Appareil de détection d'une condition électrique dans une région de potentiel élevé et de transmission
d'une indication de cette condition à une région de potentiel moins élevé
L'invention a pour objet un appareil -de ---détection d'une condition électrique dans une région de potentiel élevé et de transmission d'une indication de cette -con- diction à une région de potentiel moins élevé, qui comprend un dispositif capteur disposé dans ladite région de potentiel élevé.
Actuellement, la détection, par exemple de variations de courant dans une ligne de transport d'énergie électrique à haute tension s'opère généralement à l'aide d'un dispositif électrique capteur de la condition électrique, tel qu'un transformateur de courant disposé autour de -la ligne et relié à un appareil indicateur placé ailleurs. Du fait que la ligne est à un potentiel élevé et que l'appareil indicateur est généralement au potentiel de-la terre, il faut isoler très soigneusement -le dispositif de détection et son équipement, par rapport à la ligne, afin d'éviter une mise à la terre ou un claquage de celle-ai. Cela est fort coûteux et compliqué.
On a proposé de résoudre le problème de l'isolement en plaçant, par exemple, des générateurs d'ondes micrométriques ou acoustiques au potentiel Ide la ligne et en modulant les signaux de sortie pour transmettre un signal représentant la condition du courant de la ligne à des récepteurs disposés dans un région au potentiel de la terre. -Ces appareils sont toutefois sujets à des interférences extérieures.
Le but de l'invention est donc de réaliser un appareil pour détecter des conditions électriques variables dans des régions de potentiel électrique élevé et transmettre des données à des appareils indicateurs disposés dans une région à potentiel moins élevé par l'intermédiaire d'un agent diélectrique qui n'exige pas de précautions compliquées ou coûteuses pour l'isolement.
L'appareil selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend une surface réfléchissant des radiations et pouvant se déplacer réponse à des variations de la condition électrique détectée par le dispositif -cap- teur, une source de radiation non modulée, disposée hors de la région de potentiel élevé, un premier dispositif électriquement non conducteur pour transmettre la radiation non modulée provenant de la source à la surface réfléchissante, et un deuxième dispositif - electri- quement non conducteur pour transmettre la -radiation réfléchie modulée par lassurface réfléchissante, entre cette surface et un détecteur de radiation disposé dans la région de potentiel moins élevé.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution et plusieurs variantes de l'appareil:
la fig. 1 est une vue schématique d'une forme d'exé caution de l'appareil,
'la fig. 2 - est une vue d'une variante de l'appareil de lafig. 1,
la fig. 3 est une vue en coupe le long de la ligne III-III de la-fig. 1, et
la. fig. 4 est une vue d'une autre variante de --l'appa- reil-de:la fig. 1.
En se référant au dessin et, plus particulièrement à la fig. 1, le nombre 10 désigne une ligne de transport d'énergie. électrique à haute tension, dont les conditions électriques variables, dans ce cas des variations du courant circulant dans cette ligne, doivent tre détectées et mesurées, une indication - en etant transmise ailleurs. En pratique, la ligne 10 est normalement l'une parmi plusieurs lignes en parallèle et elle est physiquement située à une nette distance du sol sur des pylônes.
La -ligne 10 peut tre à-un potentiel électrique de plusieurs milliers de volts, de mme que dans son entourage immédiat, et transporter du courant alternatif de l'ordre de zéro à 4000 ampères, par exemple, d'une façon constante, et un courant de-court-circuit monien- tané de 40 000 à 60-000 ampères.
L'appareil comprend un dispositif capteur de la
condition électrique, disposé - dans la région de potentiel élevé, pour détecter et répondre au courant circulant dans la ligne 10. Ce dispositif comprend un transformateur de courant 12 à noyau aimantable 14, qui
entoure la ligne 10,-et-un enroulement primaire 46,
électriquement relié à un dispositif d'actionnement
électromagnétique 18 dans un dispositif 20 du type
galvanométrique. -En -prati-que, levgalvanomètre 20 est disposé dans la région de potentiel élevé et peut tre physiquement associé au transformateur de courant 12.
Le galvanomètre 20 comprend une surface réfléchissante ou miroir 22 pouvant se déplacer ou tourner, dans des limites angulaires déterminées, par un dispositif d'entraînement 18, en réponse à la grandeur du courant détecté par le transformateur de courant 12.
Hors de la région de potentiel électrique élevé se trouve une source de radiation émettant une radiation à un niveau pratiquement constant. La source de radiation est une source lumineuse 24, qui est en pratique disposée à la base d'un pylône (non représenté) supportant la ligne 10 et est au potentiel de la terre.
Un dispositif est prévu pour transmettre un faisceau 26 provenant de la source lumineuse 24 au miroir 22 du galvanomètre 20, d'où il est réfléchi comme cela est expliqué plus loin. Ce dispositif a la forme d'un guide de lumière 28 comprenant une ou plusieurs fibres optiques. Le guide 28 est électriquement non conducteur et présente une grande rigidité diélectrique, de façon à ne pas établir un chemin électriquement conducteur entre la région de potentiel élevé et le potentiel de la terre. En pratique, le guide 28 est fabriqué, par exemple, en verre ou substances plastiques et est de préférence souple, pour en faciliter l'installation entre la source lumineuse 24 et le galvanomètre 20. Il peut tre fabriqué à l'aide de fibres optiques obtenables sur le marché.
