Appareil de mesure électrique
La présente invention concerne un appareil de mesure électrique servant à détecter une condition électrique d'un réseau électrique dans une zone à potentiel élevé et à transmettre un signal engendré, correspondant à cette condition, à un dispositif de réception placé à un endroit dont le potentiel est celui de la terre.
Cet appareil peut être utilisé pour la mesure du courant dans un réseau à haute tension. Dans un transformateur de courant classique pour réseau à haute tension, le conducteur de la ligne fait une boucle à travers la fenêtre d'un noyau magnétique qui porte un ou plusieurs enroulements secondaires. Le noyau et l'enroulement secondaire sont au potentiel de la terre, tandis que le conducteur de la ligne est isolé de la terre par du matériau isolant solide enrobant les conducteurs et le noyau du transformateur de courant, par un isolant gazeux ou liquide dans l'enceinte du transformateur de courant et par une grande borne de traversée, qui amène le conducteur de la ligne au niveau du noyau et de l'enroulement secondaire.
Ce transformateur de courant classique montre bien le problème qui est commun aux dispositifs qui seront discutés dans cette description: l'information concernant les conditions de la ligne doit être transmise par un diélectrique capable d'isoler électriquement la zone à potentiel élevé des dispositifs détecteurs, par rapport à l'endroit au potentiel de la terre, où se trouvent les dispositifs récepteurs. Etant donné que les bornes de traversée des transformateurs de courant pour réseaux à haute tension sont très coûteuses, les ingénieurs ont cherché un autre dispositif précis et sûr, mais moins cher.
Un but de l'invention est de réaliser un appareil de mesure perfectionné, comportant un milieu diélectrique de signalisation moins coûteux que la structure en porcelaine des transformateurs de courant classiques.
On a proposé de placer un générateur d'ondes micrométriques ou acoustiques, au potentiel de la ligne, et de moduler sa sortie pour transmettre un signal représentant la forme d'onde du courant de la ligne, à des récepteurs mis à la terre. Ces dispositifs sont toutefois troublés par des interférences provenant de signaux radiophoniques ou acoustiques extérieurs.
Un autre but de l'invention est de réaliser un appareil de mesure électrique perfectionné, dans lequel un diélectrique transmet l'information de l'émetteur au récepteur, ce qui supprime toute interférence.
Selon l'invention, l'appareil de mesure électrique prévu pour détecter une condition électrique d'un réseau électrique dans une zone à potentiel élevé et pour transmettre un signal engendré, correspondant à cette condition, à un dispositif de réception placé à un endroit au potentiel de la terre, est caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif détecteur placé dans la zone à potentiel élevé et produisant le signal engendré, un dispositif émetteur excité par ce signal et agencé de manière à produire un signal lumineux d'intensité variable en fonction du signal engendré, et un dispositif diélectrique transmettant le signal lumineux à un dispositif récepteur placé à un endroit au potentiel de la terre, ce dispositif récepteur produisant un signal électrique correspondant au signal lumineux.
Le dispositif récepteur est de préférence couplé à un dispositif amplificateur, qui peut être prévu pour ne transmettre que la partie variant avec le temps du signal électrique reproduit par le dispositif récepteur. Le signal de puissance provenant du dispositif amplificateur peut être appliqué à un dispositif d'actionnement prévu pour recevoir ce signal et être actionné par lui.
Le dispositif détecteur servant à produire le signal engendré comprend de préférence un transformateur de courant dont l'enroulement secondaire est couplé inductivement au conducteur du réseau électrique.
Le dispositif émetteur comprend de préférence une source de lumière, un premier circuit pour produire un signal lumineux stable provenant de la source de lumière et un second circuit pour faire varier le signal lumineux stable conformément à la condition électrique du réseau électrique. La source de lumière comprend de préférence un dispositif à semi-conducteur répondant au courant pour produire de la lumière à une jonction et le premier circuit comprend de préférence un dispositif pour produire un courant de polarisation, destiné à stabiliser la lumière sortant du semi-conducteur.
