Installation pour la détermination indirecte de la température d'un câble aérien de transport de l'électricité On sait que l'état structural et la flèche d'un câble aérien de transport d'électricité, d'une section déterminée, soumis à une ten sion de pose donnée, à un vent d'intensité con nue et à une surcharge mécanique connue (par exemple recouvert d'une couche de givre) va rient essentiellement avec la température at teinte par ce câble.
C'est la raison pour laquelle on impose que la température du câble ne dépasse pas une valeur fixée d'avance. Dans le but d'éviter que cette valeur soit dépassée, on a proposé d'équi per la majeure partie des câbles électriques aériens de dispositifs qui sont influencés par l'intensité du courant qui circule dans ces câ bles et qui ne provoquent la coupure du cou rant que si celui-ci se maintient pendant un temps fixé d'avance à une valeur prédétermi née. Ces installations sont disposées entière ment à l'intérieur de locaux et présentent l'in convénient de ne pas tenir compte des condi tions atmosphériques réelles telles que le vent, la pluie, le soleil et .la température extérieure auxquelles les câbles sont soumis en réalité.
D'autre part, la mesure directe de la tem pérature d'un câble en service n'est guère pos sible ni pratique, eu égard notamment à la ten sion élevée qui est appliquée au câble.
On pourrait imaginer de faire passer dans un bout de câble identique à celui dont on désire connaître la température et disposé à l'extérieur comme celui-ci, un courant égal à celui passant dans ce câble. Toutefois, la réa lisation suffisamment correcte de cette instal lation apparaît dispendieuse et encombrante.
La présente invention a comme objet une installation qui ne présente pas les inconvé nients des installations connues et qui permet de connaître facilement la température du câble en service malgré les variations importantes du courant et de brusques variations des condi tions atmosphériques. Cette installation consti tue ainsi, contre les détériorations et les flè ches anormales du câble résultant de surchar ges électriques, une protection réagissant aux fluctuations de courant avec la même sensibi lité que le câble et permettant l'utilisation opti mum de ce dernier.
L'installation suivant l'invention est carac térisée en ce qu'elle comprend un organe de forme générale cylindrique, de longueur infé rieure à celle dudit câble et disposé de fa çon à être soumis aux mêmes phénomènes at mosphériques que ceux qui influencent le câ ble, en ce que cet organe comprend, en pre mier lieu, un élément chauffant, isolé électri quement, en un métal dont la variation de ré sistivité en fonction de la température est la même que celle du métal constituant ledit câ ble,
connecté à l'enroulement secondaire d'un transformateur d'intensité dont l'enroulement primaire est traversé par un courant propor- tionnel à celui circulant dans le câble et agencé de façon à dissiper, par unité de longueur du- dit organe cylindrique, une quantité de chaleur égale à celle dissipée par effet Joule par unité de longueur du câble, tout en consommant une énergie inférieure à l'énergie totale perdue par effet Joule dans le câble, en deuxième lieu,
une masse métallique de même composition que le câble et présentant une surface extérieure de même forme que la surface extérieure du câ ble et de section égale, ladite masse métallique entourant, en outre, l'élément chauffant susdit avec lequel elle est en contact, en troisième lieu, un élément sensible à la température, éga lement en contact avec la masse métallique susdite et qui est monté dans un circuit élec trique de façon à donner dans ce circuit une indication de la température à laquelle cette masse métallique est soumise.
En plus de l'exposition dudit organe de forme générale cylindrique aux conditions atmosphériques auxquelles le câble à surveiller est soumis, l'installation suivant l'invention comprend donc, comme caractéristique essen tielle, l'emploi d'un élément chauffant en un métal dont la variation de résistivité en fonc tion de la température est la même que celle du métal constituant le câble, en contact avec une masse métallique de longueur beaucoup plus faible que le câble, de même composition que le câble et présentant, par unité de lon gueur, la même surface extérieure, aussi bien en grandeur qu'en forme,
cet élément chauf fant étant cependant électriquement isolé de cette masse métallique et étant déterminé de façon qu'en étant alimenté par un courant pro portionnel au courant passant dans le câble mais beaucoup plus faible que ce courant, il dissipe la même qûantité de chaleur par unité de longueur de cable en consommant une puis sance beaucoup plus faible que les pertes Joule totales produites dans le câble.
Ledit organe cylindrique qui sera désigné ci-après par image thermique de ligne aérienne ou plus simplement image thermique et le câble surveillé présentent, à tout moment, des températures égales en des points homologues d'une section transversale, à condition que ces sections ne soient pas effectuées à l'endroit des joints dans le câble (les joints modernes sont moins chauds que les endroits de section nor male) ni au voisinage des extrémités de l'image thermique (qui sont un peu plus froides que la partie médiane de cette image).
La disposi tion de l'élément chauffant à l'intérieur de la masse métallique de l'image thermique met cet élément à l'abri de l'humidité et, par consé quent, on peut utiliser, pour cet élément chauf fant, un isolant électrique mince perturbant peu la transmission à la masse métallique exté rieure, de la chaleur développée par effet Joule dans ledit élément.
