WO2024192516A1 - Mesure de température de câbles d'une ligne électrique dans un conduit souterrain - Google Patents

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WO2024192516A1
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flexible tube
conduit
digital
digital sensors
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Sylvain Riendeau
Dave LACERTE
François Bélanger
Louis Dupont
Pierre Gingras
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Hydro Quebec
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    • H05K2201/10356—Cables

Definitions

  • the invention relates generally to electrical lines in underground conduits, and more particularly to a temperature probe for measuring a temperature of a cable twist of an electrical line in an underground conduit leaving only a restricted space between the cable twist and an internal surface of the conduit.
  • the invention also relates to a telemetry system and a method of measuring temperature using the temperature probe.
  • the maximum operating temperature of underground MV (“Medium Voltage”) and LV (“Low Voltage”) cables is a major factor that limits the transit capacity of one or more underground power lines.
  • One place where a maximum cable temperature can be reached is in underground ducts.
  • Simulation software can be used by a designer (specialist in electrical power transmission and distribution) to estimate a cable temperature of a line according to various cable arrangements and their position in a duct, taking into account the historical average and maximum loads on the line.
  • simulations are based on an imprecise estimation of factors that greatly influence the results, for example a thermal conductivity of the soil, a water table level, etc. Simulations generally include a safety margin and are therefore conservative.
  • the results of simulations can be ambiguous, i.e.
  • Patent applications JP2001165781A (Hitachi Cable Ltd), JP2004251672A Hitachi Cable Ltd), JP2004264090A (Chugoku Electric Power Co Inc, Furukawa Electric Co Ltd), JP2007003516A (Tokyo Electric Power Co Inc), JP2010002281A (Kansai Electric Power Co Inc, J-Power Systems Corp), Examples of techniques and devices in the field, even if in general few details on their implementation, design or practical realization are given.
  • an optical fiber as a temperature sensor to measure the temperature of a power line involves high installation and measurement equipment costs.
  • a temperature measurement and its location along the optical fiber are imprecise.
  • the method used consists of causing photon collisions that create an acoustic shock wave that vibrates the fiber.
  • the resonance frequency is a function of the temperature and the mechanical load on the fiber.
  • a mechanical load on the fiber cannot be avoided. This will induce a more or less significant error on the measurement.
  • the accuracy of the position it depends on the accuracy of the time measurement. The more accurate the time measurement, the more sensitive and expensive the equipment.
  • An object of the present invention is to provide a temperature probe of a cable twist of an electric line in operation in an underground conduit leaving only a restricted space between the cable twist and an internal surface of the conduit, which is easy to insert over several meters in the conduit while the cables are energized (powered) and under load (transiting currents), which allows the temperature to be measured at any time and simultaneously at several depths in the conduit, which is not very sensitive to a magnetic or electric field produced by the cables, and which allows the temperature profile of the cables and their core in the conduit to be precisely determined.
  • a subsidiary object of the invention is to propose a temperature measurement probe which makes it possible to know a precise temperature in real time of the most stressed cables of electric lines in underground conduits in order to optimize the operation of the underground electric network at the limit of a thermal capacity of the cables, and to avoid or be able to postpone the construction of new lines and consequent underground structures.
  • Another subsidiary object of the invention is to provide a temperature probe which is robust and which can be waterproof so as to be submersible continuously or occasionally.
  • a temperature probe for measuring a temperature of a cable bundle of a power line operating in an underground conduit leaving only a restricted space between the cable bundle and an internal surface of the conduit, the temperature probe comprising: an electrically insulating flexible tube, the flexible tube having first and second opposite ends and an outer diameter less than said restricted space, the first end being adapted to be inserted into the conduit from an opening of the conduit to a depth in the conduit, the second end being adapted to remain accessible near the opening of the conduit when the first end is at said depth in the conduit; an electrically insulating tapered tip sealingly attached to the first end of the flexible tube and configured to facilitate insertion of the flexible tube into the restricted space along the cable bundle in the conduit; an arrangement of digital temperature sensors housed and distributed longitudinally in the flexible tube, a number and distribution of the digital sensors being in accordance with a linear pitch between two longitudinal crests of the cable twist; and a connection arrangement connecting the digital sensors, the connection arrangement having a power supply circuit for powering the digital sensors
  • a system for telemetry of temperature of an accessible section of an electric line in operation in an underground conduit comprising: a temperature probe with digital sensors distributed in a flexible tube along a length of the section of the electric line in the underground conduit; a power supply arrangement connected to a source of electrical power; and an acquisition unit having an input connected to the power supply arrangement for receiving the electrical power, a connection port connected to the temperature probe for electrically powering the digital sensors and receiving digital temperature signals measured by the digital sensors, and a telecommunication device configured to transmit to a remote site of the underground conduit temperature measurement signals resulting from the digital temperature signals received by the acquisition unit.
  • a method for measuring a temperature of an accessible section of a power line in operation in an underground conduit comprising the steps of: inserting a distributed digital sensor temperature probe into a flexible tube such that the flexible tube runs along a length of the section of the power line in the underground conduit; providing a power supply arrangement connected to a power source; electrically powering the digital sensors of the temperature probe by an acquisition unit receiving power from the power supply arrangement; receiving, by the acquisition unit, digital temperature signals measured by the digital sensors; transmitting, by a telecommunications device, temperature measurement signals derived from the digital temperature signals received by the acquisition unit; receiving, at a remote site from the underground conduit, the temperature measurement signals; and processing, at the remote site, the digital temperature signals so as to determine a temperature of the power line based on at least one of the temperatures measured by the digital sensors including the measured temperature which is the highest.
  • Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of an underground mass showing a temperature probe inserted into a conduit of an electrical line, an acquisition unit connected to the probe, and a system for telecommunication of data produced by the acquisition unit, according to one embodiment of the invention.
  • Fig. 2 is a schematic view of a temperature measuring probe according to one embodiment of the invention.
  • Fig. 3 is a schematic sectional view of a temperature measuring probe according to one embodiment of the invention.
  • Fig. 4 is a partial schematic view of a connection arrangement of a digital temperature sensor in the temperature probe according to one embodiment of the invention.
  • Fig. 5 is a schematic sectional view of a temperature probe according to another embodiment of the invention.
  • Fig. 6A, 6B and 6C are schematic perspective and side views of a tapered tip of a temperature probe according to one embodiment of the invention.
  • Fig. 6D is a schematic view illustrating a shape of a tapered tip of a temperature probe according to one embodiment of the invention.
  • Fig. 7 is a schematic longitudinal section of a temperature probe running along an MV line in a conduit according to one embodiment of the invention.
  • Fig. 8 is a schematic cross-section of a temperature probe of an MV line in a conduit according to one embodiment of the invention.
  • Fig. 9 is a graph illustrating a profile of temperature measurements taken by a temperature probe according to the invention.
  • a temperature probe 2 in an operational position is illustrated.
  • the temperature probe 2 is designed to measure a temperature of a twist 4 of cables 5 (illustrated e.g. in Figure 7) of an electrical line 6 in operation in an underground conduit 8 leaving only a restricted space 12 (illustrated e.g. in Figure 8) between the twist 4 of cables 5 and an internal surface 14 of the conduit 8.
  • the conduit 8 may be an underground mass conduit 10 which is generally made of concrete and is connected to a chamber 16 with an access shaft 18 on the surface or otherwise accessible, allowing access to the line 6 or more generally a set of underground electrical lines, in particular lines of an underground MV or LV distribution network (and other equipment which may be located in the chamber 16).
  • Such a chamber 16 is notably used to make connections (joints or branches) between several sections of underground cables.
  • the temperature in an underground conduit 8 of a block 10 is usually stable beyond 3 to 4 m depth in the conduit 8 and is no longer affected by the temperature of the underground structure forming the chamber 16.
  • the configuration and thermal properties of the ground are generally homogeneous over the length of the block 10.
  • the temperature probe 2 comprises an electrically insulating flexible tube 20.
  • the flexible tube 20 has first and second ends 22, 24 opposite and an outside diameter less than the restricted space 12 (illustrated eg in Figure 8).
  • the first end 22 is intended to be inserted into the conduit 8 from an opening 26 of the conduit 8 to a depth 28 in the conduit 8.
  • the second end 24 is intended to remain accessible near the opening 26 of the conduit 8 when the first end 22 is at the depth 28 in the conduit 8.
  • the temperature probe 2 includes an electrically insulating tapered tip 30 sealingly attached to the first end 22 of the flexible tube 20 and configured to facilitate insertion of the flexible tube 20 into the restricted space 12 along the twist 4 of cables 5 in the conduit 8, as illustrated e.g. in Figure 7.
  • the flexible tube 20 and the tapered tip 30 are made of materials that can withstand a temperature of at least 125°C without alterations in shape and physical properties.
  • Suitable materials are PVDF (polyvinylidene fluoride) or PTFE (polytetrafluoroethylene) which provide electrical insulation properties, sufficient rigidity at low and high temperatures, and a minimal coefficient of friction to facilitate the insertion of the temperature probe 2 into the conduit 8 of the solid mass 10 (illustrated eg in Figure 1).
  • Such materials have a low thermal inertia which allows the local temperature to be quickly monitored during a rapid variation in the immediate environment, and resistance to chemicals and therefore do not degrade upon contact with oils or de-icing salt that may be present in the chamber 16 or the conduit 8 (illustrated eg in Figure 1).
  • Other materials may be suitable, in particular if they are electrically insulating and have flexibility and/or semi-rigidity characteristics allowing the flexible tube 20 to slip into the restricted space 12 while preventing it from becoming jammed when it is put in place in the conduit 8 (illustrated eg in Figure 1).
  • a silicone adhesive may be used between the flexible tube 20 and the tapered end piece 30 to provide a seal.
  • a semi-transparent PVDF tube is particularly suitable for forming the flexible tube 20.
  • the tapered tip 30 has a base 42 having a diameter corresponding to the outside diameter of the flexible tube 20 (illustrated e.g. in Figure 3) such that the base 42 of the tapered tip and the first end 22 (illustrated e.g. in Figure 3) of the flexible tube 20 have a smooth external interface when the tapered tip 30 is in a position for sealing attachment with the first end 22 of the flexible tube 20.
  • the tapered tip 30 has a rounded tip 52 on a side opposite the base 42, and a parabolic periphery 54 extending between the rounded tip 52 and the base 42.
  • the tapered tip 30 may have a fastening element 46 projecting from the base 42 and inserting into an axial hole 48. at the first end 22 of the flexible tube 20 (illustrated e.g. in Figure 3) to fix the tapered tip 30 in a sealing manner to the flexible tube 20.
  • the fixing element 46 and the axial hole 48 may advantageously comprise complementary threads so that the tapered tip 30 screws onto the first end 22 of the flexible tube 20.
  • the complementary threads may be defined according to the American standard NPT ("National Pipe Thread") to ensure the sealing of the fixing.
  • Other fixing arrangements may be used to fix the tapered tip 30 to the first end 22 of the flexible tube 20, so that the tapered tip 30 is detachable or not from the flexible tube 20.
  • the shape of the tapered tip 30 can be characterized by a length L, a diameter D, of which its outer surface 54 is generated by revolution around a central axis 94 of the tapered tip 30.
  • the outer surface 54 passes through a vertex 96 of the tip located on the central axis 94 at a distance L from a center 98 of the base 42 of the tapered tip 30, and of which each point 100, 102 in x 104 on the outer surface 54 moving away from the vertex 96 towards the base 42 on a circumference of the base 42 of the tapered tip 30 has a slope (derived from the curve of the surface 54) increasingly negative, starting from a zero slope at the top 96 towards a slope which ideally tends towards negative infinity at the base 42 of the tapered end piece 30 for continuity of shape with the flexible tube 20 (illustrated eg in Figure 2) preferably also of diameter D.