Le dispositif produisant le courant de polarisation comprend de préférence un transformateur de courant couplé à un conducteur du réseau électrique et un dispositif relié à la sortie du transformateur de courant pour produire, dans le circuit du semi-conducteur, un courant de polarisation dont la grandeur ne varie pratiquement pas.
Le dispositif diélectrique de transmission de la lumière comprend de préférence un dispositif à filtres optiques.
Dans ce qui suit, une forme d'exécution de l'invention est décrite en détail, en se référant, à titre d'exemple, au dessin annexé représentant schématiquement un appareil de mesure électrique appliqué à un réseau électrique à haute tension.
Le dessin représente un appareil prévu pour mesurer le courant d'une ligne 10 d'un réseau électrique à haute tension. L'appareil comprend un dispositif 12 pour la détection du courant de la ligne, un dispositif 13 pour l'émission d'un signal lumineux modulé selon la valeur du courant de la ligne, un dispositif 14 pour la transmission du signal sortant du dispositif d'émission 13 à un endroit au potentiel de la terre, un dispositif récepteur indiqué d'une façon générale en 15, relié à la sortie du dispositif transmetteur 14, et un dispositif amplificateur 16 pour faire fonctionner un dispositif d'actionnement 17. Le dispositif détecteur 12, représenté comme transformateur de courant, et le dispositif émetteur 13 sont couplés de façon conductrice ou capacitive à la ligne 10, de sorte qu'ils sont sous une tension élevée par rapport à la terre.
Le dispositif récepteur 15, le dispositif amplificateur 16 et le dispositif d'actionnement 17 sont placés à un endroit dont le potentiel est celui de la terre ou nettement différent du potentiel de la ligne 10. Le dispositif transmetteur 14 relie le dispositif émetteur 13 au dispositif récepteur 15 et isole électriquement ces éléments.
Le dispositif émetteur
Le dispositif émetteur 13 comprend une source de lumière 20 qui produit une lumière dont l'intensité varie en fonction d'une puissance électrique d'entrée.
La source 20 comprend de préférence un dispositif à semi-conducteur qui produit de la lumière à une jonction du semi-conducteur, lorsqu'il est dans l'état conducteur; une source de lumière appropriée est une source infrarouge à l'arséniure de gallium diffusé, type SNX-110, de Texas Instruments Incorporated of the United States of America. Le dispositif transmetteur 14 est placé de façon à recevoir cette lumière.
Le dispositif émetteur 13 comprend également une boucle de circuit 21 reliée à la source de lumière 20 pour permettre à celle-ci de recevoir la forme d'onde de courant provenant du transformateur de détection du courant 12, et une boucle de circuit 22 reliée à la source de lumière 20 pour permettre à celle-ci de recevoir un courant dont l'intensité ne varie pratiquement pas et qui sert à polariser la source de lumière 20, de façon que celle-ci présente un point de polarisation optimal, approximativement au milieu de sa caractéristique courantlumière.
La boucle 21 comprend (outre le transformateur de courant 12 et la source de lumière 20) une résistance 23, une diode classique 24 et un condensateur 25, commun aux deux boucles 21 et 22. La résistance 23 et le condensateur 25 coopèrent avec des éléments de la boucle 22 pour établir une valeur déterminée de courant de polarisation ; le dessin schématique de la résistance 23 peut être considéré comme représentant une résistance discrète, plus les autres résistances de la boucle 21 qui ne sont pas indiquées schématiquement. La diode 24 empêche que des tensions inverses n'apparaissent aux bornes de la source de lumière 20.
