Détecteur de tensions électriques alternatives
La présente invention a pour objet un détecteur de tensions électriques alternatives.
Les détecteurs de tensions alternatives industrielles connus se classent en deux types principaux:
1. les détecteurs à tube luminescent dans lesquels une décharge électrique luminescente se produit dans un gaz raréfié, par exemple du néon, sous l'effet du très faible courant qui résulte de la capacité de l'appareil par rapport à la terre;
2. les détecteurs électroniques, dans lesquels une fraction de la tension à détecter est appliquée à l'entrée d'un amplificateur, lequel commande le fonctionnement d'un signal avertisseur sonore ou lumineux.
Ces deux types d'appareils présentent chacun un ensemble de qualités et de défauts qui leur sont propres.
Les détecteurs à tube à gaz rare sont de construction simple et peu coûteuse. Un même modèle de détecteur peut fonctionner sous une gamme de tensions extrêmement étendue. Les tubes luminescents permettent de réaliser facilement, non seulement des détecteurs unipolaires, mais également des appareils bipolaires permettant de mettre en évidence les tensions existant entre deux conducteurs et pouvant être ainsi utilisées pour des opérations telles que la discrimination de conducteurs de même phase ou de phase différente. En revanche, lorsque ces appareils doivent être utilisés à l'extérieur, en pleine lumière solaire, la lueur émise par le tube est trop faible pour être distinguée avec certitude.
Les détecteurs électroniques peuvent au contraire délivrer un signal lumineux très brillant qui demeure visible même dans une ambiance lumineuse intense ou mieux encore un signal sonore. Par contre, ces détecteurs électroniques présentent de nombreux inconvénients: la gamme des tensions sous laquelle peut fonctionner un détecteur électronique est assez restreinte et, au-delà d'une certaine valeur, on court le risque de surcharger ou même de détruire certains éléments. du circuit d'amplification. Leur schéma électrique est en général assez compliqué et la réalisation relativement coûteuse. La réalisation des détecteurs électroniques bipolaires pose des problèmes pratiques de construction, tels qu'ils n'ont jamais pu être réalisés industriellement.
Enfin le circuit de contrôle de fonctionnement qui complète généralement oes appareils est relativement compliqué, car il comporte généralement un oscillateur suivi d'un transformateur élévateur de tensions.
La présente invention a pour objet de supprimer les inconvénients de ces deux types d'appareils.
Le détecteur, objet de l'invention, est caractérisé en ce qu'il comprend un tube luminescent contenant un gaz rare, les électrodes du tube étant mises à la différence de potentiel dont on veut détecter la présence, un élément photosensible étant placé à proximité du tube et commandant, lorsqu'il est soumis au rayonnement dudit tube, un amplificateur branché avec une source de courant et un organe de signalisation.
Dans une forme de réalisation préférée du détecteur, celui-ci peut être construit comme détecteur bipolaire, c'est-à-dire destiné à être mis en contact avec deux conducteurs électriques entre lesquels on désire détecter la présence d'une tension éventuelle. Ainsi chaque élec troue du tube est reliée à un palpeur, un éclateur double étant intercalé entre les électrodes du tube et les palpeurs.
Ainsi, le détecteur, objet de l'invention présente toutes les qualités des détecteurs électroniques, mais ne comporte qu'un schéma électrique très simple et réalisable de façon économique. Il est susceptible de fonctionner sous une gamme de tensions aussi étendue que les détecteurs à tube luminescent. Il peut être utilisé comme détecteur bipolaire et permettre ainsi les contrôles de concordance de phases ou les contrôles des isolateurs à haute tension.
Le dessin représente, à titre d'exemple, quelques modes d'exécution du détecteur, objet de l'invention.