  • Typical, but not limiting, dimensions of the tapered end piece 30 are a length L of 30 mm and a diameter D
  • the temperature probe 2 comprises an arrangement of digital temperature sensors 50 housed and distributed longitudinally in the flexible tube 20.
  • a number and distribution of the digital temperature sensors 50 are according to a linear pitch 33 between two longitudinal crests 34 of the twist 4 of cables 5 as illustrated in Figure 7.
  • a model of digital sensor particularly suitable for the temperature probe 2 is the TMP107 sensor manufactured by the company Texas Instruments.
  • a chain comprising up to 32 cascaded, individually addressable sensors, capable of communicating over a distance of 300 m, can be formed with such a sensor model.
  • this sensor model has a low power consumption and can be powered only during a temperature reading.
  • a 1-Wire serial communication link ranging from 4.8 kbaud to 115.4 kbaud allows this type of sensor to be interfaced using a UART ("Universal Asynchronous Receiver Transmitter") controller and an open collector output with only 3 wires.
  • UART Universal Asynchronous Receiver Transmitter
  • the use of 50 digital sensors allows for digital reading and conversion of data at the reading points, which avoids transmitting analog signals over several meters in a noisy electromagnetic environment.
  • Other sensor models may also be suitable, such as the LMT01-LR sensor also manufactured by Texas Instruments.
  • Digital sensors such as the TMP107 and the LMT01-LR are little affected by strong currents generating magnetic or electric fields and can therefore be installed within range of MV cables which can carry hundreds or even thousands of amperes without being disturbed by their magnetic field.
  • connection arrangement 36 is connected to the digital sensors 50.
  • the connection arrangement 36 has a power supply circuit 38 for powering the digital sensors 50, and a communication circuit 40 emerging from the second end 24 of the flexible tube 20 (illustrated e.g. in Figure 3) for externally transmitting digital signals indicative of the temperatures measured by the digital sensors 50.
  • the power supply 38 and communication 40 circuits of the connection arrangement 36 may advantageously be provided by twisted conductors with shielding between the digital sensors 50 for immunity to magnetic and electric fields.
  • the digital sensors 50 may be operationally connected in cascade to each other by the connection arrangement 36.
  • the digital sensor arrangement 50 includes printed circuit boards 54 on which the digital sensors 50 are respectively mounted and operatively connected.
  • the printed circuit boards 54 are dimensioned to provide clearance to an inner diameter of the flexible tube 20 while supporting the digital sensors 50 at or near an axial center of the flexible tube 20 by contacting an inner surface of the flexible tube 20 as shown in Figure 8.
  • Power supply and signal conditioning filters 94 formed, e.g., by capacitors and resistors, may be mounted on the printed circuit boards 54. Alignment of the capacitors and resistors along the printed circuit boards 54 may be advantageous in reducing physical stress on these components.
  • the printed circuit boards 54 may advantageously be flexible boards arranged end to end, for example being soldered to each other so as to form a continuous strip of printed circuits 56 extending over a length exceeding a distance between a first and a last of the digital sensors 50, simplifying precise positioning of the digital sensors 50 in the flexible tube 20 along the temperature probe 2 (illustrated eg in Figure 3).
  • the power supply 38 and communication 40 circuits of the connection arrangement 36 may then be realized by circuits 58 formed on (eg under) and interconnected between the printed circuit boards 54 by card end contacts ("fingers") (not illustrated).
  • the ground conductors of the power supply 38 and communication 40 circuits may have a twisted shape between the digital sensors 50 to reduce an influence of a magnetic field while avoiding as much as possible that a copper surface affects a flexibility of the printed circuit strip 56 between the digital sensors 50 or acts as a thermal bridge.
  • the printed circuit boards may also be formed by a single elongated flexible printed circuit board.
  • the temperature probe 2 further comprises an output tip 60 sealed to the second end 24 of the flexible tube 20 so that the temperature probe 2 is submersible.
  • the power supply circuit 38 and the communication circuit 40 then pass through the output tip 60 in a sealed manner.
  • the output tip 60 can advantageously be formed by a cable gland and silicone to form a sealed seal with a cable 106 containing the conductors of the circuits 38 and 40 (eg power supply, ground-power supply, communication+, ground communication-).
  • the cable 106 can advantageously be provided with a connector 108 (illustrated in Figure 2) such as a waterproof anti-corrosion bayonet connector which can be submerged to a depth of 1 bar (10.1 m).
  • the sealed seal can be used to secure the positions of the power supply circuits 38 and communication circuits 40 in the flexible tube 20 and allow to control a position of the set of digital sensors 50 inside the flexible tube 20. Since the circuits 38, 40 and the digital sensors 50 are not fixed to the inner wall of the flexible tube 20, there are no mechanical constraints on them and a flexibility over the entire length of the flexible tube 20 is not hindered.
  • the flexible tube 20 can be filled with a component conducive to heat transfer which does not significantly increase a thermal mass around the digital sensors 50 nor their reaction time during a change in temperature of the line 6 or of the ambient environment in the conduit 8 (illustrated eg in Figure 1).
  • the power supply 38 and communication 40 circuits may advantageously be coated with a protective layer ("conformal coating") to protect them against possible condensation of moisture trapped in the temperature probe 2 during its assembly.
  • the cable 106 may contain a metal shield made of aluminum or copper for protection against an electric field and electrostatic discharges, and its sheath may be made of FEP (Fluorine-Ethylene-Propylene) or E-CTFE (Ethylene-Chlorotrifluoroethylene) for protection against oils, water and UV rays.
  • FEP Fluorine-Ethylene-Propylene
  • E-CTFE Ethylene-Chlorotrifluoroethylene
  • the conduit 8 is not necessarily straight along its entire length (as illustrated eg in Figure 1) and the twist 4 lies in the conduit 8 taking a minimal curvature at each change in direction of the conduit 8.
  • the temperature probe 2 must in such a case be able to slip into the space 12 of an area 88 delimited by the twist 4, as well as in free spaces 86 as illustrated for example by a possible position of the temperature probe 2'.
  • These spaces 12, 86 determine a maximum diameter of the flexible tube 20 of the temperature probe 2. For example, for a conduit 8 having an inside diameter of 11.43 cm (4.5 in), then an outside diameter of the flexible tube can be 1 .59 cm (0.625 in).
  • a stiffness of the material(s) used for the flexible tube 20 must be high enough to avoid jamming and deformation of the temperature probe 2 during its insertion into the conduit 8.
  • a radius of curvature of the flexible tube 20 must be able to be greater than interior radii of curvature of the conduit 8 and less than radii of curvature of bends in the conduit 8.
  • the flexible tube 20 must not collapse under a pressure of a liquid that may be present in the conduit 8 and the chamber 16 (illustrated in FIG. 1 ).
  • Conduits 8 of mass 10 can be buried up to 5 m deep and the chamber 16 (all illustrated eg in FIG. 1 ) can be flooded up to ground level so as to exert a pressure of 7.3 psi.
  • a flexible tube 20 made for example of PTFE has a "Durometer" hardness of 75D, a bend radius of 6.35 cm (2.5 in) and is resistant to a pressure of 140 psi.
  • a thickness of the flexible tube 20 can also be considered to suit the required characteristics, depending on the material or materials constituting it.
  • the temperature probe 2 can advantageously be integrated into a temperature telemetry system 62 of an accessible section of the power line 6 in operation in the conduit 8 of the underground massif 10.
  • the second end 24 of the temperature probe 2 extends out of the conduit 8 by a distance L0 (eg 15 cm) so as to be able to manipulate the temperature probe 2 once inserted into the conduit 8.
  • L1 represents a distance from which a temperature at the point of insertion of the temperature probe 2, such as the temperature at the opening 26 of the conduit 8, no longer affects the temperature in the conduit 8 and from which the conduit 8 is exposed to a stable environment and represents the worst operating condition of the line 6.
  • a massif 10 is usually buried approximately 0.75 m into the ground.
  • L2 represents a minimum/optimal interval for taking temperature measurements in the conduit 8.
  • L2 also represents a length of the temperature probe 2 where the digital sensors 50 can be distributed in the flexible tube 20 (illustrated eg in Figure 2) running along a length of the section of the power line 6 in the conduit 8.
  • L2 may correspond to approximately 1.5 times the distance 33 between two longitudinal crests 34 of the twist 4 of cables 5 as illustrated in Figure 7, for example approximately 0.9 m for a typical twist of MV cables.
  • L3 represents a length of the temperature probe 2 which may be without sensors, terminated by the tapered end piece 30 (illustrated eg in Figure 2). The length L3 may be used to stabilize the portion L2 of the temperature probe 2 in the conduit 8.
  • the telemetry system 62 comprises a power supply arrangement 65 connected to an electrical power source such as, for example, the power line 6 itself.
  • the power supply arrangement 65 may comprise a coupler (or converter) 64 configured to generate the electrical power from the power line 6.
  • the coupler 64 may be of the inductive type, or of the capacitive type.
  • the electrical power may also come from another source, such as a conventional low-voltage power source (not illustrated) if present, or from an electrical accumulator (battery, supercapacitor, capacitor, etc.) (not illustrated) having sufficient capacity for the intended application.
  • An acquisition unit 66 is installed in the chamber 16.
  • the acquisition unit 66 has an input 68 connected to the inductive coupler 64 to receive the electrical power supply, a connection port 70 connected to the temperature probe 2 to electrically power the digital sensors 50 and to receive the digital temperature signals measured by the digital sensors 50, and a telecommunications device 72 configured to transmit to a site 74 remote from the conduit 8 of the underground massif 10 temperature measurement signals resulting from the digital temperature signals received by the acquisition unit 66.
  • the transmission of the signals can be done for example via a wireless network 78 or otherwise.
  • the acquisition unit 66 may include a microcontroller 80 configured to take readings from all of the digital sensors 50 at a fixed interval, such as one minute.
  • the interval between readings may be determined based on expected variations in the load, the thermal mass of the line 6, and adjusted based on the amount of energy available to power the system.
  • the interval may also be determined based on a history of variations in the temperature measurements or by simulation taking into account the thermal masses and the maximum variations in the load of the line 6.
  • the interval between readings may also be adjusted dynamically based on a variation in the load of the line 6 that can be measured locally, such as by the inductive coupler 64.
  • FIG 9 an example of displaying temperatures 90 measured by the digital sensors 50 of the temperature probe 2 (illustrated e.g. in Figure 1 ) is illustrated.
  • the digital sensors are spaced 2.5 cm apart from each other, ranging from 5 m (measurement on the left) to 4.3 m (measurement on the right) depths in the conduit 8 (illustrated e.g. in Figure 1 ).
  • a maximum temperature 92 for example of 35.04°C is measured by the digital sensor 50 located at a depth of 4.8 m in the conduit 8 (illustrated e.g. in Figure 1 ).
  • an ambient temperature sensor 76 of the underground mass 10 is connected to the acquisition unit 66.
  • the acquisition unit 66 is configured to transmit to the remote site 74, via the telecommunications device 72, a temperature measurement signal indicative of the ambient temperature measured by the sensor 76.
  • the sensor 76 can be installed in the chamber 16, inserted into the ground or the mass 10 near the chamber 16, or inserted into a free conduit 8 of the mass 10.
  • the sensor 76 can be produced by a temperature probe according to the invention, in particular for insertion into the ground so as to be able to provide temperature measurements at different insertion depths in the ground.
  • the acquisition unit 66 or the temperature probe 2 may be configured to preprocess the digital temperature signals before transmission of the temperature measurement signals by the telecommunications device 72.
  • preprocessing of the digital signals may be carried out directly on the digital sensors 50 or by a preprocessing circuit (not illustrated) arranged for example in the flexible tube 20 near the second end 24.
  • preprocessing of the signals may be carried out by the microcontroller 80 which may also be used to control various functions of the acquisition unit 66.
