as tubes 20, 22, 24 for the transfer of gases if desired.
  • the air supply opening 6 and the gas discharge outlet 8 may be provided with check valves 62, 64 (as illustrated in Figs. 1 and 2) if desired.
  • the power supply 58 may be autonomous or not, depending on the environment in which the device according to the invention is used.
  • the circuit 28 may have control modes and operating cycles that differ from those described above, depending on the apparatus to be monitored, the type of fluid involved and the gases to be detected.
  • the number of sensors 14 forming the detection unit and their technologies may vary depending on the gas or gases to be monitored, the type of device under surveillance, the conditions under which the detection device is intended to be installed and operate, etc. .
  • the detection unit can be implemented by means of a microsensor whose selectivity can be modulated by changing its operating conditions, such as thermal or other conditions.
  • the inlet 4 may be disposed on one side of the enclosure 2 if desired.

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Abstract

Un dispositif de détection de gaz à surveiller dans un fluide comme de l'huile émanant d'un appareil comme un transformateur, comporte une enceinte et une chambre d'extraction des gaz contenus dans le fluide, une chambre de mesure contenant des capteurs pour détecter les gaz à surveiller, et une chambre d'assèchement d'air ayant un organe d'assèchement d'air. Les chambres communiquent par un arrangement de tubes ayant des longueurs et des diamètres intérieurs tels que des transferts de gaz entre les chambres par diffusion dans les tubes soient négligeables sans différentiel de pression produit dans les tubes par une pompe opérée par un circuit.

Description

DISPOSITIF DE DÉTECTION D'AU MOINS UN GAZ DANS UN FLUIDE
ÉMANANT D'UN APPAREIL
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention porte en général sur la détection de gaz dans un fluide, et plus particulièrement sur un dispositif de détection d'au moins un gaz à surveiller dans un fluide émanant d'un appareil, comme des gaz dissous dans l'huile isolante d'un transformateur ou des émanation de tels gaz.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Il est connu que la présence de certains gaz dans l'huile isolante d'un transformateur est indicative d'un défaut du transformateur, comme un point chaud, une décharge partielle ou un arcage, selon le ou les gaz détectés et leur quantité. L'analyse ou la surveillance de gaz dans un fluide peut servir aussi à différentes fins, comme pour déterminer l'état d'un équipement, électrique ou non, afin de le remplacer ou le réparer s'il y a lieu. La norme internationale CEI 60599, "Matériels électriques imprégnés d'huile minérale en service - Guide pour l'interprétation de l'analyse des gaz dissous et des gaz libres" de même que le document "Interprétation of dissolved gas-in-oil levels in power transformers", M.Duval, F.Langdeau, G.Bélanger and P.Gervais, Doble conférence, Insulating fluid, 10-7.1 , (1988), fournissent diverses informations pour faciliter l'interprétation des résultats d'analyse des gaz en pareille circonstance.
De nombreux dispositifs permettent de détecter des gaz particuliers parmi un fluide gazeux, comme un nez électronique. Dans le cas où le fluide est sous forme liquide et les gaz y sont dissous, il est nécessaire d'extraire les gaz du liquide avant de pouvoir les analyser, par exemple au moyen d'une membrane. Les dispositifs de détection existants sont généralement complexes, onéreux et/ou encombrants, par exemple en raison des technologies de détection (spectrométrie IR ou chromatographie en phase gazeuse), ou des systèmes de valves, électrovannes ou clapets qu'ils utilisent dans bien des cas. Or, dans le cas de transformateurs souterrains comme dans d'autres, l'espace disponible est souvent limité et leur nombre requière autant de dispositifs de détection, ce qui peut entraîner des coûts prohibitifs si les dispositifs sont onéreux. De plus, la valeur de l'équipement à surveiller ne permet pas de justifier un investissement important.
SOMMAIRE Un objet de l'invention est de proposer un dispositif de détection d'au moins un gaz à surveiller dans un fluide émanant d'un appareil, qui peut avoir un faible encombrement.
Un autre objet de l'invention est de proposer un tel dispositif qui peut s'installer sur l'équipement à surveiller.
Un autre objet de l'invention est de proposer un tel dispositif qui peut avoir une construction simple et économique. Un autre objet de l'invention est de proposer un tel dispositif qui peut avoir une longévité d'une dizaine d'année ou plus.