Dans une forme d'exécution avantageuse, l'élément chauffant susdit est interposé entre deux tubes métalliques avec lesquels il est en contact intime et dont le tube extérieur pré sente une surface cannelée analogue à celle d'un câble constitué de plusieurs torons.
Pour engendrer par unité de longueur de l'image thermique la même quantité de cha leur, par effet Joule, que le câble, malgré que l'élément chauffant est traversé par un cou rant beaucoup plus faible que le courant cir culant dans le câble, il faut évidemment que la résistance de cet élément soit relativement éle vée. En donnant à l'élément chauffant la forme d'un ruban, on peut obtenir une faible section transversale bien que la surface de contact avec la masse métallique soit relativement grande et en enroulant ce ruban en hélice on augmente la longueur de l'élément chauffant par unité de longueur de l'image thermique.
Ces deux particularités, à savoir la faible section trans versale d'un ruban et la grande longueur de celui-ci favorisent donc l'obtention d'une quan tité de chaleur égale à celle développée dans le câble.
Le dessin annexé au présent mémoire re présente schématiquement, et à titre d'exem ple seulement, dans le cas où le courant à transporter est du courant alternatif, une forme d'exécution de l'installation suivant l'invention. La fig. 1 est partiellement une vue en plan et partiellement une coupe horizontale de cette forme d'exécution dont les parties autres que l'image thermique et le câble à surveiller sont représentées à une échelle beaucoup plus pe tite que cette image et ce câble.
La fig. 2 est, à plus grande échelle, une coupe selon la ligne <I>11-1l</I> de la fig. 1.
La fig. 3 est, à la même échelle qu'à la fig. 2, une vue en plan d'une partie de l'image thermique.
Dans ces différentes figures, les mêmes no tation de référence désignent des éléments iden tiques.
A la fig. 1, on a représenté en 2 un câble aérien de ligne à haute tension dont on désire connaître, à chaque instant, la température quelle que soit la variation d'intensité du cou rant qui y circule ou quelles que soient les va riations des phénomènes atmosphériques aux quels ce câble est soumis.
3 désigne dans son ensemble une image thermique de ce câble qui, grâce à sa cons titution, qui va être décrite ci-après, est sou mise fidèlement aux mêmes variations de tem pérature que le câble 2. Cette image thermique est disposée à l'extérieur de façon à être sou mise aux mêmes phénomènes atmosphériques que ceux qui influencent le câble.
Cette image thermique 3 comprend un élé ment chauffant 4 isolé électriquement d'une masse métallique 5 en contact intime avec cette masse. L'élément chauffant 4 et la masse mé tallique 5 ont la même composition que le câ ble 2. Ils sont, par exemple, en aluminium si le câble est en aluminium et en cuivre si celui-ci est en cuivre. La masse métallique 5 se pré sente sous la forme de deux tubes coaxiaux 5a et 5b en contact intime avec l'élément chauf fant 4. Le tube extérieur 5a présente une sur face cannelée 6 (fig. 2) analogue à celle du câble 2 constitué de torons et est fermée d'une façon étanche à son extrémité.
L'élément chauffant 4 est constitué par un ruban enroulé en hélice. Il est formé par l'en roulement en hélice de deux rubans juxtaposés qui sont réunis à une extrémité, comme montré en 7 à la fig. 3. Les deux rubans ainsi juxta posés sont enroulés côte à côte sur le tube in térieur 5b.
Les deux extrémités libres de ce ruban sont connectées à des bornes 8 et 9 mises à l'abri des intempéries entre deux flasques 10 et 11 séparées par un manchon 12. Le flasque 10 porte les tubes 5a et 5b ainsi que l'élément chauffant 4, tandis que le flasque 11 porte un bouchon 27 traversé de manière étanche par différents conducteurs 13, 14, 15 et 16.
Les conducteurs 13 et 14 aboutissent, d'une part, aux bornes désignées respectivement par 8 et 9 et, d'autre part, aux extrémités de l'enroulement secondaire 17. d'un transforma teur d'intensité 18 dont l'enroulement primaire 19 est traversé par un courant à chaque ins tant proportionnel à celui qui circule dans le câble 2. Cet enroulement primaire est con necté par des conducteurs 20 et 21 à un autre enroulement 22 dans lequel un courant est en gendré par le passage du courant de ligne dans le câble 2.
Grâce à l'utilisation, dans l'élément chauf fant 4, d'un courant beaucoup plus faible que celui qui passe dans le câble 2, égal, par exem ple, à deux centièmes de ce dernier courant, l'image thermique 3 peut être raccordée à un réducteur d'intensité de calibre usuel.
Elle con somme ainsi une puissance très inférieure à la puissance totale perdue par effet Joule dans le câble 2 mais il est cependant possible de faire développer par effet Joule, par l'élément chauffant 3 parcouru par ce faible courant, une quantité de chaleur égale, par unité de lon gueur d'image thermique, à celle engendrée par le passage du courant de ligne, dans le câble 2 pour la même unité de longueur.