  • the microcontroller 80 may be configured for example so that all the readings of the digital sensors 50 are transmitted for remote processing, or only a subset of readings or processed values (eg minimum and maximum). An average value and a standard deviation of the measurements may also be transmitted.
  • position data from the digital sensor 50 in the chain can also be used during local processing by the acquisition unit 66 or remotely 74.
  • the acquisition unit 66 has several connection ports 70 so that other electrical lines 6 in other conduits 8 and as many temperature probes 2 can be managed by the acquisition unit 66 of the telemetry system 62.
  • the installation and operation of the invention can be done as follows.
  • the temperature probe 2 with digital sensors 50 distributed in the flexible tube 20 (illustrated eg in Figure 2) is inserted so that the flexible tube 20 runs along a length (eg L2) of an accessible section of the power line 6 in the conduit 8 of the underground mass 10.
  • the electrical power supply for the operation of the system is provided by the power supply arrangement 65 connected to the electrical power source, eg the power line 6 via the coupler 64 (or otherwise another power source if required).
  • the sensors digital sensors 50 of the temperature probe 2 are electrically powered by the acquisition unit 66 receiving the electrical power supply from the power supply arrangement 65.
  • the acquisition unit 66 receives the digital temperature signals measured by the digital sensors 50.
  • Temperature measurement signals resulting from the digital temperature signals received by the acquisition unit 66 are transmitted by the telecommunications device 72 to be received and processed at the site 74 remote from the conduit 8 of the underground massif 10 so as to determine the temperature of the power line 6 according to one of the temperatures measured by the digital sensors 50 which is the highest.
  • a main source of heat in the conduit 8 comes from the losses RI 2 of the conductors/cores 82 of the cables 5 of the twist 4.
  • the highest temperature is at the surface of each core 82. This is where the dielectric insulation 84 is exposed to the highest temperature.
  • the temperature of the dielectric insulation 84 of each cable 5 must not exceed the operating limits in order to avoid deteriorating its mechanical and insulating properties.
  • a twist 4 of cables 5 of a three-phase circuit is composed of 3 identical cables 5 in contact (twisted) along their length.
  • the load current of each cable 5 of a three-phase circuit is normally balanced (identical).
  • a load unbalance between the cables 5 is then not significant, it is therefore possible to consider that the temperature of the core 82 of each cable 5 is very similar. It is therefore sufficient to evaluate the temperature of the core 82 of a single cable 5.
  • a signal processing can thus advantageously include an estimation of a temperature TAme of the core 82 of a cable 5 of the power line 6 (illustrated e.g. in Figure 1).
  • the estimation of the temperature TAme can be determined by different processing modes.
  • the insertion depth of the temperature probe 2 in the mass 10 from which the temperature in the chamber 16 (illustrated e.g. in Figure 1) probably no longer has an influence or is no longer a dominant factor on the temperature inside the conduit 8 can be approximately 3.5 m. Beyond this depth, the insertion depth of the temperature probe 2 is no longer a dominant factor in comparison with the distances between the digital sensors 50 and the twist 4 of cables 5.
  • One of the difficulties that the invention solves is to measure a temperature on the surface of a cable 5 at such a depth in a conduit 8 in the presence of a twist 4 of cables 5 in operation (under load). The distance between a digital sensor 50 and the surface of the cable 5 introduces a thermal resistance proportional to this distance.
  • the thermal resistance between the digital sensor 50 and the surface of the cable 5 may vary depending on a medium present in the conduit 8, for example air or a liquid such as water.
  • the thermal resistance for air is of the order of 41.7 K m/W while that for water is of the order of 1.7 K m/W.
  • a chain of digital sensors 50 spaced uniformly or not and in sufficient number in the temperature probe 2 makes it possible to obtain at least one temperature reading at a minimum distance from the surface of a cable 5.
  • the flexible tube 20 has a minimum length defined by a first section (L1 illustrated in Figure 1) of the flexible tube 20 corresponding to a depth in the conduit 8 from which a temperature near the opening 26 of the conduit 8 no longer has an effect on a temperature in the conduit 8, plus a second section (L2 illustrated in Figure 1) of the flexible tube 20 corresponding to one and a half times the linear pitch 33 (illustrated in Figure 7).
  • the digital sensors 50 are distributed in the second section of the flexible tube 20.
  • the number and distribution of the digital sensors 50 are defined by a spacing between each digital sensor 50 in the second section of the flexible tube 20. The spacing between each digital sensor 50 may vary if desired.
  • a preferred mode consists of a minimum use of 10 digital sensors 50 spaced 10 cm apart from each other.
  • the digital sensors 50 are thus distributed over a period and a half of the twist 4 between 3.5 meters and 4.4 meters of insertion depth in the massif 10.
  • This embodiment makes it possible to guarantee a relative difference between a temperature measurement and that on the surface of a cable 5 less than 0.2°C, i.e. a difference less than a precision of the digital sensors 50 in the case where TMP107 sensors are used and whose precision is ⁇ 0.4°C over their operating range for a resolution of ⁇ 0.015°C.
  • the temperature T ⁇ me in steady state, i.e. in stable conditions of the load and the surrounding environment, the temperature T ⁇ me can be estimated by the equation
  • T ⁇ me TAmbiant + Ksurface ( Tsurface ⁇ TAmbiant)
  • TAmbiant is a temperature measured by the temperature sensor 76 arranged in a medium surrounding the conduit 8 of the underground mass 10
  • Ksurface is a predetermined coefficient of temperature variation TAme of the core 82 of a cable 5 with respect to a temperature Tsurface at a surface of the cable 5 as measured by the temperature probe 2.
  • the value of Ksurface can be determined by finite elements from a geometry of the twist 4 in the conduit 8 and the thermal properties of the materials of the cables 5. This value can also be determined otherwise such as by laboratory tests.
  • a value of Ksurface for typical underground MV cables is for example 1.147.
  • the digital sensor 50 of the temperature probe 2 which is closest to one of the cables 5 of the twist will provide a higher temperature reading, in the simplest case, it is this temperature which is used for Tsurface. In this processing mode, the distance between the digital sensor 50 measuring the higher temperature and the surface of the cable 5 as well as the equivalent thermal resistance are considered negligible.
  • a processing mode #2 assuming that the temperature probe 2 is rectilinear and that it is in contact with the twist 4 at each peak 34 as illustrated in Figure 7, the maximum temperature measured by one of the digital sensors 50 corresponds to a minimum distance dmin between the digital sensor 50 in question and the surface of one of the cables 5 (eg at a contact point of the probe temperature 2 with twist 4) while the minimum temperature measured by one of the digital sensors 50 corresponds to a maximum distance dmax between the digital sensor 50 in question and the surface of one of the cables 5.
  • a possible improvement to estimate TAme consists in using the difference between the minimum and maximum temperatures and the minimum distances dmin and maximum dmax (values known by geometry), according to the equation
  • TAme TAmbiant + Kd (Td ⁇ TAmbiant)
  • Kd is a coefficient determined according to the geometry of the twist 4
  • Td is the difference between the maximum and minimum temperatures measured by the digital sensors 50.
  • Kd can be determined by finite elements for dmin d ⁇ dmax.
  • a processing mode #3 with two minimum or maximum temperature readings and a reciprocal minimum or maximum temperature, and knowing the linear distances in the conduit 8 between the digital sensors 50, it is possible to correct a deviation of the flexible tube 30 of the temperature probe 2 or of the twist 4 in the conduit 8 (sensor-surface distance) by making a relationship between a linear distance corresponding to the minimum, maximum and/or maximum-minimum readings and an expected distance between two peaks 34 of the twist 4 of cables 5 (illustrated eg in Figure 7).
  • the K factors corresponding to a shape of the temperature probe 2 can then be used to apply processing mode #2.
  • a processing mode #4 the temperature readings of the temperature probe 2 can be interpolated to recalculate the minimum and maximum values as well as their positions to then apply processing modes #1, #2 or #3.
  • a reading of the load variation on line 6 (illustrated eg in Figure 1) combined with a simultaneous measurement of a single digital sensor 50 in conduit 8 and of the ambient temperature can be used to calculate the thermal resistance between the digital sensor 50 in question and the surface of the corresponding cable 5 (Rsensor-surface) and the coefficient K according to where
  • the coefficient K recalculated according to modes #5 or #6 can be used to determine whether or not there is liquid in the conduit 8 (Kair S K liquid)-
  • identification information of the temperature probe 2 may be stored in the temperature probe 2 and interrogated by the acquisition unit 66.
  • This information may include manufacturer information, model number, serial number, position of each digital sensor 50 in the conduit 8.
  • This information may be stored in the digital sensors 50 (e.g. integrated non-volatile memory space), in the connector 108 and/or other elements of the temperature probe 2.
  • the invention may be used in a conduit that is not underground, but has environmental similarities.
  • the invention may be applied to an underground power line for distribution or transmission.
  • the invention is particularly intended to measure the temperature of an underground power line, it may also be used for other purposes.
  • the temperature probe may be used to measure temperatures at different depths of soil or a medium. Such use may be for determining a frost line, further for dams and levees, and for modeling soil characteristics to adjust parameters of finite element simulation software.
  • the invention may be used to measure the temperature of twisted electrical cables in a conduit of a building such as a factory.
  • embodiments of the present technology include the following:
  • a temperature probe for measuring a temperature of a cable bundle of an electrical power line operating in an underground conduit leaving only a restricted space between the cable bundle and an internal surface of the conduit comprising: an electrically insulating flexible tube, the flexible tube having first and second opposite ends and an outside diameter less than said restricted space, the first end being adapted to be inserted into the conduit from an opening of the conduit to a depth in the conduit, the second end being adapted to remain accessible near the opening of the conduit when the first end is at said depth in the conduit; an electrically insulating tapered tip sealingly attached to the first end of the flexible tube and configured to facilitate insertion of the flexible tube into the restricted space along the cable bundle in the conduit; an arrangement of digital temperature sensors housed and distributed longitudinally in the flexible tube, a number and distribution of the digital sensors being in accordance with a linear pitch between two longitudinal crests of the cable bundle; and a connection arrangement connecting the digital sensors, the connection arrangement having a power supply circuit for powering the digital sensors, and a communication circuit extending from the second end of
  • the temperature probe according to item 1 in which the flexible tube and the tapered tip are made of materials withstanding a temperature of at least 125°C without alterations in shape and physical properties.
  • the temperature probe according to item 2 in which the materials are PVDF or PTFE.
  • the temperature probe according to item 4 wherein the tapered tip has a rounded tip on a side opposite the base, and a parabolic rim extending between the rounded tip and the base.
  • the digital sensor arrangement includes printed circuit boards on which the digital sensors are respectively mounted and operatively connected, the printed circuit boards having dimensions allowing clearance relative to an internal diameter of the flexible tube while supporting the digital sensors at or near an axial center of the flexible tube by contact with an internal surface of the flexible tube.
  • the temperature probe of item 6 wherein the printed circuit boards comprise flexible printed circuit boards arranged end to end so as to form a continuous strip of printed circuitry extending over a length exceeding a distance between a first and a last of the digital sensors.
  • the flexible tube has a minimum length defined by a first section of the flexible tube corresponding to a depth in the conduit from which a temperature near the opening of the conduit no longer has an effect on a temperature in the conduit, plus a second section of the flexible tube corresponding to one and a half times the linear pitch; the digital sensors are distributed in the second section of the flexible tube; and the number and distribution of the digital sensors are defined by a spacing between each digital sensor in the second section of the flexible tube.