Selon un aspect de l'invention, il est proposé un dispositif de détection d'au moins un gaz à surveiller dans un fluide émanant d'un appareil, comprenant: une enceinte ayant une entrée destinée à recevoir le fluide, une ouverture d'alimentation d'air, et une sortie d'évacuation de gaz;
au moins une chambre d'extraction et de mesure s'étendant dans l'enceinte, en communication avec l'entrée pour extraire des gaz contenus dans le fluide, et contenant une unité de détection pour détecter l'au moins un gaz à surveiller;
une chambre d'assèchement d'air s'étendant dans l'enceinte et communiquant avec l'ouverture d'alimentation d'air, la chambre d'assèchement d'air contenant un organe d'assèchement d'air; un arrangement d'organes de transfert de gaz entre la chambre d'assèchement d'air, l'au moins une chambre d'extraction et de mesure et la sortie d'évacuation de gaz, les organes de transfert de gaz étant configurés de manière que des transferts de gaz à travers les organes de transfert soient négligeables en l'absence d'un différentiel de pression forcé à travers les organes de transfert;
une pompe opérable pour produire de manière contrôlée:
un différentiel de pression à travers les organes de transfert entraînant un transfert d'air de la chambre d'assèchement vers l'au moins une chambre d'extraction et de mesure et un transfert de gaz de l'au moins une chambre d'extraction et de mesure vers la sortie d'évacuation de gaz, et
une circulation d'air dans la chambre d'assèchement; et un circuit configuré pour opérer la pompe et mesurer des quantités de l'au moins un gaz à surveiller détecté par l'unité de détection.
Le dispositif selon l'invention permet notamment une détection précoce de défauts dans des équipements électriques isolés à l'huile. Le dispositif utilise le principe des gaz dissous dans l'huile isolante (ou un autre fluide) pour déceler une concentration anormale de gaz cibles et prévenir l'équipement électrique d'une défaillance.
De préférence, le dispositif selon l'invention utilise un concept analogue à celui d'un nez électronique avec un nombre possiblement réduit de capteurs formant l'unité de détection pour permettre une mesure des gaz de défauts caractéristiques dans des équipements électriques isolés à l'huile (hydrogène, monoxyde de carbone, acétylène, éthylène, méthane, éthane). Le dispositif peut fonctionner comme un nez électronique avec une extraction des gaz de l'huile par une membrane si nécessaire.
De préférence, la combinaison de capteurs choisie a le potentiel de reconnaître des familles de défauts dans des équipements électriques isolés à l'huile comme un point chaud, une décharge partielle, et un arcage. Le dispositif peut intégrer ces fonctions sous forme d'un dispositif de taille réduite particulièrement bien adaptée à la surveillance de transformateurs souterrains.
DESCRIPTION BRÈVE DES DESSI NS
Une description détaillée du principe et des réalisations préférées de l'invention sera donnée ci-après en référence avec les dessins suivants:
Figure 1 est un diagramme schématique du dispositif de détection selon l'invention.
Figure 2 est une vue partielle en perspective du dispositif de détection selon l'invention. Figure 3 est une vue de coupe du dispositif de détection selon l'invention.
Figure 4 est un diagramme schématique d'un circuit du dispositif de détection selon l'invention. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES RÉALISATIONS PRÉFÉRÉES
En référence à la Figure 2, le dispositif sert à la détection d'un ou plusieurs gaz à surveiller dans un fluide émanant d'un appareil 1 (tel qu'illustré à la Figure 1 ). Pour des fins uniquement de simplification, la description qui suit fait référence à des gaz à surveiller dans le fluide. Il doit néanmoins être compris que le dispositif peut servir à détecter un seul gaz si voulu. Le dispositif comporte une enceinte 2 ayant une entrée 4 destinée à recevoir le fluide, une ouverture d'alimentation d'air 6, et une sortie d'évacuation de gaz 8 (descendant derrière un dispositif de protection 48 dans la Figure). Une chambre d'extraction 10 de gaz contenus dans le fluide s'étend dans l'enceinte 2, en communication avec l'entrée 4. Une chambre de mesure 12 s'étend dans l'enceinte 2 et contient une unité de détection pouvant être formée par un ensemble de capteurs 14 pour détecter les gaz à surveiller. Une chambre d'assèchement d'air 16 s'étend dans l'enceinte 2 et communique avec l'ouverture d'alimentation d'air 6. Un organe d'assèchement d'air représenté partiellement par le repère 18 dans la Figure s'étend dans la chambre d'assèchement d'air 16. Un arrangement d'organes de transfert de gaz tels que formés par des tubes 20, 22, 24 s'étend respectivement entre la chambre d'assèchement d'air 16, la chambre d'extraction 10 et la chambre de mesure 12. Les tubes 20, 22, 24 ont des longueurs et des diamètres intérieurs tels que des transferts de gaz entre les chambres 16, 10, 12 par diffusion dans les tubes 20, 22, 24 soient négligeables en l'absence d'un différentiel de pression forcé dans les tubes 20, 22, 24. Le dispositif est doté d'une pompe 26. La pompe 26 est opérable pour produire de manière contrôlée un différentiel de pression dans les tubes 20, 22, 24 entraînant un transfert d'air de la chambre d'assèchement 16 vers la chambre d'extraction 10 et un transfert des gaz de la chambre d'extraction 10 vers la chambre de mesure 12 et de la chambre de mesure 12 vers la sortie d'évacuation de gaz 8. La pompe 26 est également opérable pour produire de manière contrôlée une circulation d'air dans la chambre d'assèchement 16, par exemple en aspirant l'air qui s'y trouve pour l'évacuer par la sortie d'évacuation de gaz 8, entraînant une entrée d'air frais par l'ouverture d'alimentation d'air 6. Le dispositif comporte un circuit 28 configuré pour opérer la pompe 26 et mesurer des quantités des gaz à surveiller détectés par les capteurs 14. La chambre d'extraction 10 et la chambre de mesure 12 peuvent être une seule et même chambre, ou des chambres séparées tel qu'illustré.