La fig. 1 représente le schéma de principe d'un détecteur unipolaire;
la fig. 2 représente un premier mode d'exécution, simplifié à l'extrême, du détecteur représenté dans la fig. 1;
la fig. 3 représente un mode d'exécution semblable à celui de la fig. 2, l'amplificateur présentant cependant un perfectionnement,
la fig. 4 représente le schéma de principe d'un détecteur permettant d'effectuer des contrôles de tensions bipolaires;
La fig. 5 représente le schéma de construction d'un détecteur destiné à être monté sur une perche isolante;
la fig. 6 représente le schéma de construction d'un détecteur de tensions bipolaires, construit sur le même principe que celui représenté schématiquement dans la fig. 4;
la fig. 7 montre le schéma de principe d'un mode d'exécution d'un détecteur destiné à vérifier le bon état des isolateurs d'une ligne à haute tension;
la fig. 8 montre un autre mode d'exécution d'un détecteur unipolaire;
la fig. 9 représente un mode d'exécution d'un détecteur de tensions unipolaire destiné à être installé en permanence sur un conducteur;
la fig. 10 représente le schéma de principe d'un dispositif de contrôle pouvant être monté sur chacun des modes d'exécution du détecteur.
Le détecteur de tensions alternatives, représenté schématiquement dans la fig. 1, comprend un palpeur 1, susceptible d'être mis en contact avec un conducteur électrique 2 sur lequel on désire détecter la présence d'une éventuelle tension alternative. Ce palpeur est relié à une électrode 3 d'un tube au néon 4, dont la seconde électrode 5 est reliée à la masse 6 de l'appareil. Cette masse présente, par rapport à la terre, une certaine capacité symbolisée sur le schéma par le condensateur 7, représenté en traits interrompus. Devant le tube 4 est placée une cellule photorésistante 8 au sulfure de cadmium ou au séléniure de cadmium reliée à un circuit électronique d'amplification 9 alimenté par une source 10, la sortie de cet amplificateur étant reliée à un avertisseur sonore 11.
La cellule photorésistante 8 peut évidemment être remplacée par un élément photosensible d'un type quelconque, dont les caractéristiques correspondent aux conditions d'utilisation requises. L'avertisseur sonore 11 peut également être remplacé par un voyant lumineux.
Dans le détecteur très simplifié représenté dans la fig. 2, l'amplificateur est un thyristor 12 comportant une cathode 13, une anode 14 et une électrode de commande 15. La cellule photorésistante 16 est montée dans le circuit de la source 17 et de l'organe avertisseur 18 en série avec deux résistances 19 et 20. Le circuit peut être interrompu au moyen d'un interrupteur 21. Le thyristor 12 est relié en parallèle avec le groupe formé par la cellule 16 et les résistances 19 et 20 et son électrode de commande 15 est reliée au point de jonction situé entre la résistance 20 et la cellule photorésistante 16. Une des électrodes du tube 23 est reliée avec un palpeur 22, l'autre électrode étant connectée avec une masse conductrice 24, qui est à son tour connectée avec le point de jonction situé entre la résistance 20 et la source 17.
Lorsque le palpeur 22 est mis en contact avec un conducteur présentant une tension alternative par rapport à la terre, un courant s'établit entre la masse 24 et la terre en traversant le tube 23, dans lequel il donne naissance à une décharge lumineuse. Cette décharge lumineuse influence la cellule photorésistante 16, dont la valeur de résistance s'affaisse suffisamment pour qu'un courant de grandeur appréciable circule dans l'ensemble du circuit et donne naissance à une différence de potentiel aux bornes de la résistance 20, cette différence de potentiel se trouve ainsi appliquée entre la cathode 13 et l'électrode de commande 15 du thyristor. Lorsqu'elle atteint une valeur suffisante, le thyristor 12 devient conducteur et un courant s'établit dans le circuit constitué par la batterie 17, l'organe avertisseur 18, le thyristor 12 et l'interrupteur 21, supposé bien entendu fermé.