  • a system for telemetry of temperature of an accessible section of an electrical line in operation in an underground conduit comprising: a temperature probe with digital sensors distributed in a flexible tube along a length of the section of the electrical line in the underground conduit; a power supply arrangement connected to a source of electrical power; and an acquisition unit having an input connected to the power supply arrangement for receiving the electrical power, a connection port connected to the temperature probe for electrically powering the digital sensors and receiving digital temperature signals measured by the digital sensors, and a telecommunications device configured to transmit to a remote site of the underground conduit temperature measurement signals resulting from the digital temperature signals received by the acquisition unit.
  • the power supply arrangement comprises a coupler configured to generate the electrical power from the power line.
  • the acquisition unit or the temperature probe comprises a signal processing device configured to preprocess the digital temperature signals before transmission of the temperature measurement signals by the telecommunications device.
  • a method for measuring a temperature of an accessible section of an electrical line in operation in an underground conduit comprising the steps of: inserting a temperature probe with distributed digital sensors into a flexible tube such that the flexible tube runs along a length of the section of the electrical line in the underground conduit; providing a power supply arrangement connected to a source of electrical power; electrically powering the digital sensors of the temperature probe by an acquisition unit receiving electrical power from the power supply arrangement; receiving, by the acquisition unit, digital temperature signals measured by the digital sensors; transmitting, by a telecommunications device, temperature measurement signals resulting from the digital temperature signals received by the acquisition unit; receiving, at a site remote from the underground conduit, the temperature measurement signals; and processing, at the remote site, the digital temperature signals so as to determine a temperature of the power line based on at least one of the temperatures measured by the digital sensors including the measured temperature which is the highest.

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Abstract

Une sonde de température à capteurs numériques répartis dans un tube flexible est divulguée. La sonde est dotée d'un embout fuselé à une extrémité du tube de manière à faciliter son insertion dans un conduit souterrain afin de mesurer une température d'une torsade de câbles d'une ligne électrique en opération dans le conduit ne laissant qu'un espace restreint entre la torsade de câbles et une surface interne du conduit. Un nombre et une répartition des capteurs sont en fonction d'un pas linéaire entre deux crêtes longitudinales de la torsade de câbles. Un système de télémesure et une méthode de mesure de température utilisant la sonde sont également divulgués.

Description

MESURE DE TEMPÉRATURE DE CÂBLES D'UNE LIGNE ÉLECTRIQUE DANS UN CONDUIT SOUTERRAIN
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention porte en général sur des lignes électriques dans des conduits souterrains, et plus particulièrement sur une sonde de température pour mesurer une température d'une torsade de câbles d'une ligne électrique dans un conduit souterrain ne laissant qu'un espace restreint entre la torsade de câbles et une surface interne du conduit. L'invention porte également sur un système de télémesure et une méthode de mesure de température utilisant la sonde de température.
CONTEXTE
La température maximale d'opération des câbles souterrains MT ("Moyenne Tension") et BT ("Basse Tension") est un facteur principal qui limite la capacité de transit d'une ou plusieurs lignes électriques souterraines. Un endroit où une température maximale des câbles peut être atteinte se trouve dans des conduits de massif souterrain. Des logiciels de simulation peuvent être utilisés par un projeteur (spécialiste en matière de transport et de distribution d'énergie électrique) pour estimer une température des câbles d'une ligne selon divers arrangements de câbles et leur position dans un massif, en tenant compte des charges historiques moyenne et maximale sur la ligne. Cependant, les simulations sont fondées sur une estimation imprécise de facteurs qui influencent grandement les résultats, par exemple une conductivité thermique du sol, un niveau de nappe phréatique, etc. Les simulations incluent généralement une marge de sécurité et sont donc conservatrices. Les résultats des simulations peuvent être ambigus, à savoir si des lignes chargées peuvent transporter plus de courant ou non. Une augmentation de charge à transiter et une impossibilité d'ajouter une nouvelle ligne dans un massif existant sont des éléments déclencheurs pour construire de nouveaux massifs. Or, cela implique généralement des coûts de plusieurs millions de dollars et des délais importants en termes d'années avant leur mise en service et exploitation.
Certaines techniques et certains dispositifs ont été proposés par le passé pour mesurer la température d'une ligne de transport d'électricité souterraine ou la température dans un conduit contenant un câble quelconque. Les demandes de brevets JP2001165781A (Hitachi Cable Ltd), JP2004251672A Hitachi Cable Ltd), JP2004264090A (Chugoku Electric Power Co Inc, Furukawa Electric Co Ltd), JP2007003516A (Tokyo Electric Power Co Inc), JP2010002281A (Kansai Electric Power Co Inc, J-Power Systems Corp), JPH03107735A, (Tokyo Electric Power Co Inc, Hitachi Cable Ltd, W02020052984A1 (ABB Schweiz Ag), et les brevets US6811307 (Draka Comteq BV), US6890095 (MAMAC Systems Inc), US8130101 (Lockheed Martin Corp), et US8775151 (SensorTran Inc) fournissent des exemples de techniques et dispositifs dans le domaine, même si en général peu de détails sur leur mise en oeuvre, conception ou réalisation pratique sont donnés.
Les techniques et dispositifs connus présentent plusieurs lacunes. Par exemple, l'utilisation souvent proposée d'une fibre optique comme capteur de température pour mesurer la température d'une ligne électrique implique des coûts élevés d'installation et d'équipement de mesure. De plus, une mesure de température et son emplacement le long de la fibre optique sont imprécis. Généralement, la méthode utilisée consiste à provoquer des collisions de photons qui créent une onde de choc acoustique qui fait vibrer la fibre. La fréquence de résonnance est fonction de la température et de la charge mécanique sur la fibre. Lors du positionnement de la fibre, une charge mécanique sur la fibre ne pourra être évitée. Ceci induira une erreur plus ou moins importante sur la mesure. Pour ce qui est de la précision sur la position, elle dépend de la précision sur la mesure du temps. Plus la mesure du temps est précise, plus l'équipement est sensible et dispendieux. Dans le cas d'un capteur analogique basé par exemple sur une thermistance ou un thermocouple, les champs magnétiques et électriques produits par une ligne électrique en opération sont hautement susceptibles d'altérer la mesure de température du capteur ou la transmission d'un signal de mesure produit par le capteur. Une sonde munie d'un seul capteur de température déplacé à différentes profondeurs d'un conduit près d'une ligne électrique ne permet qu'une seule mesure à un moment donné, nécessite une manipulation sur place qui peut s'avérer impossible à faire dans une structure inondable et en présence de contaminants ou détritus, et une précision de la mesure de température fournie par le capteur n'est aucunement assurée, car la distance entre le câble et le capteur est inconnue. La fabrication d'un câble ou la construction d'un conduit intégrant un ou des capteurs de température, avant installation ou exploitation, implique également des coûts importants et entraînent des contraintes d'installation et de maintenance, qui en plus peuvent compliquer les méthodes de travail des intervenants. Les méthodes nécessitant une prise de mesure dans un conduit vide adjacent à celui d'une ligne électrique ne sont pas utiles lorsqu'aucun conduit vide n'est disponible, et sont généralement moins précises en raison des paramètres variables supplémentaires dans le calcul de la température de la ligne contre celle dans le conduit vide. Enfin, les dispositifs connus ne sont pas adaptés pour être facilement insérés à une profondeur de plusieurs mètres dans un conduit souterrain logeant une ligne électrique qui n'est pas longitudinalement lisse, par exemple une ligne formée d'une torsade de câbles comme c'est généralement le cas pour des lignes MT et BT souterraines, en plus d'assurer un contact thermique avec l'isolant d'au moins un des câbles afin d'obtenir des mesures de température précises.
SOMMAIRE
Un objet de la présente invention est de proposer une sonde de température d'une torsade de câbles d'une ligne électrique en opération dans un conduit souterrain ne laissant qu'un espace restreint entre la torsade de câbles et une surface interne du conduit, qui est facile à insérer sur plusieurs mètres dans le conduit alors que les câbles sont sous tension (alimentés) et sous charge (transitent des courants), qui permet de mesurer la température en tout temps et simultanément à plusieurs profondeurs dans le conduit, qui est peu sensible à un champ magnétique ou électrique produit par les câbles, et qui permet de déterminer avec précision un profil de température des câbles et de leur âme dans le conduit.
Un objet subsidiaire de l'invention est de proposer une sonde de mesure de température qui permet de connaître une température précise en temps réel des câbles les plus sollicités de lignes électriques dans des conduits souterrains afin d'optimiser l'exploitation du réseau électrique souterrain à la limite d'une capacité thermique des câbles, et d'éviter ou pouvoir reporter à plus tard la construction de nouvelles lignes et structures conséquentes souterraines.
Un autre objet subsidiaire de l'invention est de proposer une sonde de température qui est robuste et qui peut être étanche afin d'être submersible en continu ou à l'occasion.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, il est proposé une sonde de température pour mesurer une température d'une torsade de câbles d'une ligne électrique en opération dans un conduit souterrain ne laissant qu'un espace restreint entre la torsade de câbles et une surface interne du conduit, la sonde de température comprenant: un tube flexible électriquement isolant, le tube flexible ayant des première et deuxième extrémités opposées et un diamètre extérieur inférieur audit espace restreint, la première extrémité étant destinée à être insérée dans le conduit depuis une ouverture du conduit jusqu'à une profondeur dans le conduit, la deuxième extrémité étant destinée à rester accessible près de l'ouverture du conduit lorsque la première extrémité est à ladite profondeur dans le conduit; un embout fuselé électriquement isolant fixé de manière étanche à la première extrémité du tube flexible et configuré pour faciliter une insertion du tube flexible dans l'espace restreint en longeant la torsade de câbles dans le conduit; un arrangement de capteurs numériques de température logés et répartis longitudinalement dans le tube flexible, un nombre et une répartition des capteurs numériques étant en fonction d'un pas linéaire entre deux crêtes longitudinales de la torsade de câbles; et un arrangement de connexion reliant les capteurs numériques, l'arrangement de connexion ayant un circuit d'alimentation électrique pour alimenter les capteurs numériques, et un circuit de communication sortant de la deuxième extrémité du tube flexible pour transmettre extérieurement des signaux numériques indicatifs des températures mesurées par les capteurs numériques.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, il est proposé un système de télémesure de température d'une section accessible d'une ligne électrique en opération dans un conduit souterrain, le système de télémesure comprenant: une sonde de température à capteurs numériques répartis dans un tube flexible longeant une longueur de la section de la ligne électrique dans le conduit souterrain; un arrangement d'alimentation connecté à une source d'alimentation électrique; et une unité d'acquisition ayant une entrée connectée à l'arrangement d'alimentation pour recevoir l'alimentation électrique, un port de connexion connecté à la sonde de température pour alimenter électriquement les capteurs numériques et recevoir des signaux numériques de températures mesurées par les capteurs numériques, et un dispositif de télécommunication configuré pour transmettre à un site distant du conduit souterrain des signaux de mesures de températures découlant des signaux numériques de températures reçus par l'unité d'acquisition.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, il est proposé une méthode pour mesurer une température d'une section accessible d'une ligne électrique en opération dans un conduit souterrain, la méthode comprenant les étapes de: insérer une sonde de température à capteurs numériques répartis dans un tube flexible de sorte que le tube flexible longe une longueur de la section de la ligne électrique dans le conduit souterrain; fournir un arrangement d'alimentation connecté à une source d'alimentation électrique; alimenter électriquement les capteurs numériques de la sonde de température par une unité d'acquisition recevant l'alimentation électrique de l'arrangement d'alimentation; recevoir, par l'unité d'acquisition, des signaux numériques de températures mesurées par les capteurs numériques; transmettre, par un dispositif de télécommunication, des signaux de mesures de températures découlant des signaux numériques de température reçus par l'unité d'acquisition; recevoir, à un site distant du conduit souterrain, les signaux de mesures de températures; et traiter, au site distant, les signaux numériques de températures de manière à déterminer une température de la ligne électrique basée sur au moins une des températures mesurées par les capteurs numériques incluant la température mesurée qui est la plus élevée.