Dans le cas où le fluide est sous forme liquide, le dispositif comporte de plus une membrane d'extraction 30 des gaz contenu dans le fluide, s'étendant à travers l'entrée 4. La membrane d'extraction 30 peut être également présente même si le fluide est sous forme uniquement gazeuse.
Le dispositif de détection selon l'invention peut s'installer par exemple sur une valve de l'appareil (non illustré), tel une valve de la cuve principale d'un transformateur (non illustré). Le dispositif peut mesurer soit dans la phase gazeuse (avec ou sans membrane 30), soit dans l'huile (avec membrane 30). Dans une application du dispositif pour surveiller un transformateur isolé à l'huile, la membrane d'extraction 30 permet d'extraire les gaz de l'huile en empêchant l'huile de pénétrer dans la chambre d'extraction 10. La membrane 30 est de préférence non sélective et permet d'extraire tous les gaz à des vitesses possiblement et relativement comparables. Le temps d'extraction est d'abord caractéristique de la nature de la membrane 30 mais dépend aussi de paramètres physiques tels que le volume de la chambre d'extraction 10, la surface de la membrane 30 et son épaisseur. La membrane 30 peut aussi être sélective si voulu, dans la mesure où elle laisse passer au moins les gaz à surveiller.
La relation cinétique qui décrit l'évolution de la concentration dans la chambre d'extraction 10 en fonction du temps et des paramètres de la membrane 30 est:
C(t) = Co (1 - exp-(DS/vd) t)
(1 )
où
Co représente la concentration à l'équilibre (des deux côtés de la membrane 30);
C(t) représente la concentration au temps t (dans la chambre d'extraction 10); D représente le coefficient de diffusion de la membrane 30;
S représente la surface active de la membrane 30
v représente le volume de la chambre d'extraction 10; et
d représente l'épaisseur de la membrane 30. La membrane d'extraction 30 peut être faite en un matériau comme le Teflon® AF, le polypropylène, le polyéthylène, le polyimide, ou tout autre matériau pouvant extraire des gaz à surveiller d'un fluide si voulu. Il est à noter que l'utilisation de polypropylène, polyéthylène ou polyimide est susceptible d'allonger considérablement le temps d'extraction.
Le tableau I ci-dessous montre un exemple de temps d'extraction obtenus avec un film de téflon® AF 2400 de l'ordre de 40 micron d'épaisseur. La chambre d'extraction 10 collecte les gaz extraits par la membrane 30. Le "Temps (90%)(enH)" représente le temps d'extraction, exprimé en heure, requis pour obtenir une concentration C(t) égale à 90% de la valeur d'équilibre C(0) dans la chambre d'extraction 10. Un volume entre 10 et 20 ml (33.7 ml dans le tableau I) permet d'atteindre des temps d'extraction par exemple de l'ordre de 2 à 3 heures. Lorsque des concentrations significatives sont atteintes, e.g. après un temps déterminé de manière empirique ou par des calculs selon l'équation 1 , une mesure peut être initiée en transférant les gaz dans la chambre de mesure 12 via l'arrangement de tubes 22, 24.
Tableau I
Conditions
Volume d'extraction 33.7 ml
Surface de membrane estimé à 5 cm2
Température ambiante
Gaz Temps (90%)(en H)
Méthane 2.8
Éthane 7.1
Monoxyde de carbone 4.5
Éthylène 6.2
Acétylène 4.7
Hydrogène estimé à 0.90 H
La chambre de mesure 12 contient un nombre de capteurs 14, par exemple cinq ou six, dont les natures et les sélectivités sont choisies pour permettre de mesurer les gaz à surveiller, par exemple les gaz caractéristiques de défauts dans un transformateur. Avant la mesure, les capteurs 14 sont balayés par de l'air sec pendant un temps nécessaire pour obtenir une ligne de base (zéro) stable. Le temps nécessaire peut être calculé, ou établi de manière empirique, ou encore variable et déterminé selon que les lectures produites par les capteurs 14 se stabilisent et correspondent à des valeurs pour de l'air sec. L'air sec provient de la chambre d'assèchement 16 via le tube 20. Lors de leur introduction dans la chambre de mesure 12, les gaz sont détectés par les capteurs 14, permettant ainsi leur identification et leur quantification. Après un temps de mesure e.g. de l'ordre de 10 à 40 secondes dépendant de la stabilité des lectures produites par les capteurs 14 ou déterminé d'une autre façon si voulu (comme par calcul ou de manière empirique), les gaz sont évacués de la chambre de mesure 12 à travers la sortie d'évacuation des gaz 8 pour permettre aux capteurs 14 de revenir à leur état initial et ainsi se préparer pour une mesure suivante.