L'organe avertisseur 18 émet alors un signal qui peut être interrompu à volonté par l'opérateur en ouvrant l'interrupteur 1. Ce détecteur peut fonctionner en pratique sous la double condition que la cellule photorésistante 16 soit suffisamment sensible et que la décharge luminescente du tube 23 soit relativement intense. Si ces conditions ne sont pas réunies, le thyristor 12 peut être remplacé par un thyristor connecté avec un étage de préamplificati on, par exemple un transistor.
La fig. 3 représente un détecteur semblable à celui de la fig. 2, mais dans lequel un étage de préamplification a été intercalé entre la cellule photorésistante et l'électrode de commande du thyristor. Ce détecteur comprend un palpeur 25, connecté avec une électrode d'un tube au néon 26, l'autre électrode étant branchée avec une masse conductrice 27. Une cellule photorésistante 28 est montée dans un circuit, en série avec une résistance 29, un interrupteur 30, une source 31 et un organe de signalisation 32.
Un thyristor 33 et un transistor 34 sont montés en parallèle avec la cellule photorésistante 28 et la résistance 29, la base 35 du transistor 34 étant connectée au point d'intersection entre la cellule photorésistante 28 et la résistance 29, l'électrode de commande 38 du thyristor 33 étant connectée au point de jonction entre deux résistances 36 et 37 intercalées en série avec le transistor 34.
Le fonctionnement de ce détecteur est analogue à celui du détecteur représenté dans la fig. 2, c'est-à-dire que lorsque la valeur de la cellule photorésistante 28 s'est abaissée suffisamment sous l'influence du flux lumineux émis par le tube 26, un courant s'établit à travers la résistance 29 et la résistance opposée par la cellule photorésistante 28 et la différence de potentiel qui prend naissance aux bornes de la résistance 29 est appliquée entre la base 35 et l'émetteur du transistor 34. Ce dernier devient alors conducteur
et est parcouru par un courant qui traverse les deux résistances 36 et 37, de telle sorte que la différence de potentiel qui prend naissance aux bornes de la résistance 37 est à son tour appliquée entre la cathode et l'électrode de commande du thyristor 33 qui permet alors le passage de courant à travers l'organe de signalisation 32.
Dans le mode de réalisation du détecteur représenté dans la fig. 4, seule l'entrée du détecteur a été représentée,
c'est-à-dire la partie allant des palpeurs au tube au néon.
Deux palpeurs 40 et 41, destinés à être mis respectivement en contact avec deux conducteurs électriques entre lesquels on désire détecter la présence d'une tension
éventuelle, sont reliés respectivement aux électrodes 42 et 43 d'un éclateur 44, lequel est pourvu d'un organe de réglage symbolisé sur la figure par une flèche et qui permet de faire varier simultanément la distance séparant les électrodes 42 et 43 d'une part, et les électrodes 45 et 46 d'autre part. Ainsi, tant que la tension appliquée entre les palpeurs 40 et 41 n'atteint pas une valeur au moins égale au potentiel disruptif qui correspond à la distance entre les électrodes et l'éclateur, aucun courant ne traverse celui-ci et, par conséquent, le tube à décharge 47 se trouve isolé des palpeurs 40 et 41.
Par contre, lorsque la valeur de la tension atteint ou dépasse ce potentiel disruptif, un courant s'établit entre le rup- teur 40, l'électrode 43, l'électrode 46, le tube 47, les électrodes 45 et 42 et le palpeur 41. Ce courant provoque dans le tube 47 une décharge luminescente qui a pour effet d'abaisser la valeur de la résistance de la cellule photorésistante 48. Un détecteur construit selon le principe qui vient d'être décrit est utilisable en particulier pour identifier dans une installation les conducteurs de même phase. A cet effet, le premier palpeur 40 étant mis en contact avec l'un des conducteurs de l'installation, on met sucoessivement le deuxième palpeur 41 en contact avec les différents autres conducteurs.