DESCRIPTION BRÈVE DES DESSINS
Une description détaillée des réalisations préférées de l'invention sera donnée ci- après en référence avec les dessins suivants:
Fig. 1 est une vue de coupe schématique d'un massif souterrain montrant une sonde de température insérée dans un conduit d'une ligne électrique, une unité d'acquisition connectée à la sonde, et un système de télécommunication de données produites par l'unité d'acquisition, selon une réalisation de l'invention. Fig. 2 est une vue schématique d'une sonde de mesure de température selon une réalisation de l'invention.
Fig. 3 est une vue de coupe schématique d'une sonde de mesure de température selon une réalisation de l'invention.
Fig. 4 est une vue schématique partielle d'un arrangement de connexion d'un capteur numérique de température dans la sonde de température selon une réalisation de l'invention.
Fig. 5 est une vue de coupe schématique d'une sonde de température selon une autre réalisation de l'invention.
Fig. 6A, 6B et 6C sont des vues schématiques en perspective et de côté d'un embout fuselé d'une sonde de température selon une réalisation de l'invention.
Fig. 6D est une vue schématique illustrant une forme d'un embout fuselé d'une sonde de température selon une réalisation de l'invention.
Fig. 7 est une coupe schématique longitudinale d'une sonde de température longeant une ligne MT dans un conduit selon une réalisation de l'invention.
Fig. 8 est une coupe schématique transversale d'une sonde de température d'une ligne MT dans un conduit selon une réalisation de l'invention.
Fig. 9 est un graphique illustrant un profil de mesures de température prises par une sonde de température selon l'invention. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES RÉALISATIONS PRÉFÉRÉES
Dans la présente divulgation, à moins d'indications contraires ou que le contexte implique une interprétation différente, l'expression "correspondant à" ou "correspondant au" doit être comprise de manière qu'une correspondance substantielle, avec un certain jeu, est possible. De même, le déterminant "un/une" ne doit pas être interprété de manière limitative si le contexte le permet, de façon à pouvoir signifier "au moins un/une" ou "un/une ou plus".
En référence à la Figure 1 , une sonde de température 2 en position opérationnelle selon l'invention est illustrée. La sonde de température 2 est conçue pour mesurer une température d'une torsade 4 de câbles 5 (illustrée e.g. à la Figure 7) d'une ligne électrique 6 en opération dans un conduit 8 souterrain ne laissant qu'un espace restreint 12 (illustré e.g. à la Figure 8) entre la torsade 4 de câbles 5 et une surface interne 14 du conduit 8. Le conduit 8 peut être un conduit de massif souterrain 10 qui est généralement en béton et est raccordé à une chambre 16 avec puits d'accès 18 en surface ou accessible autrement, permettant d'accéder à la ligne 6 ou plus généralement un ensemble de lignes électriques souterraines, en particulier des lignes d'un réseau de distribution souterrain MT ou BT (et d'autres équipements qui peuvent se trouver dans la chambre 16). Une telle chambre 16 est notamment utilisée pour faire des raccordements (joints ou embranchements) entre plusieurs sections de câbles souterrains. La température dans un conduit souterrain 8 d'un massif 10 est habituellement stable au-delà de 3 à 4 m de profondeur dans le conduit 8 et n'est plus affectée par la température de la structure souterraine formant la chambre 16. La configuration et les propriétés thermiques du sol sont généralement homogènes sur la longueur du massif 10.
En référence à la Figure 2, la sonde de température 2 comporte un tube flexible 20 électriquement isolant. Le tube flexible 20 a des première et deuxième extrémités 22, 24 opposées et un diamètre extérieur inférieur à l'espace restreint 12 (illustré e.g. à la Figure 8).
En référence à nouveau à la Figure 1 , la première extrémité 22 est destinée à être insérée dans le conduit 8 depuis une ouverture 26 du conduit 8 jusqu'à une profondeur 28 dans le conduit 8. La deuxième extrémité 24 est destinée à rester accessible près de l'ouverture 26 du conduit 8 lorsque la première extrémité 22 est à la profondeur 28 dans le conduit 8.
En référence à nouveau à la Figure 2, la sonde de température 2 comporte un embout fuselé 30 électriquement isolant fixé de manière étanche à la première extrémité 22 du tube flexible 20 et configuré pour faciliter une insertion du tube flexible 20 dans l'espace restreint 12 en longeant la torsade 4 de câbles 5 dans le conduit 8, comme illustrés e.g. à la Figure 7.
Selon un mode de réalisation, le tube flexible 20 et l'embout fuselé 30 sont faits de matériaux supportant une température d'au moins 125°C sans altérations de forme et de propriétés physiques. Des matériaux appropriés sont du PVDF (polyfluorure de vinylidène) ou du PTFE (polytétrafluoroéthylène) qui permettent de répondre à des propriétés d'isolation électrique, de rigidité suffisante à basse et haute température, et de coefficient de frottement minime pour faciliter l'insertion de la sonde de température 2 dans le conduit 8 de massif 10 (illustrés e.g. à la Figure 1 ). De tels matériaux présentent une faible inertie thermique qui permet de suivre rapidement la température locale lors d'une variation rapide du milieu immédiat, et une résistance à des produits chimiques et ne se dégradent donc pas au contact d'huiles ou de sel de déglaçage pouvant être présent dans la chambre 16 ou le conduit 8 (illustrés e.g. à la Figure 1 ). D'autres matériaux peuvent convenir, notamment s'ils sont électriquement isolants et présentent des caractéristiques de flexibilité et/ou semi-rigidité permettant au tube flexible 20 de se faufiler dans l'espace restreint 12 tout en évitant qu'il se bourre lors de sa mise en place dans le conduit 8 (illustré e.g. à la Figure 1 ). Un adhésif à base de silicone peut être utilisé entre le tube flexible 20 et l'embout fuselé 30 pour assurer l'étanchéité. Un tube en PVDF semi-transparent convient particulièrement pour former le tube flexible 20.
En référence aux Figures 6A, 6B et 6C, selon un mode de réalisation, l'embout fuselé 30 a une base 42 ayant un diamètre correspondant au diamètre extérieur du tube flexible 20 (illustré e.g. à la Figure 3) de sorte que la base 42 de l'embout fuselé et la première extrémité 22 (illustrée e.g. à la Figure 3) du tube flexible 20 présentent une interface externe lisse lorsque l'embout fuselé 30 est en position de fixation étanche avec la première extrémité 22 du tube flexible 20. Selon un mode de réalisation, l'embout fuselé 30 a une pointe arrondie 52 sur un côté opposé à la base 42, et un pourtour 54 parabolique s'étendant entre la pointe arrondie 52 et la base 42. L'embout fuselé 30 peut présenter un élément de fixation 46 se projetant de la base 42 et s'insérant dans un trou axial 48 à la première extrémité 22 du tube flexible 20 (illustrés e.g. à la Figure 3) pour fixer l'embout fuselé 30 de manière étanche au tube flexible 20. L'élément de fixation 46 et le trou axial 48 peuvent avantageusement comporter des filets complémentaires de sorte que l'embout fuselé 30 se visse à la première extrémité 22 du tube flexible 20. Les filets complémentaires peuvent être définis selon la norme américaine NPT ("National Pipe Thread") pour assurer l'étanchéité de la fixation. D'autres arrangements de fixation peuvent être utilisés pour fixer l'embout fuselé 30 à la première extrémité 22 du tube flexible 20, de façon que l'embout fuselé 30 soit détachable ou non du tube flexible 20.
En référence à la Figure 6D, la forme de l'embout fuselé 30 peut être caractérisée par une longueur L, un diamètre D, dont sa surface extérieure 54 est engendrée par révolution autour d'un axe central 94 de l'embout fuselé 30. La surface extérieure 54 passe par un sommet 96 de l'embout situé sur l'axe central 94 à une distance L d'un centre 98 de la base 42 de l'embout fuselé 30, et dont chaque point 100, 102 en x 104 sur la surface extérieure 54 s'éloignant du sommet 96 vers la base 42 sur une circonférence de la base 42 de l'embout fuselé 30 présente une pente (dérivée de la courbe de la surface 54) de plus en plus négative, partant d'une pente nulle au sommet 96 vers une pente qui tend idéalement vers l'infini négatif à la base 42 de l'embout fuselé 30 pour une continuité de forme avec le tube flexible 20 (illustré e.g. à la Figure 2) préférablement également de diamètre D. Des dimensions typiques, mais non limitatives de l'embout fuselé 30 sont une longueur L de 30 mm et un diamètre D de 15.88 mm, sous un profil de courbe de la surface 54 pouvant être considérée comme parabolique.
En référence à la Figure 3, la sonde de température 2 comporte un arrangement de capteurs numériques de température 50 logés et répartis longitudinalement dans le tube flexible 20. Un nombre et une répartition des capteurs numériques de température 50 sont en fonction d'un pas linéaire 33 entre deux crêtes 34 longitudinales de la torsade 4 de câbles 5 comme illustrés à la Figure 7. Un modèle de capteur numérique convenant particulièrement à la sonde de température 2 est le capteur TMP107 fabriqué par la compagnie Texas Instruments. Une chaîne comprenant jusqu'à 32 capteurs raccordés en cascade, adressables individuellement, pouvant communiquer sur une distance de 300 m, peut être formée avec un tel modèle de capteur. De plus, ce modèle de capteur a une faible consommation de puissance et peut être alimenté seulement lors d'une lecture de température. Une communication sur un lien série de type 1-Wire allant de 4,8 kbauds à 115,4 kbauds permet d'interfacer ce type de capteur à l'aide d'un contrôleur UART ("Universal Asynchronous Receiver Transmitter") et d'une sortie en collecteur ouvert avec 3 fils seulement. L'utilisation de capteurs numériques 50 permet une lecture et conversion numérique des données aux points de lecture, ce qui évite de transmettre des signaux analogiques sur plusieurs mètres dans un environnement électromagnétique bruité. D'autres modèles de capteurs peuvent aussi convenir, comme le capteur LMT01-LR également fabriqué par Texas Instruments. Des capteurs numériques comme le TMP107 et le LMT01-LR sont peu affectés par de forts courants générant des champs magnétiques ou électriques et peuvent donc être installés à portée de câbles MT qui peuvent transporter des centaines voire des milliers d'ampères sans être perturbés par le champ magnétique de ceux-ci.
En référence à la Figure 4, un arrangement de connexion 36 est connecté aux capteurs numériques 50. L'arrangement de connexion 36 a un circuit d'alimentation électrique 38 pour alimenter les capteurs numériques 50, et un circuit de communication 40 sortant de la deuxième extrémité 24 du tube flexible 20 (illustrés e.g. à la Figure 3) pour transmettre extérieurement des signaux numériques indicatifs des températures mesurées par les capteurs numériques 50. Les circuits d'alimentation électrique 38 et de communication 40 de l'arrangement de connexion 36 peuvent être avantageusement réalisés par des conducteurs torsadés avec blindage entre les capteurs numériques 50 pour une immunité à des champs magnétique et électrique. Selon la marque et le modèle, les capteurs numériques 50 peuvent être opérationnellement connectés en cascade les uns aux autres par l'arrangement de connexion 36.