En référence à la Figure 3, l'enceinte 2 peut avoir une forme généralement tubulaire (tel que mieux vu à la Figure 2) ayant des première et deuxième extrémités opposées, la première extrémité comprenant l'entrée 4. L'enceinte 2 peut avoir d'autres formes si voulu. L'enceinte 2 comprend une paroi périphérique 32 s'étendant entre les extrémités, et un corps 34 généralement tubulaire se projetant longitudinalement à l'intérieur de l'enceinte 2 depuis la première extrémité en étant espacé de la paroi périphérique 32 de manière à laisser une cavité définissant la chambre d'assèchement d'air 16. Le corps 34 a des parois internes 36 définissant respectivement la chambre d'extraction 10 et la chambre de mesure 12. Les chambres d'extraction et de mesure 10, 12 s'étendent de préférence successivement l'une après l'autre dans le corps 34 depuis l'entrée 4. Les chambres 10, 12 peuvent être disposées autrement dans le corps 34 et le corps peut avoir une forme autre que tubulaire si voulu. De préférence, le corps 34 s'étend jusqu'à la deuxième extrémité de l'enceinte 2 et comprend des parois internes 36 définissant des chambres additionnelles 38, 40 contenant respectivement le circuit 28 et la pompe 26.
Pour la surveillance de défauts dans un transformateur, le dispositif peut disposer de six capteurs 14, chacun ayant un rôle spécifique. Les capteurs 14 de type MOS qui suivent, commercialisés par la compagnie AlphaMOS, peuvent convenir pour la détection de défauts dans un transformateur isolé à l'huile: P10/2, P10/5, P10/9, cap000500, cap000495, et LY2/gCT. Ces capteurs produisent des lectures sous forme de valeurs de résistances qui peuvent être mesurées par le circuit 28. Les capteurs P10/9 et LY2/gCT sont spécifiques à la détection de l'hydrogène et l'acétylène respectivement. Les autres capteurs ont des sensibilités relatives différentes suivant le gaz détecté, ce qui permet de différencier la présence de méthane, éthane, éthylène et monoxyde de carbone, selon des combinaisons de lectures obtenues par ces capteurs. Les capteurs 14 peuvent être montés sur une paroi 36 de la chambre de mesure 12 faisant face à l'entrée 4, où autrement dans la chambre de mesure 12 si voulu.
De préférence, les tubes 20, 22, 24 décrivent des enroulements hélicoïdaux autour du corps 34. Cette configuration permet aux tubes 20, 22, 24 d'avoir les longueurs nécessaires pour minimiser les échanges de gaz entre les chambres 10, 12, 16 lorsque la pompe 26 ne fonctionne pas. D'autres configurations peuvent être utilisées si voulu, par exemple à la manière d'un serpentin le long du corps 34. En référence aux Figures 1 et 3, le tube 20 a des extrémités 20A, 20B en communication respectivement avec la chambre d'assèchement 16 et la chambre d'extraction 10. Le tube 22 a des extrémités 22A, 22B en communication respectivement avec la chambre d'extraction 10 et la chambre de mesure 12. Le tube 24 a des extrémités 24A, 24B respectivement en communication avec la chambre de mesure 12 et la pompe 26.
Les chambres 10, 12, 16 communiquent ainsi entre elles par l'arrangement de tubes 20, 22, 24, pour permettre un transfert des gaz d'une chambre 10, 12, 16 à l'autre. Les tubes 20, 22, 24 permettent en outre un transfert des gaz entre l'extérieur et les chambres 16, 10, 12 successives lorsque la pompe 26 est activée et produit un différentiel de pression dans les tubes 20, 22, 24. Quand la pompe 26 est éteinte, la vitesse de diffusion des tubes 20, 22, 24 en raison de leurs longueurs et diamètres intérieurs permet de minimiser les échanges entre les différentes chambres 16, 10, 12 sans avoir recours à des systèmes complexes et onéreux de clapets ou d'électrovannes. Les dimensions des tubes 20, 22, 24 sont par conséquent tels que la perte par diffusion des gaz dans les tubes 20, 22, 24 est négligeable mais qu'à l'apparition d'une différence de pression initiée par la pompe 26, un transfert de gaz est possible. Les matériaux utilisés pour les tubes 20, 22, 24 sont de préférence tels qu'ils ne sont pas poreux aux gaz.