L'extrémité supérieure, émettant de la lumière, du guide 28 est conçue de façon à émettre un faisceau lumineux cohérent, d'une largeur déterminée, vers le miroir 22 du galvanomètre 20.
Un dispositif est également prévu pour transmettre un faisceau lumineux 30 réfléchi par le miroir 22 du galvanomètre 20 vers un dispositif détecteur de radiation 32. Ce dispositif peut tre un assemblage 34 de fibres optiques, de préférence sous forme d'un ruban, comme le montrent les fig. 1 et 3. Pour simplifier la description, le dispositif 34 est représenté comme comprenant sept fibres optiques désignées par a, b, c, d, e, f et g, mais il va de soi que ces fibres peuvent tre en nombre quelconque. Le dispositif 34 est électriquement non conducteur et présente une grande rigidité diélectrique, afin de ne pas établir un chemin électriquement conducteur entre la région de potentiel élevé et le potentiel de la terre.
En pratique, le dispositif 34 est fabriqué, par exemple, en verre ou substances plastiques et est de préférence souple, pour en faciliter l'installation entre le miroir 22 du galvanomètre 20 et le détecteur 32. L'extrémité supérieure, recevant de la lumière, du dispositif à fibres optiques 34 est disposée par rapport au miroir 22 du galvanomètre 20 de façon à se trouver sur le chemin du faisceau de lumière réfléchie 30, lorsque le miroir 22 tourne en réponse à des conditions de courant dans la ligne 10, comme cela est décrit plus loin. Au besoin, l'extrémité recevant de la lumière du dispositif 34 peut tre arquée comme le montre la fig. 1, de façon que chacune des fibres optiques se trouve à la mme distance radiale du point de réflexion de la lumière sur le miroir 22 du galvanomètre 20.
L'extrémité inférieure, émettant de la lumière, du dispositif 34 émet un faisceau lumineux 30 qui est une réplique du faisceau 30 atteignant l'extrémité supérieure du dispositif 34. Celui-ci peut tre fabriqué avec des fibres optiques en vente sur le marché.
Bien que la fig. 1 représente le guide 28 et le dispositif 34 comme étant des éléments séparés, il va de soi que les deux peuvent tre combinés en un seul dispositif à fibres optiques. Ainsi, par exemple, une ou plusieurs fibres optiques du dispositif 34 peuvent servir en lieu et place du guide 28 pour transmettre de la lumière de la source 24 au miroir 22 du galvanomètre 20.
Le dispositif détecteur de radiation 32 est disposé hors de la région de potentiel électrique élevé, dans une région de potentiel électrique moins élevé et, en pratique, il est placé à la base d'un pylône (non représenté) supportant la ligne 10 et est au potentiel de la terre. Le dispositif de détection 32 est adapté pour recevoir le faisceau lumineux 30 émis par l'extrémité inférieure du dispositif 34 et pour le transformer en une donnée utilisable, par exemple en un affichage des conditions de courant dans la ligne 10 ou en un signal de commande approprié.
Pour la forme d'exécution décrite en regard des fig. 1 et 3, on avait admis que la ligne 10 transporte du courant alternatif. L'appareil est toutefois également applicable à la détection du courant dans une ligne de transport de courant continu. Comme le montre la fig. 2, lorsqu'une ligne 10a transporte du courant continu, on utilise une forme normale de shunt 36 pour accoupler la ligne au galvanomètre 20, au lieu du transformateur de courant 12 décrit précédemment.
La fig. 4 montre une variante de l'appareil de la fig. 1. Le galvanomètre 20 est pourvu d'une surface réfléchissante ou miroir 23 qui est convexe, de sorte que le faisceau 26 du guide 28 y est réfléchi en éventail 31, au lieu de l'tre en un faisceau de diamètre fixe. Cette variante est désirable lorsqu'un détecteur 32 est modifié pour répondre à une quantité ou intensité de lumière (au lieu d'une position de la lumière) pour indiquer le courant circulant dans la ligne 10.
Dans un dispositif qui dépend de l'intensité de la lumière réfléchie comme facteur de commande, il est toutefois possible qu'une variation de l'intensité de la lumière émise par la source 24 donne une fausse indication de la valeur du courant, en ce qui concerne le détecteur 32. Ce problème peut tre résolu en prévoyant un dispositif de référence pour tenir compte d'affichages erronés, dus à une modification de l'intensité de la source lumineuse 24 ou d'un vieillissement du guide qui transmet la lumière de la source 24 ou miroir 23.