En référence à nouveau à la Figure 3, selon un mode de réalisation, l'arrangement de capteurs numériques 50 comporte des cartes de circuit imprimé 54 sur lesquelles les capteurs numériques 50 sont respectivement montés et sont opérationnellement connectés. Les cartes de circuit imprimé 54 ont des dimensions laissant un jeu par rapport à un diamètre interne du tube flexible 20 tout en supportant les capteurs numériques 50 à ou près d'un centre axial du tube flexible 20 par contact avec une surface interne du tube flexible 20 comme illustré à la Figure 8. Des filtres d'alimentation et de conditionnement de signal 94 formés e.g. par des condensateurs et résistances peuvent être montés sur les cartes de circuit imprimé 54. Un alignement des condensateurs et résistances le long des cartes de circuit imprimé 54 peut être avantageux pour diminuer un stress physique appliqué sur ces composantes. Un dépassement du cuivre du masque de soudure des empreintes des composantes peut permettre d'assurer que le cuivre ne décolle pas d'une couche isolante intérieure des cartes de circuit imprimé 54 (habituellement en polyimide). En référence à la Figure 5, selon un mode de réalisation, les cartes de circuit imprimé 54 peuvent avantageusement être des cartes flexibles disposées bout à bout en étant par exemple soudées les unes aux autres de manière à former une bande continue de circuits imprimés 56 s'étendant sur une longueur excédant une distance entre un premier et un dernier des capteurs numériques 50, simplifiant un positionnement précis des capteurs numériques 50 dans le tube flexible 20 le long de la sonde de température 2 (illustrés e.g. à la Figure 3). Les circuits d'alimentation électrique 38 et de communication 40 de l'arrangement de connexion 36 peuvent alors être réalisés par des circuits 58 formés sur (e.g. sous) et interconnectés entre les cartes de circuit imprimé 54 par des contacts d'extrémité de carte ("fingers") (non illustrés). Les conducteurs de masse des circuits d'alimentation 38 et de communication 40 peuvent avoir une forme torsadée entre les capteurs numériques 50 pour diminuer une influence d'un champ magnétique tout en évitant autant que possible qu'une surface de cuivre n'affecte une flexibilité de la bande de circuit imprimé 56 entre les capteurs numériques 50 ou agisse comme pont thermique. Les cartes de circuit imprimé peuvent également être formées par une seule et même carte flexible allongée de circuit imprimé.
En référence à nouveau à la Figure 3, selon un mode de réalisation, la sonde de température 2 comporte de plus un embout de sortie 60 fixé de manière étanche à la deuxième extrémité 24 du tube flexible 20 de sorte que la sonde de température 2 soit submersible. Le circuit d'alimentation électrique 38 et le circuit de communication 40 traversent alors de manière étanche l'embout de sortie 60. L'embout de sortie 60 peut avantageusement être formé par un presse-étoupe et du silicone pour former un joint étanche avec un câble 106 contenant les conducteurs des circuits 38 et 40 (e.g. alimentation, masse-alimentation, communication+, masse communication-). Le câble 106 peut avantageusement être doté d'un connecteur 108 (illustré à la Figure 2) comme un connecteur étanche à baïonnette anticorrosion qui peut être immergé jusqu'à une profondeur de 1 bar (10.1 m). Le joint étanche peut servir à fixer les positions des circuits d'alimentation électrique 38 et de communication 40 dans le tube flexible 20 et permettre de contrôler une position de l'ensemble des capteurs numériques 50 à l'intérieur du tube flexible 20. Comme les circuits 38, 40 et les capteurs numériques 50 ne sont pas fixés à la paroi intérieure du tube flexible 20, il n'y a pas de contraintes mécaniques sur ceux-ci et une flexibilité sur toute la longueur du tube flexible 20 n'est pas entravée. Le tube flexible 20 peut être rempli d'un composant propice à un transfert thermique qui n'augmente pas significativement une masse thermique autour des capteurs numériques 50 ni leur temps de réaction lors d'un changement de température de la ligne 6 ou du milieu ambiant dans le conduit 8 (illustrés e.g. à la Figure 1 ). Les circuits d'alimentation 38 et de communication 40 peuvent être avantageusement enduits d'une couche protectrice ("conformal coating") pour les protéger contre une possible condensation d'humidité emprisonnée dans la sonde de température 2 lors de son assemblage. Le câble 106 peut contenir un blindage métallique en aluminium ou cuivre pour une protection contre un champ électrique et à des décharges électrostatiques, et sa gaine peut être en FEP (Fluore- Éthylène-Propylène) ou E-CTFE (Éthylène-Chlorotrifluoroéthylène) pour une protection contre les huiles, l'eau et les rayons UV. Un câble en FEP, pouvant faire circuler un signal e.g. de 88 kHz, convient particulièrement pour former le câble 106.
En référence à nouveau à la Figure 8, le conduit 8 n'est pas nécessairement rectiligne sur toute sa longueur (comme illustré e.g. à la Figure 1 ) et la torsade 4 repose dans le conduit 8 en prenant une courbure minimale à chaque changement de direction du conduit 8. Pour tenir compte de restrictions causées par la présence potentielle de débris ou changements de direction du conduit 8, la sonde de température 2 doit en pareil cas pouvoir se faufiler dans l'espace 12 d'une zone 88 délimitée par la torsade 4, ainsi que dans des espaces libres 86 comme illustré par exemple par une position possible de la sonde de température 2'. Ces espaces 12, 86 déterminent un diamètre maximal du tube flexible 20 de la sonde de température 2. À titre d'exemple, pour un conduit 8 ayant un diamètre intérieur de 11.43 cm (4.5 po), alors un diamètre extérieur du tube flexible peut être de 1 .59 cm (0.625 po). Selon un mode de réalisation possible, une rigidité du ou des matériaux utilisés pour le tube flexible 20 doit être suffisamment élevée pour éviter un bourrage et une déformation de la sonde de température 2 durant son insertion dans le conduit 8. Un rayon de courbure du tube flexible 20 doit pouvoir être supérieur à des rayons de courbure intérieurs du conduit 8 et inférieur à des rayons de courbure de coudes dans le conduit 8. Le tube flexible 20 ne doit pas s'écraser sous une pression d'un liquide pouvant se trouver dans le conduit 8 et la chambre 16 (illustrée à la Figure 1 ). Des conduits 8 de massif 10 peuvent être enfouis jusqu'à 5 m de profondeur et la chambre 16 (tous illustrés e.g. à la Figure 1 ) peut être inondée jusqu'au niveau du sol de manière à exercer une pression de 7.3 psi. Un tube flexible 20 fait par exemple en PTFE présente une dureté "Durometer" de 75D, un rayon de courbure de 6.35 cm (2.5 po) et est résistant à une pression de 140 psi. Une épaisseur du tube flexible 20 peut aussi être considérée pour convenir aux caractéristiques requises, selon le ou les matériaux le constituant.
En référence à nouveau à la Figure 1 , la sonde de température 2 selon l'invention peut avantageusement s'intégrer à un système de télémesure 62 de température d'une section accessible de la ligne électrique 6 en opération dans le conduit 8 de massif souterrain 10. Dans le cas illustré à la Figure 1 , la deuxième extrémité 24 de la sonde de température 2 sort hors du conduit 8 d'une distance L0 (e.g. 15 cm) de manière à pouvoir manipuler la sonde de température 2 une fois insérée dans le conduit 8. L1 représente une distance à partir de laquelle une température au point d'insertion de la sonde de température 2, comme la température à l'ouverture 26 du conduit 8, n'affecte plus la température dans le conduit 8 et à partir de laquelle le conduit 8 est exposé à un milieu stable et représente la pire condition d'exploitation de la ligne 6. Un massif 10 est habituellement enfoui à environ 0.75 m dans le sol. L2 représente un intervalle minimal/optimal pour une prise des mesures de température dans le conduit 8. L2 représente aussi une longueur de la sonde de température 2 où les capteurs numériques 50 peuvent être répartis dans le tube flexible 20 (illustré e.g. à la Figure 2) longeant une longueur de la section de la ligne électrique 6 dans le conduit 8. L2 peut correspondre à environ 1 .5 fois la distance 33 entre deux crêtes 34 longitudinales de la torsade 4 de câbles 5 comme illustrés à la Figure 7, par exemple environ 0.9 m pour une torsade de câbles MT typique. L3 représente une longueur de la sonde de température 2 pouvant être sans capteurs, terminée par l'embout fuselé 30 (illustré e.g. à la Figure 2). La longueur L3 peut servir à stabiliser la portion L2 de la sonde de température 2 dans le conduit 8.
Le système de télémesure 62 comporte un arrangement d'alimentation 65 connecté à une source d'alimentation électrique comme, par exemple, la ligne électrique 6 elle- même. Dans ce cas, l'arrangement d'alimentation 65 peut comporter un coupleur (ou convertisseur) 64 configuré pour générer l'alimentation électrique depuis la ligne électrique 6. Le coupleur 64 peut être de type inductif, ou encore être de type capacitif. L'alimentation électrique peut aussi provenir d'une autre source, comme une source d'alimentation basse tension classique (non illustrée) si présente, ou encore d'un accumulateur électrique (batterie, supercondensateur, condensateur, etc.) (non illustré) ayant une capacité suffisante pour l'application visée.
Une unité d'acquisition 66 est installée dans la chambre 16. L'unité d'acquisition 66 a une entrée 68 connectée au coupleur inductif 64 pour recevoir l'alimentation électrique, un port de connexion 70 connecté à la sonde de température 2 pour alimenter électriquement les capteurs numériques 50 et recevoir les signaux numériques de températures mesurées par les capteurs numériques 50, et un dispositif de télécommunication 72 configuré pour transmettre à un site 74 distant du conduit 8 de massif souterrain 10 des signaux de mesures de températures découlant des signaux numériques de températures reçus par l'unité d'acquisition 66. La transmission des signaux peut se faire par exemple via un réseau sans fil 78 ou autrement. Dans le cas d'un réseau sans fil 78 comme un réseau cellulaire, le système selon l'invention peut avantageusement utiliser un système de télécommunication sans fil comme celui divulgué dans le brevet US 11171402 (Riendeau et al.), dont l'intégralité est incorporée ici par référence. L'unité d'acquisition 66 peut comporter un microcontrôleur 80 configuré pour prendre des lectures de tous les capteurs numériques 50 à intervalle fixe, par exemple une minute. L'intervalle entre les lectures peut être déterminé selon des variations attendues de la charge, de la masse thermique de la ligne 6, et ajusté selon la quantité d'énergie disponible pour alimenter le système. L'intervalle peut aussi être déterminé selon un historique de variations des mesures de température ou par simulation en tenant compte des masses thermiques et des variations maximales de la charge de la ligne 6. L'intervalle entre les lectures peut aussi être ajusté dynamiquement selon une variation de charge de la ligne 6 pouvant être mesurée localement, par exemple par le coupleur inductif 64.
En référence à la Figure 9, un exemple d'affichage de températures 90 mesurées par les capteurs numériques 50 de la sonde de température 2 (illustrés e.g. à la Figure 1 ) est illustré. Dans l'exemple, les capteurs numériques sont distancés de 2.5 cm les uns des autres, allant de 5 m (mesure à gauche) à 4.3 m (mesure à droite) de profondeurs dans le conduit 8 (illustré e.g. à la Figure 1 ). Une température maximale 92 par exemple de 35.04°C est mesurée par le capteur numérique 50 situé à une profondeur de 4.8 m dans le conduit 8 (illustré e.g. à la Figure 1 ).