Des calculs utilisant l'équation de Poiseuille pour mesurer l'écoulement dans un tube permettent de montrer qu'un tube de 2 m de longueur et d'un diamètre intérieur de 0.25 mm échange en une heure seulement 6% du volume d'une chambre de 30 ml sous des variations de pression naturelle de 200 Pa/h alors qu'un échange complet par une pompe permet de purger un volume de 30 ml en moins de 4 minutes. D'autre part, des mesures expérimentales qui évaluent le transport d'H2 ont été réalisées dans les conditions suivantes. Une cuve de 1 ,8 I en acier inoxydable a été connectée à un volume de 25 ml par un tuyau de 50 cm de longueur et de 1 .58 mm (1/16 de pouce) de diamètre en acier inoxydable. La cuve a été remplie d'un mélange d'H2 dans l'air à une concentration de 100 ppm. Une heure après le remplissage de la cuve, moins de 2% (1 .74%) du mélange d'H2 dans l'air a été mesuré dans la cavité de 25 ml. Les calculs et les mesures montrent que des tubes de 50 cm avec un diamètre interne de l'ordre du millimètre peuvent être utilisés pour connecter les chambres 16, 10, 12 et qu'aucun transport significatif ne sera observé entre deux chambres 16, 10, 12 par diffusion ou par écoulement tant qu'une différence de pression n'est pas appliquée par la pompe 26.
En référence à nouveau à la Figure 3, le circuit 28 fait fonctionner la pompe 26 de façon intermittente quand une mesure est initiée. Le modèle de la pompe 26 (e.g. à diaphragme ou autre) et sa fréquence de fonctionnement sont de préférence choisis de façon à assurer une longévité d'au moins 10 ans, e.g. pour tenir un nombre de commutations à 1 mesure à l'heure pendant 10 ans. Par exemple, la pompe 26 peut avantageusement être réalisée par le modèle de pompe NMS020L fabriquée par la compagnie KNF Neuberger, en raison notamment de son faible coût et sa qualité de construction. Ce modèle est réputé durer 6000 heures en utilisation continue. Toutefois, le mode de fonctionnement mentionnée ci-dessus implique un fonctionnement de la pompe 26 une fois par heure pendant 10 ans, soit environ 87648 cycles de démarrage et arrêt en fonction pendant 6 secondes pour un total d'environ 146 heures. Bien que ce total soit bien en deçà des 6000 heures de durée de vie continue, il implique un nombre important de cycles de démarrage et d'arrêt. Il a été vérifié par les inventeurs que ce modèle de pompe a réussi avec succès un programme d'essai d'une durée totale de 180 heures avec des démarrages et arrêts aux 7 secondes.
L'organe d'assèchement d'air 18 peut avantageusement prendre la forme d'un dessiccant dans lequel s'étend un élément chauffant 42 contrôlé par le circuit 28, de sorte que l'organe d'assèchement d'air 18 puisse être compact. Le dessiccant peut être un gel de silice ou tout autre matériau remplissant une fonction de réservoir d'air pour alimenter les capteurs 14 en air d'humidité constante, e.g. 10%. L'élément chauffant 42 peut être une résistance chauffante décrivant des enroulements hélicoïdaux autour du corps 34 en s'étendant dans et en contact avec le dessiccant, permettant une régénération régulière du dessiccant par chauffage de la résistance à une température e.g. supérieure à 100°C pour évaporer l'eau adsorbée dans le dessiccant possiblement à travers l'ouverture 6. Une régénération peut être initiée par le circuit 28 dès qu'un détecteur d'humidité 44A disposé dans la chambre d'assèchement d'air 16 et connecté au circuit 28 signale une humidité excessive susceptible d'être dommageable pour la durée de vie des capteurs 14, e.g. dépassant 10%.
Le dispositif peut comporter une sonde de température (non illustrée) à l'extérieur de l'enceinte 2, connectée au circuit 28 e.g. via un cordon d'alimentation 58 du dispositif. Un des capteurs 14 peut être un capteur de température, ou une sonde de température 46C peut être disposée dans la chambre de mesure 12. Le circuit 28 peut avoir un mode d'opération où l'élément chauffant 42 est contrôlé selon une température mesurée par la sonde extérieure, une température mesurée par le capteur 14 de température ou la sonde de température 46C, et une température de chauffe de l'élément chauffant 42 déterminée par le circuit 28. Le circuit 28 peut avoir un cycle d'opération dans lequel la pompe 26 est actionnée de manière à produire la circulation d'air dans la chambre d'assèchement 16 durant une première période de temps lors de laquelle la chambre d'extraction 10 collecte les gaz extrait par la membrane 30, puis de manière à produire le différentiel de pression dans les tubes 20, 22, 24 durant une deuxième période de temps lors de laquelle les gaz collectés dans la chambre d'extraction 10 sont transférés vers la chambre de mesure 12 et l'air asséché dans la chambre d'assèchement 16 est transféré vers la chambre d'extraction 10. Puis la pompe 26 est arrêtée durant une troisième période de temps lors de laquelle les capteurs 14 mesurent les gaz, puis la pompe 26 est actionnée de manière à produire le différentiel de pression dans les tubes 20, 22, 24 durant une quatrième période de temps lors de laquelle les gaz dans la chambre de mesure 12 sont évacués à travers la sortie d'évacuation 8 et l'air asséché est transféré de la chambre d'extraction 10 vers la chambre de mesure 12. Le circuit peut avoir un mode d'opération où au moins une des périodes de temps précitée est déterminée selon que les capteurs 14 produisent des lectures ayant un degré prédéterminé de stabilité.