Si le conducteur touché par le palpeur 41 est de même phase que celui touché par le palpeur 40, il n'existe pas entre eux de différence de potentiel et par conséquent aucun courant ne s'établit à travers l'éclateur 44. Si, au contraire, ce conducteur touché par le palpeur 41 est d'une phase différente, il existe entre eux une différence de potentiel et, si le réglage de l'éclateur 44 est convenable par rapport à cette différence die potentiel, le courant s'établit dans le circuit, ainsi qu'il vient d'être expliqué, et l'amplificateur relié aux bornes de la cellule photorésistante 48 actionnera l'organe de signalisation non représenté.
Le détecteur de tensions, dont le schéma de construction est représenté dans la fig. 5, est réalisé sous la forme d'un boîtier en matière isolante 50 pouvant être assemblé à l'extrémité d'une perche ou d'un manche en matière isolante 51 renfermant une source constituée par quatre éléments de pile 52a, 52b, 52c et 52d, reliés en série et fournissant l'énergie nécessaire au fonctionnement d'un amplificateur 53, susceptible de commander un avertisseur sonore 54. A l'intérieur du boîtier 50, se trouve un revêtement conducteur ou une enveloppe conductrice 55 à laquelle est reliée une des électrodes 56 d'un tube luminescent 57, dont la seconde électrode 58 est reliée à un palpeur 59 fixé au boîtier 50. En regard de ce tube 57 se trouve une cellule photo-électrique 60 reliée à l'amplificateur 53.
Cet appareil destiné normalement à détecter des tensions de l'ordre du kilo-Volt porte en outre une douille de contact 61 reliée également à l'électrode 58 du tube luminescent 57, la douille 61 étant destinée à recevoir une fiche 62 prolongée par un fil conducteur 63 qui se termine par une pointe de touche 64. Pour détecter des tensions alternatives de l'ordre du kilo-Volt, l'appareil étant fixé sur sa perche isolante 51, est porté au contact du conducteur dont on veut déceler la tension par l'intermédiaire de son palpeur 59. Si, au contraire, on désire utiliser le détecteur sur des circuits à basse tension, on démonte la perche isolante 51 et on prend le corps de l'appareil dans la main, ce qui a pour effet de créer une capacité importante entre la main de l'opérateur qui se trouve au potentiel de la terre et l'armature conductrice 55.
Cette aug- mentation de capacité a pour effet de permettre l'amor çage d'une décharge dans le tube 57 sous des tensions beaucoup plus faibles que celles envisagées dans l'utilisation précédente. On peut, dans ces conditions, utiliser l'appareil soit en touchant directement les conducteurs dont on veut déceler l'état de tension avec le palpeur 59, ou encore en engageant la fiche 62 dans la douille 61 et en se servant du palpeur aux pointes 64 pour établir le contact avec les conducteurs ou éléments du circuit dont on veut connaître l'état de tension.
Le détecteur bipolaire, dont le schéma de construction est représenté dans la fig. 6, est constitué par un boîtier isolant 60 pouvant être assemblé à l'extrémité d'une perche 61. De même que dans le mode d'exécution représenté dans la fig. 5, le boîtier comprend une source de tension représentée par quatre piles 62a, 62b.
62c et 62d branchées en série avec un amplificateur 63 susceptible de commander un avertisseur sonore 64. Une cellule photo résistante 65- est également branchée à l'amplificateur 63. En outre, le boîtier 50 est surmonté d'une antenne 66 constituée d'un tube en matière isolante, à l'intérieur duquel est logée une résistance 67 et qui se termine à sa partie supérieure par won palpeur 68.