En référence à nouveau à la Figure 1 , selon un mode de réalisation, un capteur 76 de température ambiante du massif souterrain 10 est connecté à l'unité d'acquisition 66. L'unité d'acquisition 66 est configurée pour transmettre au site distant 74, via le dispositif de télécommunication 72, un signal de mesure de température indicatif de la température ambiante mesurée par le capteur 76. Le capteur 76 peut être installé dans la chambre 16, inséré dans le sol ou le massif 10 à proximité de la chambre 16, ou inséré dans un conduit 8 libre du massif 10. Le capteur 76 peut être réalisé par une sonde de température selon l'invention, en particulier pour une insertion dans le sol de manière à pouvoir fournir des mesures de température à différentes profondeurs d'insertion dans le sol. L'unité d'acquisition 66 ou la sonde de température 2 peut être configurée pour prétraiter les signaux numériques de températures avant transmission des signaux de mesures de températures par le dispositif de télécommunication 72. Dans le cas de la sonde de température 2, un prétraitement des signaux numériques peut être réalisé à même les capteurs numériques 50 ou par un circuit de prétraitement (non illustré) disposé par exemple dans le tube flexible 20 près de la deuxième extrémité 24. Dans le cas de l'unité d'acquisition 66, un prétraitement des signaux peut être réalisé par le microcontrôleur 80 qui peut être aussi utilisé pour contrôler diverses fonctions de l'unité d'acquisition 66. Le microcontrôleur 80 peut être configuré par exemple pour que toutes les lectures des capteurs numériques 50 soient transmises pour un traitement à distance, ou seulement un sous-ensemble de lectures ou de valeurs traitées (e.g. minimum et maximum). Une valeur moyenne et un écart-type des mesures peuvent aussi être transmis. En plus d'une valeur de température, une donnée de position du capteur numérique 50 dans la chaîne peut aussi être utilisée lors du traitement local par l'unité d'acquisition 66 ou à distance 74.
Selon un mode de réalisation, l'unité d'acquisition 66 a plusieurs ports de connexion 70 de sorte que d'autres lignes électriques 6 dans d'autres conduits 8 et autant de sondes de température 2 peuvent être gérées par l'unité d'acquisition 66 du système de télémesure 62.
Selon un mode de réalisation, la mise en place et la mise en fonction de l'invention peuvent se faire comme suit. La sonde de température 2 à capteurs numériques 50 répartis dans le tube flexible 20 (illustré e.g. à la Figure 2) est insérée de sorte que le tube flexible 20 longe une longueur (e.g. L2) d'une section accessible de la ligne électrique 6 dans le conduit 8 de massif souterrain 10. L'alimentation électrique pour le fonctionnement du système est fournie par l'arrangement d'alimentation 65 connecté à la source d'alimentation électrique, e.g. la ligne électrique 6 via le coupleur 64 (ou sinon une autre source d'alimentation si requis). Les capteurs numériques 50 de la sonde de température 2 sont alimentés électriquement par l'unité d'acquisition 66 recevant l'alimentation électrique de l'arrangement d'alimentation 65. L'unité d'acquisition 66 reçoit les signaux numériques de températures mesurées par les capteurs numériques 50. Des signaux de mesures de températures découlant des signaux numériques de température reçus par l'unité d'acquisition 66 sont transmis par le dispositif de télécommunication 72 pour être reçus et traités au site 74 distant du conduit 8 de massif souterrain 10 de manière à déterminer la température de la ligne électrique 6 selon une des températures mesurées par les capteurs numériques 50 qui est la plus élevée.
En référence à nouveau à la Figure 8, une source principale de chaleur dans le conduit 8 provient des pertes RI2 des conducteurs / âmes 82 des câbles 5 de la torsade 4. La température la plus élevée se trouve à la surface de chaque âme 82. C'est à cet endroit que l'isolant diélectrique 84 est exposé à la température la plus élevée. La température de l'isolant diélectrique 84 de chaque câble 5 ne doit pas excéder les limites d'opérations afin d'éviter de détériorer ses propriétés mécaniques et isolantes. Une torsade 4 de câbles 5 d'un circuit triphasé est composée de 3 câbles 5 identiques en contact (torsadé) sur leur longueur. Le courant de charge de chaque câble 5 d'un circuit triphasé est normalement équilibré (identique). Un débalancement de charge entre les câbles 5 étant alors non significatif, il est donc possible de considérer que la température de l'âme 82 de chaque câble 5 est très similaire. Il suffit donc d'évaluer la température de l'âme 82 d'un seul câble 5.
Un traitement des signaux peut ainsi avantageusement inclure une estimation d'une température TAme de l'âme 82 d'un câble 5 de la ligne électrique 6 (illustrée e.g. à la Figure 1 ). L'estimation de la température TAme peut être déterminée par différents modes de traitement.
En exploitation, il peut être difficile d'estimer la température TAme uniquement à partir du courant de charge et de la géométrie du massif 10 sans faire des approximations importantes sur les propriétés thermiques du sol environnant et du niveau de la nappe phréatique qui varie selon différents facteurs environnementaux. Les programmes de simulation utilisent des coefficients avec des marges de sécurité importantes qui ne tiennent pas compte des particularités de chaque installation, d'où l'intérêt de mesures en continu pour optimiser la capacité de transit des câbles 5.
La profondeur d'insertion de la sonde de température 2 dans le massif 10 à partir de laquelle la température dans la chambre 16 (illustrée e.g. à la Figure 1 ) n'a vraisemblablement plus d'influence ou n'est plus un facteur dominant sur la température à l'intérieur du conduit 8 peut être d'environ 3.5 m. Au-delà de cette profondeur, la profondeur d'insertion de la sonde de température 2 n'est plus un facteur dominant en comparaison aux distances entre les capteurs numériques 50 et la torsade 4 de câbles 5. Une des difficultés que l'invention résout est de mesurer une température à la surface d'un câble 5 à une telle profondeur dans un conduit 8 en présence d'une torsade 4 de câbles 5 en opération (sous charge). La distance entre un capteur numérique 50 et la surface du câble 5 introduit une résistance thermique proportionnelle à cette distance. Pour une distance donnée, la résistance thermique entre le capteur numérique 50 et la surface du câble 5 peut varier selon un médium présent dans le conduit 8, par exemple de l'air ou un liquide comme de l'eau. La résistance thermique pour de l'air est de l'ordre de 41.7 K m/W alors que celle pour de l'eau est de l'ordre de 1 .7 K m/W. Une chaîne de capteurs numériques 50 espacés uniformément ou non et en nombre suffisant dans la sonde de température 2 permet d'obtenir au moins une lecture de température à une distance minimale de la surface d'un câble 5.
Un contact physique entre la sonde de température 2 et un des câbles 5 de la torsade 4, où se situe un des capteurs numériques 50, autour de la profondeur 28, est susceptible de fournir le meilleur résultat. Le Tableau 1 qui suit donne un exemple de pas linéaires (ou "période") 33 entre deux crêtes 34 longitudinales (illustrés à la Figure 7) d'une torsade 4 de câbles 5 selon différents modèles de câbles MT souterrains courants.
Tableau 1
Modèle de câble Pas linéaire de la torsade
750 MCM 60 cm
500 MCM 50 cm
500 MCM gainé 56 cm
350 MCM cuivre 40 cm 3/0 AWG 40 cm 3/0 AWG gainé 55 cm
Selon un mode de réalisation adapté, le tube flexible 20 a une longueur minimale définie par une première section (L1 illustrée à la Figure 1 ) du tube flexible 20 correspondant à une profondeur dans le conduit 8 à partir de laquelle une température près de l'ouverture 26 du conduit 8 n'a plus d'effet sur une température dans le conduit 8, plus une deuxième section (L2 illustrée à la Figure 1 ) du tube flexible 20 correspondant à une fois et demie le pas linéaire 33 (illustré à la Figure 7). Les capteurs numériques 50 sont répartis dans la deuxième section du tube flexible 20. Le nombre et la répartition des capteurs numériques 50 sont définis par un espacement entre chaque capteur numérique 50 dans la deuxième section du tube flexible 20. L'espacement entre chaque capteur numérique 50 peut varier si voulu.
En considérant d'une part une sonde de température 2 juxtaposée à une torsade 4 de câbles 5 MT triphasés, qui entre périodiquement en contact avec la torsade 4 à un intervalle variant entre 40 cm et 60 cm (selon les spécifications des câbles 5), et d'autre part une résolution et une précision des capteurs numériques 50 ainsi qu'une précision de mesure désirée, alors un mode privilégié consiste en une utilisation minimale de 10 capteurs numériques 50 espacés de 10 cm les uns des autres. Les capteurs numériques 50 sont ainsi répartis sur une période et demie de la torsade 4 entre 3.5 mètres et 4.4 mètres de profondeur d'insertion dans le massif 10. Ce mode de réalisation permet de garantir un écart relatif entre une mesure de température et celle à la surface d'un câble 5 inférieur à 0.2°C, soit un écart inférieur à une précision des capteurs numériques 50 dans le cas où des capteurs TMP107 sont utilisés et dont la précision est de ±0.4°C sur leur plage d'opération pour une résolution de ±0.015°C.
Selon un mode de traitement #1 , en régime permanent, soit dans des conditions stables de la charge et du milieu environnant, la température TÂme peut être estimée par l'équation
TÂme = TAmbiant + Ksurface ( Tsurface ~ TAmbiant) où TAmbiant est une température mesurée par le capteur 76 de température disposé dans un milieu avoisinant le conduit 8 du massif souterrain 10, et Ksurface est un coefficient prédéterminé de variation de température TAme de l'âme 82 d'un câble 5 par rapport à une température Tsurface à une surface du câble 5 telle que mesurée par la sonde de température 2. La valeur de Ksurface peut être déterminée par éléments finis à partir d'une géométrie de la torsade 4 dans le conduit 8 et des propriétés thermiques des matériaux des câbles 5. Cette valeur peut aussi être déterminée autrement comme par des essais en laboratoire. Une valeur de Ksurface pour des câbles MT souterrains typiques est par exemple de 1.147. Comme le capteur numérique 50 de la sonde de température 2 qui est le plus près d'un des câbles 5 de la torsade fournira une lecture de température la plus élevée, dans le cas le plus simple, c'est cette température qui est utilisée pour Tsurface. Dans ce mode de traitement, la distance entre le capteur numérique 50 mesurant la température la plus élevée et la surface du câble 5 ainsi que la résistance thermique équivalente sont considérées comme négligeables.
Selon un mode de traitement #2, en supposant que la sonde de température 2 est rectiligne et qu'elle est en contact avec la torsade 4 à chaque crête 34 comme illustrée à la Figure 7, la température maximale mesurée par un des capteurs numériques 50 correspond à une distance minimale dmin entre le capteur numérique 50 en question et la surface d'un des câbles 5 (e.g. à un point de contact de la sonde de température 2 avec la torsade 4) alors que la température minimale mesurée par un des capteurs numériques 50 correspond à une distance maximale dmax entre le capteur numérique 50 en question et la surface d'un des câbles 5. Une amélioration possible pour estimer TAme consiste à utiliser l'écart entre les températures minimale et maximale et les distances minimales dmin et maximale dmax (valeurs connues par géométrie), selon l'équation
TAme = TAmbiant + Kd (Td ~ TAmbiant) où Kd est un coefficient déterminé en fonction de la géométrie de la torsade 4, et Td est l'écart entre les températures maximale et minimale mesurées par les capteurs numériques 50. Le coefficient Kd applicable peut être déterminé par éléments finis pour dmin d < dmax. À partir de deux lectures de températures 7 et 7} prises à des distances capteur-surface d'un câble 5 où i et j sont connues et pour lesquels les coefficients Ki et Kj ont été évalués (e.g. par éléments finis) selon un milieu anticipé entre le capteur 50 et la surface du câble 5, il est possible d'estimer TAmbiant et TAme comme suit:
Figure imgf000025_0001
avec / et j correspondant aux distances dmin et dmax et aux températures 7} et 7 obtenues par les lectures des capteurs numériques 50 dans la sonde de température 2.
Selon un mode de traitement #3, avec deux lectures de températures minimales ou maximales et une température minimale ou maximale réciproque, et connaissant les distances linéaires dans le conduit 8 entre les capteurs numériques 50, il est possible de corriger une déviation du tube flexible 30 de la sonde de température 2 ou de la torsade 4 dans le conduit 8 (distance capteur-surface) en faisant une relation entre une distance linéaire correspondant aux lectures minimales, maximales et/ou maximale-minimale et une distance attendue entre deux crêtes 34 de la torsade 4 de câbles 5 (illustrés e.g. à la Figure 7). Les facteurs K correspondant à une forme de la sonde de température 2 (distances capteur-surface corrigées) peuvent alors être utilisés pour appliquer le mode de traitement #2.