L'enceinte 2 peut comporter une protection à clapet externe 48 connectée au circuit 28 de manière que le circuit 28 se mette hors service selon que la protection à clapet 48 détecte une condition de submersion, e.g. lors d'une montée d'eau dans une chambre souterraine où le dispositif peut être installé.
L'extrémité de l'enceinte 2 comprenant l'entrée 4 peut avoir la forme d'un goulot 60 se projetant de l'extrémité vers l'extérieur, définissant l'entrée 4 et se couplant à l'appareil, e.g. un conduit 62 de valve de l'appareil.
Les chambres 10, 12, 16 peuvent être dotées de sondes de température 46A, 46B, 46C et de détecteurs d'humidité 44A, 44B, 44C connectés au circuit 28 pour un contrôle accru des conditions d'opération du dispositif.
En référence à la Figure 4, le circuit 28 contient les composantes électriques/électroniques nécessaires aux fonctions et opérations du dispositif. Le circuit 28 peut comporter un microcontrôleur 50 pour le pilotage général du dispositif et le pilotage de l'acquisition des données de mesure à travers un ou des convertisseurs analogue/numérique 52. La mise en forme des signaux de mesure produits par les capteurs 14, possiblement sous forme de valeurs de résistance variant selon les concentrations de gaz détectés, peut être assurée par un amplificateur à gain programmable associé à un potentiomètre numérique réalisé par le microcontrôleur 50. Le microcontrôleur 50 peut être monté sur une carte électronique dotée d'une alimentation 58 et disposant d'une mémoire 54 (e.g. de type flash ou autre) prévue pour le stockage des données de mesure et le stockage de modèles de décision utilisés par le microcontrôleur 50. Le circuit 28 est de préférence doté d'une interface de communication 56 permettant en outre de transmettre les données de mesure, e.g. par technologie l2C, fibre optique, USB, Ethernet, série, ZigBee®/GPRS, Wi-Fi, etc.
La gestion des gaz peut être assurée par des commandes de la pompe 26. La gestion de la température peut être assurée en pilotant l'élément chauffant 42, pilotage qui peut tenir compte de la température extérieure par la lecture de la sonde de température externe (non illustrée), de la température de la chambre de mesure 12 (montrée à la Figure 1 ) fournie e.g. par l'un des capteurs 14 ou la sonde 46C, et de la température de chauffe de l'élément chauffant 42 pour assurer sa protection. La gestion de l'humidité peut être assurée par le suivi du capteur d'humidité 44A, permettant de déceler une dégradation des conditions d'humidité. La gestion de la pression peut être également assurée par un capteur dédié (non illustré) si voulu.
Bien que des réalisations de l'invention aient été illustrées dans les dessins ci- joints et décrites ci-dessus, il apparaîtra évident pour les personnes versées dans l'art que des modifications peuvent être apportées à ces réalisations sans s'écarter de l'invention. Par exemple, les chambres 10, 12, 16 (et possiblement 38, 40) peuvent être disposées dans l'enceinte 2 sans être contigues et sans former une configuration coaxiale si voulu. La pompe 26 et le circuit 28 peuvent être montés à l'extérieur de l'enceinte si voulu, bien que la configuration à l'intérieure a l'avantage de les protéger d'une manière simple. L'interface 56 du circuit 28 peut être bidirectionnelle ou unidirectionnelle (vers l'extérieur du dispositif) si voulu. L'enceinte 2 peut avoir une forme carrée ou autre, être modulaire, etc. La pompe 26 peut prendre la forme d'un système à piston (non illustré) muni d'une valve antiretour qui transfère le gaz de la chambre d'extraction 10 à la chambre de mesure 12 quand une mesure est initiée. Dans un tel système à piston, la paroi 36 entre les chambres d'extraction et de mesure 10, 12 peut servir de piston se déplaçant axialement dans le corps 34 et faisant varier le volume des chambres 10, 12 de manière à produire le différentiel de pression entraînant le transfert des gaz. Le dispositif peut combiner un système à piston avec des tubes comme les tubes 20, 22, 24 pour le transfert des gaz si voulu. L'ouverture d'alimentation d'air 6 et la sortie d'évacuation de gaz 8 peuvent être dotés de clapets antiretour 62, 64 (tels qu'illustrés dans les Figues 1 et 2) si voulu. L'alimentation 58 peut être autonome ou non, selon l'environnement où est utilisé le dispositif selon l'invention. Le circuit 28 peut avoir des modes de contrôle et des cycles d'opération qui diffèrent de ceux décrits ci-dessus, selon l'appareil à surveiller, le type de fluide impliqué et les gaz à détecter. Le nombre de capteurs 14 formant l'unité de détection et leurs technologies peuvent varier selon le ou les gaz à surveiller, le type d'appareil sous surveillance, les conditions dans lesquelles le dispositif de détection est destiné à être installé et à fonctionner, etc. Par exemple, l'unité de détection peut être réalisée au moyen d'un microcapteur dont la sélectivité peut être modulée en changeant ses conditions d'opération, telle que des conditions thermiques ou autres. L'entrée 4 peut être disposée sur un côté de l'enceinte 2 si voulu.