Comme le montre la fig. 4, le dispositif de référence peut avoir la forme d'un guide 28a qui transmet un faisceau lumineux 26a provenant d'une source lumineuse à un miroir fixe 23a, d'où il est réfléchi par une fibre optique du dispositif 34a à un détecteur adapté pour répondre à la quantité de lumière reçue par le dispositif 34a, en tenant compte de la valeur de la lumière provenant de la source et transmise par la fibre optique 40.
L'appareil décrit en se référant aux fig. 1 et 3 fonctionne comme suit: Admettons que la ligne de transport d'énergie électrique 10 soit parcourue par du courant alternatif à haute tension et que, tout d'abord, un courant constant d'une valeur déterminée parcoure la ligne. Ce courant induit un courant proportionnel dans le transformateur de courant 12, ce qui fait que le miroir 12 du galvanomètre occupe une position déterminée, qui dépend de la façon dont le galvanomètre est calibré. Admettons, par exemple, que pour ce courant déterminé parcourant la ligne 10 le miroir 22 occupe la position angulaire indiquée à la fig. 1. Admettons en outre que la source lumineuse 24 émette de la lumière et envoie un faisceau lumineux 26 à travers le guide 28 au miroir 22 du galvanomètre 20.
Le faisceau lumineux 26 est réfléchi par le miroir 22 sous forme de faisceau 30, qui atteint, par exemple, l'extrémité supérieure de la fibre optique 34d du dispositif 34, cette fibre transmettant le faisceau lumineux au détecteur 32. Celui-ci est adapté pour percevoir que la fibre centrale (fibre 34d) est éclairée et il transforme cette indication en une donnée utilisable ou en un signal qui indique qu'un courant d'une valeur déterminée parcourt la ligne 10.
Supposons maintenant que le courant dans la ligne 10 se modifie, du fait d'une certaine condition de la ligne, et diminue d'une certaine valeur par rapport à la valeur initiale. Dans ce cas, le miroir 22 du galvanomètre 20 tourne dans un sens, d'un degré proportionnel à la modification de la valeur du courant. Admettons, par exemple, que le miroir 22 tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, par suite d'une diminution du courant dans la ligne 10 (ou vice versa), et que cette diminution du courant est telle qu'elle fait que le faisceau réfléchi 30 passe de l'extrémité supérieure de la fibre optique 34d du dispositif 34, par les extrémités supérieures des fibres optiques 34c et 34d, pour s'arrter finalement sur l'extrémité supérieure de la fibre optique 34a. Il en résulte un déplacement correspondant du faisceau 30 émis par l'extrémité inférieure du dispositif 34.
Le détecteur 32 enregistre cette modification de l'éclairage de l'extrémité inférieure du dispositif 34 et transforme cette indication en une donnée indiquant que le courant dans la ligne 10 a diminué.
Il va de soi qu'une augmentation du courant dans la ligne 10 a pour effet de faire tourner le miroir 22 du galvanomètre 20 dans le sens contraire à celui des aiguilles d'une montre, d'un degré proportionnel à l'augmentation du courant. Ce fait est détecté par le détecteur, qui transmet une donnée correspondante, de la façon décrite, en relation avec l'augmentation du courant dans la ligne 10.
La variante selon fig. 4, fonctionne d'une façon analogue à ce qui vient d'tre décrit. A la fig. 4, un miroir 23 du galvanomètre 20 est convexe, de sorte que le faisceau 26 provenant du guide 28 est réfléchi par le miroir sous forme d'un faisceau en éventail 31, qui éclaire simultanément plusieurs fibres optiques du dispositif 34a, selon la convexité du miroir et le nombre de fibres optiques du dispositif 34. La fig. 4 montre que le faisceau réfléchi 31 éclaire approximativement la moitié de l'extrémité supérieure du dispositif 34a, lorsque le miroir 23 du galvanomètre 20 enregistre un certain courant déterminé circulant dans la ligne 10.
Dans cette condition, l'extrémité inférieure du dispositif 34 transmet une quantité déterminée de lumière au détecteur 32, qui l'enregistre comme représentant un courant déterminé. Lorsque le courant dans la ligne 10 varie, le miroir 23 bascule vers la droite ou la gauche par rapport à la position indiquée à la fig. 4, ce qui a pour conséquence une plus ou moins grande quantité du faisceau réfléchi 34 atteignant l'extrémité supérieure du dispositif 34. Le détecteur 32 enregistre alors une plus ou moins grande quantité de lumière ou d'intensité lumineuse, comme représentant la grandeur du courant circulant dans la ligne 10. Comme cela a été expliqué précédemment, le détecteur de la fig. 4 est adapté pour répondre à des changements d'intensité lumineuse.
Bien que dans la forme d'exécution décrite ci-dessus l'appareil utilise un type classique de galvanomètre et de miroir, des variations du courant dans la ligne 10 peuvent tout aussi bien provoquer des modifications physiques dans un cristal piézoélectrique ou autre, pour déplacer à son tour une surface réfléchissante, telle que les miroirs 22 ou 23. L'avantage d'un dispositif utilisant un cristal est que la réponse à des modifications du courant est plus rapide qu'avec un dispositif galvanométrique classique.