La puissance consommée par l'image thermique peut n'être que de quelques watts en choisissant une image thermique suffisamment courte mais à condi tion de ne pas réduire là longueur de l'image dans une mesure telle que les extrémités nui sent sensiblement à la précision de la mesure.
Le diamètre extérieur du tube 5a est le même que celui du câble 2 de sorte que la sur face extérieure de l'image thermique 3 et du câble 2 sont les mêmes par unité de longueur. L'image thermique 3 comprend également un élément 23 sensible à la température, élec triquement isolé de la masse métallique 5 avec laquelle il est en contact intime. Cet élément 23 possède une résistance qui varie avec sa tem pérature. Il peut être constitué par un fil de nickel bobiné dans des encoches ménagées dans le tube intérieur 5b vers le milieu de la lon gueur de ce tube.
Il fait partie d'un circuit élec trique qui comprend les conducteurs 15 et 16, une source de courant 24 et un appareil 25 qui donne une indication en rapport avec la tempé rature à laquelle la masse métallique 5 est soumise.
L'appareil 25 peut être constitué par un dispositif de lecture ou un dispositif d'enregis trement. Il peut aussi comprendre un disposi tif avertisseur, par exemple sonore ou lumineux, qui entre en fonction quand la température maximum admissible dans le câble est atteinte. Il peut également servir à commander à dis tance des opérations de coupure ou de réglage de l'intensité du courant circulant dans le câ ble 2.
Afin que les conditions de fonctionnement de l'image thermique 3 se rapprochent davan tage de celles auxquelles le câble 2 est soumis, un noyau 26 en un métal identique à celui de l'âme du câble est disposé dans le tube .inté rieur 5b. Si le câble ne comprend qu'un mé tal, par exemple du cuivre, le noyau 26 est également en cuivre.
Bien que l'image thermique 3 et le câble 2 soient soumis aux mêmes phénomènes atmo sphériques, certains appareils faisant partie de l'installation suivant l'invention peuvent évi demment être disposés sans aucun inconvénient dans un local à l'abri des intempéries. Il en est ainsi, par exemple, du transformateur d'in tensité 18, de l'appareil indicateur de la tem pérature 25 et de la source de courant 24.
Grâce à l'application de sondes thermiques à l'extérieur du câble et de l'image thermique d'une installation telle que- celle décrite ci-des sus, on a pu constater, au cours d'essais, que les températures extérieures du câble et de l'image thermique étaient égales à chaque ins- tant, pour différentes intensités du courant cir culant dans le câble.
D'autre part, les températures indiquées pour l'extérieur de l'image thermique grâce à la sonde extérieure susdite utilisée pendant les essais, et les températures indiquées par la sonde intérieure 23 de l'installation suivant l'invention,
ont permis de constater que le diagramme de ces dernières températures en fonction du temps varie dans le même sens que le diagramme des températures extérieures du câble en fonction du temps et que l'écart entre ces deux diagrammes croit à peu près comme le carré de l'intensité du courant tandis qu'il est presque indépendant des variations des con ditions atmosphériques tout au moins dans les limites de variations des températures tolérées pour le câble.
On peut donc en conclure que la tempéra ture intérieure de l'image thermique 3 dans l'installation décrite correspond à la tempéra ture intérieure du câble en service.
Les essais effectués, soit en faisant varier l'intensité du courant, soit en laissant l'instal lation exposée à des variations brusques ou lentes des conditions atmosphériques, ont per mis de constater que le diagramme des tempé ratures de l'image thermique suit fidèlement le diagramme des températures du câble.
Une partie de l'appareillage ainsi constitué, à savoir l'élément chauffant 4, constitué du du même métal que le matériau conducteur essentiel du câble, présente l'avantage très in téressant de fournir à ses bornes une tension électrique proportionnelle à la chute ohmique de tension dans le câble, puisque la résistance électrique de cet élément varie proportionnel lement à la résistance électrique du câble. Cette particularité peut être exploitée avec intérêt, notamment pour améliorer sensiblement le comptage de l'énergie perdue par effet Joule dans les réseaux électriques.
Au lieu d'utiliser pour l'élément chauffant de l'image thermique le même métal que celui constituant le câble, on peut utiliser un métal dont la variation de résistivité en fonction de la température est la même que celle du métal constituant le câble. Des essais ont montré que lorsqu'on utilise du cuivre pour l'élément chauf fant quand le câble est en aluminium, les ré sultats sont parfaitement acceptables.
Il va de soi qu'on pourrait remplacer le robant 4 par une bobine de fil de très petit diamètre, constitué éventuellement de deux brins juxtaposés réunis à une de leurs extré mités. Cette solution serait moins parfaite que celle utilisant un ruban mais serait plus facile à réaliser.
Au lieu d'un élément dont la résistance va rie avec la température, on peut utiliser un cou ple thermoélectrique comme élément sensible à la température. D'autre part, les éléments 23 et 25 peuvent être remplacés par un ther mostat basé, par exemple, sur la dilatation d'une pièce métallique qui ferme un ou plu sieurs contacts lorsqu'un ou plusieurs paliers critiques de température sont atteints.