Claims

REVENDICATIONS:
1 . Dispositif de détection d'au moins un gaz à surveiller dans un fluide émanant d'un appareil, comprenant:
une enceinte ayant une entrée destinée à recevoir le fluide, une ouverture d'alimentation d'air, et une sortie d'évacuation de gaz;
au moins une chambre d'extraction et de mesure s'étendant dans l'enceinte, en communication avec l'entrée pour extraire des gaz contenus dans le fluide, et contenant une unité de détection pour détecter l'au moins un gaz à surveiller;
une chambre d'assèchement d'air s'étendant dans l'enceinte et communiquant avec l'ouverture d'alimentation d'air, la chambre d'assèchement d'air contenant un organe d'assèchement d'air;
un arrangement d'organes de transfert de gaz entre la chambre d'assèchement d'air, l'au moins une chambre d'extraction et de mesure et la sortie d'évacuation de gaz, les organes de transfert de gaz étant configurés de manière que des transferts de gaz à travers les organes de transfert soient négligeables en l'absence d'un différentiel de pression forcé à travers les organes de transfert;
une pompe opérable pour produire de manière contrôlée:
un différentiel de pression à travers les organes de transfert entraînant un transfert d'air de la chambre d'assèchement vers l'au moins une chambre d'extraction et de mesure et un transfert de gaz de l'au moins une chambre d'extraction et de mesure vers la sortie d'évacuation de gaz, et
une circulation d'air dans la chambre d'assèchement; et un circuit configuré pour opérer la pompe et mesurer des quantités de l'au moins un gaz à surveiller détecté par l'unité de détection.
2. Le dispositif selon la revendication 1 , comprenant de plus une membrane d'extraction des gaz contenus dans le fluide, s'étendant à travers l'entrée.
3. Le dispositif selon la revendication 2, dans lequel la membrane d'extraction est faite en un matériau choisi du groupe comprenant le Teflon® AF, le polypropylène, le polyéthylène et le polyimide.
4. Le dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'organe d'assèchement d'air comprend un dessiccant et un élément chauffant s'étendant dans le dessiccant, le circuit étant configuré pour contrôler l'élément chauffant.
5. Le dispositif selon la revendication 4, dans lequel le dessiccant comprend un gel de silice.
6. Le dispositif selon l'une des revendications 4 à 5, dans lequel la chambre d'assèchement comprend un capteur d'humidité connecté au circuit, le circuit ayant un mode d'opération où l'élément chauffant est contrôlé selon un degré d'humidité capté par le capteur d'humidité.
7. Le dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, comprenant de plus une sonde de température à l'extérieur de l'enceinte et connectée au circuit, et un capteur de température dans l'au moins une chambre d'extraction et de mesure, le circuit ayant un mode d'opération où l'élément chauffant est contrôlé selon une température mesurée par la sonde, une température mesurée par le capteur de température, et une température de chauffe de l'élément chauffant déterminée par le circuit.
8. Le dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel l'unité de détection comprend un arrangement de capteurs sensibles à l'au moins un gaz à surveiller.
9. Le dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel l'au moins un gaz à surveiller est plusieurs gaz à surveiller, et les gaz à surveiller auxquels l'unité de détection est sensible sont choisis du groupe comprenant l'hydrogène, l'acétylène, le méthane, l'éthane, le monoxyde de carbone et l'éthylène.
10. Le dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel le circuit a un cycle d'opération dans lequel la pompe est actionnée de manière à produire le différentiel de pression dans les organes de transfert et la circulation d'air dans la chambre d'assèchement durant une période de temps, puis la pompe est arrêtée durant une autre période de temps lors de laquelle l'au moins une chambre d'extraction et de mesure collecte les gaz et l'unité de détection mesure l'au moins un gaz à surveiller, puis la pompe est actionnée de manière à produire le différentiel de pression dans les organes de transfert durant une autre période de temps lors de laquelle les gaz dans l'au moins une chambre d'extraction et de mesure sont évacués à travers la sortie d'évacuation et l'air asséché est transféré de la chambre d'assèchement vers l'au moins une chambre d'extraction et de mesure.