Le boîtier renferme d'autre part un éclateur 69 constitué par une pièce mobile pouvant se déplacer de bas en haut sous l'action d'une bague de réglage 70. Cet éclateur 69 porte deux électrodes 71 et 72 placées en regard de deux autres électrodes 73 et 74 reliées de part et d'autre d'un tube à décharge 75, l'électrode 71-73 étant reliée à la résistance 67, l'électrode 72-74 étant reliée au moyen d'un câble isolé à une antenne auxiliaire constituée d'un manche isolant 77 prolongé par l'antenne proprement dite 78, à l'intérieur de laquelle est logée une résistance 79, cette dernière portant à sa partie supérieure un palpeur 80. La bague de réglage 70 qui peut porter des graduations en kilo-Volt est placée dans la position correspondant à la tension de l'installation sur laquelle un contrôle doit être effectué.
On porte respectivement les palpeurs 68 et 80 au contact des conducteurs à vérifier ainsi qu'il a été expliqué de façon plus détaillée lors de la des cri, potion de la fig. 4.
Le mode d'exécution représenté dans la fig. 7 décrit un détecteur bipolaire semblable à celui de la fig. 6. Ce détecteur est destiné à vérifier le bon état des isolateurs d'une ligne électrique à haute tension. Si dans une telle ligne 81, l'isolation est assurée par une chaîne d'isolateurs 82, 83, 84 suspendus à un support 85 qui se trouve au potentiel de la terre, la différence de potentiel entre les isolateurs 82 et 84 se trouve uniformément répartie.
Par conséquent, si tous ces isolateurs sont en bon état un contrôle de tensions effectué entre le capot et la tige de chacun de ces isolateurs doit déclencher le fonctionnement de l'organe avertisseur du détecteur. Au contraire, si l'un de ces isolateurs se trouve fêlé ou perforé, ces armatures métalliques supérieures et inférieures se trouvent au même potentiel et l'appareil de contrôle n'émettra aucun signal. Pour parvenir pratiquement à ce résultat, les palpeurs 86 et 87 du détecteur 88, sont réalisés sous la forme de tiges métalliques d'une certaine longueur présentant à leurs extrémités des fourches de contact et dont l'écartement est réglable selon les dimensions des isolateurs à vérifier. Ces palpeurs sont susceptibles de pivoter autour des axes 89 et 90.
Le détecteur 88 est semblable au détecteur représenté dans la fig. 6. le deuxième palpeur étant cependant monté sur le boîtier et non plus sur une tige auxiliaire.
Le détecteur représenté dans la fig. 8 est réalisé sous -la forme d'une perche isolante constituée d'un tube en matière isolante 91 terminé à sa base par une poignée 92 portant à son extrémité supérieure un palpeur 93. A l'intérieur de la poignée sont logés les éléments 94, 95, 96 et 97 d'une batterie fournissant de l'énergie à un amplificateur 98 logé également à la base de la perche, qui abrite d'autre part un organe de signalisation constitué par une lampe 99 visible à travers un hublot transparent 100.
Au voisinage de la partie supérieure de la perche et à l'intérieur de celle-ci est disposée une armature conductrice 101 présentant une capacité appréciable par rapport à la terre et reliée électriquement à une électrode 102 d'un tube luminescent 103, dont l'électrode 104 est reliée d'autre part au palpeur 93, de telle sorte que lorsque ce palpeur est mis en contact avec un conducteur sous tension alternative, un courant s'établit entre l'armature 101 et la terre. Ce courant donne naissance dans le tube 103 à une décharge luminescente.
En regard de ce tube 103, se trouve placée, suivant l'axe de la perche, une baguette de verre ou de matériau transparent ou encore un faisceau de fibres transparentes 105 susceptible de transmettre la lumière, dont l'extrémfté opposée est placée en contact avec un élément photosensible 106 relié à l'amplificateur 98. Lorsqu'une décharge lumineuse prend naissance dans le tube 103 sous l'effet d'une tension appliquée au palpeur 93, une fraction notable du flux lumineux est canalisée à travers la baguette ou le faisceau 105 jusqu'à l'élément photosensibie 106 et l'amplificateur 98 provoque l'allumage de la lampe 99 qui avertit l'opérateur de la présence de la tension sur le conducteur.