La boucle 22 comprend un transformateur de courant 27 couplé à la ligne 10 pour recevoir de la puissance électrique, un redresseur 28 relié de facon à redresser le courant alternatif sortant du transformateur 27 et un filtre passewbas constitué par un condensateur 29 et une résistance 30, ainsi que le condensateur 25 déjà mentionné, pour maintenir aux bornes de ce condensateur une tension dont la valeur ne varie pratiquement pas. Le transformateur de courant 27 comporte de préférence un noyau saturable, pour constituer une source de courant stabilisé.
Le transformateur de détection du courant 12 comporte le nombre de spires qui convient pour maintenir entre les limites nominales de la source de lumière 20 la valeur crête à crête du plus intense des courants à mesurer. La sinusoïde entière de la forme d'onde du courant de la ligne apparaît dans le signal lumineux modulé.
Etant donné que la diode 24 est continuellement polarisée positivement lorsque le courant de la ligne ne dépasse pas les limites prévues de la mesure, la composante alternative du courant et la composante polarisée du courant de la boucle 21 peuvent être analysées par superposition. Le transformateur de courant 12 peut être considéré comme étant une source de courant identique au courant alternatif, c'est-à-dire qu'elle ne dépend que du courant de la ligne et de son nombre de spires, de sorte qu'elle est indépendante des valeurs électriques du circuit relié à ses bornes (sauf que ces valeurs augmentent la com posant magnétisante du courant de la ligne). Le condensateur 25 est prévu suffisamment grand pour constituer pratiquement un court-circuit pour la fréquence de service du réseau et les effets transitoires dans la ligne 10.
La boucle 22 maintient une tension pratiquement invariable aux bornes du condensateur 25 et la résistance 23 transforme cette tension en un courant pratiquement fixe dans la boucle 21 (le transformateur de courant 12 constitue un court-circuit pour ce courant).
Le dispositif émetteur 13 produit ainsi un signal lumineux qui décrit d'une façon précise le courant de la ligne, sauf que ce signal passe par la valeur stable lorsque le courant de la ligne passe par zéro.
Le dispositif fransmetteur
Le dispositif transmetteur 14, sous forme d'un tube, est rendu suffisamment long pour présenter la rigidité diélectrique qui convient pour la tension de la ligne 10 et pour atteindre un emplacement convenable pour les dispositifs de réception. La ligne de transmission comprend de préférence un dispositif à fibres optiques logé dans un tube de porcelaine scellée 33, afin d'éviter que de l'humidité ne forme une couche conductrice le long de sa surface.
Le dispositif récepteur
Le dispositif récepteur est représenté comme comprenant un tube photomultiplicateur 34 comportant une électrode 35 qui reçoit la lumière et émet des électrons, une électrode 36 qui reçoit les électrons et des électrodes intermédiaires d'accélération 37. Les électrodes 35, 36 et 37 sont maintenues à des polarités différentes par une source d'énergie 39 et par une série Ide résistances 40 qui répartissent la tension.
La ligne de transmission 14 à fibres optiques est disposée de façon à transmettre de la lumière provenant de la source 20 à l'électrode 35 du tube 34. Par suite d'une accélération des électrons émis par l'électrode 35 excitée par la lumière, le tube 34 produit, à l'électrode 36, un courant qui correspond à la lumière émise par la source 20 et au courant correspondant dans le dispositif émetteur 13 et la ligne 10. Une résistance 38 est reliée de façon à conduire en série avec l'électrode 36, pour produire une tension de sortie qui correspond à ce courant.
Le dispositif amplificateur
Le dispositif amplificateur 16, qui peut consister en amplificateurs appropriés de n'importe quel type, est relié pour recevoir la puissance de sortie du tube photomultiplicateur 34 et produire un signal de puissance pour faire fonctionner un dispositif indicateur ou un relais, par exemple. Les amplificateurs du dispositif 16 sont de préférence couplés en courant alternatif, de façon à transmettre la composante de courant alternatif à la sortie du dispositif récepteur 15 et à rejeter la composante de courant continu. Dans la sortie du dispositif amplificateur 16, les passages par zéro de la ligne 10 sont ainsi rétablis.