1 1 . Le dispositif selon la revendication 10, dans lequel l'unité de détection comprend au moins un capteur, et le circuit a un mode d'opération où au moins une des périodes de temps est déterminée selon que l'au moins un capteur produit une lecture ayant un degré prédéterminé de stabilité.
12. Le dispositif selon l'une des revendications 1 à 1 1 , dans lequel l'enceinte comporte une protection à clapet externe connectée au circuit de manière que le circuit se mette hors service selon que la protection à clapet détecte une condition de submersion.
13. Le dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, dans lequel l'appareil comprend un transformateur isolé à l'huile, et le fluide est l'huile du transformateur, l'au moins un gaz surveillé étant des gaz caractéristiques d'un défaut dans le transformateur.
14. Le dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, dans lequel le circuit comprend un module de mémoire pour emmagasiner des données représentatives des quantités de l'au moins un gaz à surveiller détectés, et une interface pour transmettre les données.
15. Le dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, dans lequel l'enceinte a une extrémité et un goulot se projetant de l'extrémité vers l'extérieur, le goulot définissant l'entrée et se couplant à l'appareil.
16. Le dispositif selon l'une des revendications 1 à 15, dans lequel l'enceinte a une forme généralement tubulaire ayant des première et deuxième extrémités opposées, la première extrémité de l'enceinte comprenant l'entrée, l'enceinte comprenant une paroi périphérique s'étendant entre les extrémités, et un corps généralement tubulaire se projetant longitudinalement à l'intérieur de l'enceinte depuis la première extrémité en étant espacé de la paroi périphérique de l'enceinte de manière à laisser une cavité définissant la chambre d'assèchement d'air, le corps généralement tubulaire ayant des parois internes définissant respectivement l'au moins une chambre d'extraction et de mesure.
17. Le dispositif selon la revendication 16, dans lequel l'au moins une chambre d'extraction et de mesure comprend une chambre d'extraction et une chambre de mesure s'étendant successivement l'une après l'autre dans le corps généralement tubulaire depuis l'entrée, l'arrangement d'organes de transfert de gaz comprenant un organe de transfert de gaz entre la chambre d'extraction et la chambre de mesure.
18. Le dispositif selon l'une des revendications 16 et 17, dans lequel le corps généralement tubulaire s'étend jusqu'à la deuxième extrémité de l'enceinte et comprend des parois internes définissant des chambres additionnelles contenant respectivement le circuit et la pompe.
19. Le dispositif selon l'une des revendications 1 à 18, dans lequel au moins un des organes de transferts comprend un tube s'étendant entre deux parties à relier parmi la chambres d'assèchement d'air, l'au moins une chambre d'extraction et de mesure, et la sortie d'évacuation de gaz, le tube ayant une longueur et un diamètre intérieur tel que des transferts par diffusion de gaz dans le tube entre les deux parties soient négligeables en l'absence du différentiel de pression forcé.
20. Le dispositif selon l'une des revendications 16 à 18, dans lequel au moins un des organes de transferts comprend un tube s'étendant entre deux parties à relier parmi la chambres d'assèchement d'air, l'au moins une chambre d'extraction et de mesure, et la sortie d'évacuation de gaz, le tube ayant une longueur et un diamètre intérieur tel que des transferts par diffusion de gaz dans le tube entre les deux parties soient négligeables en l'absence du différentiel de pression forcé, le tube décrivant un enroulement hélicoïdal autour du corps généralement tubulaire, le tube ayant des extrémités en communication respectivement avec les deux parties à relier.
21 . Le dispositif selon l'une des revendications 1 à 20, dans lequel les organes de transfert comprennent des tubes dont l'un a des extrémités en communication respectivement avec la chambre d'assèchement et l'au moins une chambre d'extraction et de mesure, et un autre a des extrémités en communication respectivement avec l'au moins une chambre d'extraction et de mesure et la pompe, les tubes ayant des longueurs et des diamètres intérieurs tel que des transferts par diffusion de gaz dans les tubes soient négligeables en l'absence du différentiel de pression forcé.
22. Le dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, dans lequel:
l'enceinte a une forme généralement tubulaire et comprend une paroi périphérique et un corps généralement tubulaire s'étendant longitudinalement à l'intérieur de l'enceinte en étant espacé de la paroi périphérique de manière à laisser une cavité définissant la chambre d'assèchement d'air, le corps généralement tubulaire ayant des parois internes définissant respectivement l'au moins une chambre d'extraction et de mesure; et
l'élément chauffant décrit des enroulements hélicoïdaux autour du corps généralement tubulaire en s'étendant dans le dessiccant.
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