Bien entendu, la baguette ou le faisceau 105 sont constitués d'un matériau isolant électrique et la distance séparant l'armature métallique 101 des organes placés à la base de la perche est déterminée de telle sorte que l'isolement de l'opérateur par rapport au conducteur mis au contact du palpeur 93 soit assuré avec une entière sécurité.
La fig. 9 représente un mode d'exécution d'un détecteur de tension destiné à être installé en permanence sur un conducteur 109 dont on désire connaître à distance l'état de tension. A cet effet, le détecteur est réalisé comme celui de la fig. 8, sous la forme d'un corps isolant tubulaire 110 dans lequel le palpeur 111 est remplacé par une pièce de serrage permettant de fixer l'appareil sur le conducteur 109. Un élément électriquement isolant mais conducteur de la lumière 112 est disposé selon l'axe de l'appareil et intercalé entre, d'une part, un tube luminescent 113 et, d'autre part, un élément photosensible 114. Cet élément photosensible est relié aux conducteurs 115 et 116 d'un câble 117 qui aboutit à un amplificateur 118 disposé sur un tableau de contrôle à une certaine distance de l'installation à surveiller.
Cet amplificateur est alimenté par une source de courant 119, qui commande le fonctionnement d'un organe de signalisation 120, par exemple une lampe témoin, placée sur un tableau. On comprend aisément que tant que le conducteur 109 présente une haute tension alternative par rapport à la terre, le tube 113 est le siège d'une décharge luminescente qui se trouve transmise à l'élément photosensible 114 par l'intermédiaire de la pièce 111 et que la résistance de l'élément photosensible se trouvant ainsi abaissée au-dessous d'une certaine valeur, l'amplificateur 118 alimente la lampe témoin 120.
Le dispositif de contrôle représenté dans la fig. 10 est relativement simple et peut aisément être incorporé aux différents modes d'exécution du détecteur décrits dans les fig. 1 à 9. Ce circuit de contrôle comprend un transformateur élévateur de tension 121 qui comprend un enroulement primaire 122 relié à une source de courant 123, un interrupteur 124 est intercalé dans le circuit de l'enroulement primaire 122. L'enroulement secondaire 125 est branché avec les électrodes du tube luminescent 126 placées en regard de la cellule photo-électrique 127.
Pour contrôler le bon fonctionnement du détecteur, il suffit de fermer pendant un bref instant l'interrupteur 124 et de le rouvrir brusquement, cette ouverture donnant naissance, dans l'enroulement primaire 122, à une impulsion de courant qui engendre, dans l'enroulement secondaire 125, une tension suffisante pour provoquer dans le tube 126 une décharge luminescente qui abaisse la valeur de la résistance de la cellule 127.
Pour permettre le bon fonctionnement de ce circuit de contrôle, le détecteur doit être muni d'un élément photosensible 127 présentant une certaine rémanence, c'est-à-dire que lorsque cet élément photosensible est soumis à un flux lumineux de très brève durée, la valeur de sa résistance s'abaisse suffisamment pour déclencher le fonctionnement de l'amplificateur et qu'elle se maintient ensuite pendant un certain temps, à une valeur compa ralle. Par conséquent, si une très brève décharge luminescente se produit dans le tube 126, l'organe de signalisation émettra un signal d'une durée beaucoup plus longue que celle de ladite décharge.
Si la cellule ou l'été ment photo sensible ne présente pas une rémanence suffisante, on peut obtenir le même résultat en ajoutant à l'amplificateur un circuit de temporisation constitué d'une résistance et d'un condensateur relié en parallèle avec l'organe avertisseur. Cependant, étant donné qu'il existe dans le commerce des éléments photosensibles présentant une rémanence assez importante, l'utilisation d'un tel élément est encore plus avantageuse.