Selon un mode de traitement #4, les lectures de températures de la sonde de température 2 peuvent être interpolées pour recalculer les valeurs minimum et maximum ainsi que leurs positions pour ensuite appliquer les modes de traitement #1 , #2 ou #3.
Selon un mode de traitement #5, une lecture de la variation de la charge sur la ligne 6 (illustrée e.g. à la Figure 1 ) combinée avec une mesure simultanée d'un seul capteur numérique 50 dans le conduit 8 et de la température ambiante peuvent être utilisées pour calculer la résistance thermique entre le capteur numérique 50 en question et la surface du câble 5 correspondant (Rcapteur-surface) et le coefficient K selon
Figure imgf000026_0001
où | — | représente une dérivée de la charge par rapport à une température [ dT ) mesurée par un capteur numérique 50 et où le coefficient KT peut être évalué par exemple par éléments finis.
Selon un mode de traitement #6, une mesure de la charge sur la ligne 6, réalisée dans la chambre 16 e.g. par l'unité d'acquisition 66 au moyen du coupleur 64 ou autre capteur de courant (non illustré), ou encore ailleurs sur le parcours de la ligne 6 et rapporté au site distant 74, combinée avec des mesures simultanées de deux capteurs numériques 50 dans le conduit 8 et de la temperature ambiante peuvent être utilisées pour recalculer les résistances thermiques (Ri-surface) et les coefficients
K,
Selon un mode de traitement #7, le coefficient K recalculé selon les modes #5 ou #6 peut être utilisé pour déterminer s'il y a présence ou non de liquide dans le conduit 8 (Kair S K liquide)-
En référence à nouveau à la Figure 1 , l'invention peut présenter diverses autres caractéristiques. Par exemple, des informations d'identification de la sonde de température 2 peuvent être stockées dans la sonde de température 2 et interrogées par l'unité d'acquisition 66. Ces informations peuvent inclure des informations de manufacturier, numéro de modèle, numéro de série, position de chaque capteur numérique 50 dans le conduit 8. Ces informations peuvent être stockées dans les capteurs numériques 50 (e.g. espace mémoire non volatile intégrée), dans le connecteur 108 et/ou d'autres éléments de la sonde de température 2.
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, bien que l'invention ait été décrite ci-dessus dans un contexte de conduit souterrain, l'invention peut être utilisée dans un conduit qui n'est pas souterrain, mais qui présente des similitudes environnementales. Aussi, l'invention peut s'appliquer à une ligne électrique souterraine de distribution ou de transport. De plus, bien que l'invention soit particulièrement destinée à mesurer la température d'une ligne électrique souterraine, elle peut également être utilisée à d'autres fins. Par exemple, comme déjà mentionné ci-dessus, la sonde de température peut servir à mesurer des températures à différentes profondeurs de sol ou d'un milieu. Une telle utilisation peut servir à déterminer une ligne de gel, en outre pour des barrages et digues, et pour modéliser des caractéristiques du sol pour ajuster des paramètres de logiciels de simulation par éléments finis. L'invention peut être utilisée pour mesurer une température de câbles électriques en torsade dans un conduit d'un bâtiment comme une usine.
Selon certains aspects, des modes de réalisation de la présente technologie comprennent les items suivants :
[Item 1]
Une sonde de température pour mesurer une température d'une torsade de câbles d'une ligne électrique en opération dans un conduit souterrain ne laissant qu'un espace restreint entre la torsade de câbles et une surface interne du conduit, la sonde de température comprenant: un tube flexible électriquement isolant, le tube flexible ayant des première et deuxième extrémités opposées et un diamètre extérieur inférieur audit espace restreint, la première extrémité étant destinée à être insérée dans le conduit depuis une ouverture du conduit jusqu'à une profondeur dans le conduit, la deuxième extrémité étant destinée à rester accessible près de l'ouverture du conduit lorsque la première extrémité est à ladite profondeur dans le conduit; un embout fuselé électriquement isolant fixé de manière étanche à la première extrémité du tube flexible et configuré pour faciliter une insertion du tube flexible dans l'espace restreint en longeant la torsade de câbles dans le conduit; un arrangement de capteurs numériques de température logés et répartis longitudinalement dans le tube flexible, un nombre et une répartition des capteurs numériques étant en fonction d'un pas linéaire entre deux crêtes longitudinales de la torsade de câbles; et un arrangement de connexion reliant les capteurs numériques, l'arrangement de connexion ayant un circuit d'alimentation électrique pour alimenter les capteurs numériques, et un circuit de communication sortant de la deuxième extrémité du tube flexible pour transmettre extérieurement des signaux numériques indicatifs des températures mesurées par les capteurs numériques. [Item 2]
La sonde de température selon l’item 1 , dans laquelle le tube flexible et l'embout fuselé sont faits de matériaux supportant une température d'au moins 125°C sans altérations de forme et de propriétés physiques.
[Item 3]
La sonde de température selon l’item 2, dans laquelle les matériaux sont du PVDF ou du PTFE.
[Item 4]
La sonde de température selon l’un des items 1 à 3, dans laquelle l'embout fuselé a une base ayant un diamètre correspondant au diamètre extérieur du tube flexible de sorte que l'embout fuselé et la première extrémité du tube flexible présentent une interface externe lisse lorsque l'embout fuselé est en position de fixation étanche avec la première extrémité du tube flexible.
[Item 5]
La sonde de température selon l’item 4, dans laquelle l'embout fuselé a une pointe arrondie sur un côté opposé à la base, et un pourtour parabolique s'étendant entre la pointe arrondie et la base.
[Item 6]
La sonde de température selon l’un des items 1 à 5, dans laquelle l'arrangement de capteurs numériques comprend des cartes de circuit imprimé sur lesquelles les capteurs numériques sont respectivement montés et sont opérationnellement connectés, les cartes de circuit imprimé ayant des dimensions laissant un jeu par rapport à un diamètre interne du tube flexible tout en supportant les capteurs numériques à ou près d'un centre axial du tube flexible par contact avec une surface interne du tube flexible. [Item 7]
La sonde de température selon l’item 6, dans laquelle les cartes de circuit imprimé comprennent des cartes flexibles de circuit imprimé disposées bout à bout de manière à former une bande continue de circuits imprimés s'étendant sur une longueur excédant une distance entre un premier et un dernier des capteurs numériques.
[Item 8]
La sonde de température selon l’item 7, dans laquelle les circuits d'alimentation électrique et de communication de l'arrangement de connexion comprennent des circuits formés sur et interconnectés entre les cartes flexibles de circuit imprimé.
[Item 9]
La sonde de température selon l’item 6, dans laquelle les circuits d'alimentation électrique et de communication de l'arrangement de connexion comprennent des conducteurs s'étendant entre et reliant les cartes de circuit imprimé les unes aux autres.
[Item 10]
La sonde de température selon l’un des items 1 à 9, dans laquelle les capteurs numériques sont opérationnellement connectés en cascade les uns aux autres par l'arrangement de connexion.
[Item 11]
La sonde de température selon l’un des items 1 à 10, comprenant de plus un embout de sortie fixé de manière étanche à la deuxième extrémité du tube flexible, le circuit d'alimentation électrique et le circuit de communication traversant l'embout de sortie de manière étanche. [Item 12]
La sonde de température selon l’un des items 1 à 11 , dans laquelle: le tube flexible a une longueur minimale définie par une première section du tube flexible correspondant à une profondeur dans le conduit à partir de laquelle une température près de l'ouverture du conduit n'a plus d'effet sur une température dans le conduit, plus une deuxième section du tube flexible correspondant à une fois et demi le pas linéaire; les capteurs numériques sont répartis dans la deuxième section du tube flexible; et le nombre et la répartition des capteurs numériques sont définis par un espacement entre chaque capteur numérique dans la deuxième section du tube flexible.
[Item 13]
Un système de télémesure de température d'une section accessible d'une ligne électrique en opération dans un conduit souterrain, le système de télémesure comprenant: une sonde de température à capteurs numériques répartis dans un tube flexible longeant une longueur de la section de la ligne électrique dans le conduit souterrain; un arrangement d'alimentation connecté à une source d'alimentation électrique; et une unité d'acquisition ayant une entrée connectée à l'arrangement d'alimentation pour recevoir l'alimentation électrique, un port de connexion connecté à la sonde de température pour alimenter électriquement les capteurs numériques et recevoir des signaux numériques de températures mesurées par les capteurs numériques, et un dispositif de télécommunication configuré pour transmettre à un site distant du conduit souterrain des signaux de mesures de températures découlant des signaux numériques de températures reçus par l'unité d'acquisition. [Item 14]
Le système selon l’item 13, dans lequel l'arrangement d'alimentation comprend un coupleur configuré pour générer l'alimentation électrique depuis la ligne électrique.
[Item 15]
Le système selon l’item 13 ou 14, comprenant de plus un capteur de température ambiante d'un environnement du conduit souterrain, le capteur de température ambiante étant connecté à l'unité d'acquisition, l'unité d'acquisition étant configurée pour transmettre au site distant, via le dispositif de télécommunication, un signal de mesure de température indicatif de la température ambiante mesurée par le capteur de température ambiante.
[Item 16]
Le système selon l’un des items 13 à 15, dans lequel l'unité d'acquisition ou la sonde de température comprend un dispositif de traitement de signaux configuré pour prétraiter les signaux numériques de températures avant transmission des signaux de mesures de températures par le dispositif de télécommunication.
[Item 17]
Une méthode pour mesurer une température d'une section accessible d'une ligne électrique en opération dans un conduit souterrain, la méthode comprenant les étapes de: insérer une sonde de température à capteurs numériques répartis dans un tube flexible de sorte que le tube flexible longe une longueur de la section de la ligne électrique dans le conduit souterrain; fournir un arrangement d'alimentation connecté à une source d'alimentation électrique; alimenter électriquement les capteurs numériques de la sonde de température par une unité d'acquisition recevant l'alimentation électrique de l'arrangement d'alimentation; recevoir, par l'unité d'acquisition, des signaux numériques de températures mesurées par les capteurs numériques; transmettre, par un dispositif de télécommunication, des signaux de mesures de températures découlant des signaux numériques de température reçus par l'unité d'acquisition; recevoir, à un site distant du conduit souterrain, les signaux de mesures de températures; et traiter, au site distant, les signaux numériques de températures de manière à déterminer une température de la ligne électrique basée sur au moins une des températures mesurées par les capteurs numériques incluant la température mesurée qui est la plus élevée.
[Item 18]
La méthode selon l’item 17, dans laquelle l'étape de traiter inclut une estimation d'une température TAme d'une âme d'un câble de la ligne électrique, l'estimation étant déterminée par un des modes d'estimation suivants: a) TAme = TAmbiant + Ksurface ( Tsurface ~ TAmbiant) OÙ TAmbiant OSt Une température mesurée par un capteur de température disposé dans un milieu avoisinant le conduit souterrain, et Ksurface est un coefficient prédéterminé de variation de température TAme de l'âme du câble par rapport à une température Tsurface à une surface du câble mesurée par un des capteurs numériques; b) TAme = TAmbiant + Kd ( Td - TAmbiant) où Kd est un coefficient déterminé en fonction d'une géométrie de torsade du câble, et Td est un écart entre la température la plus élevée et une température la moins élevée mesurées par les capteurs numériques; c) le mode d'estimation b) dans lequel Kd est corrigé selon une déviation du tube flexible de la sonde de température ou de la torsade, déterminée avec deux mesures de températures minimales ou maximales, une température minimale ou maximale réciproque mesurées par les capteurs numériques, et un espacement entre les capteurs numériques; d) le mode d'estimation a), b) ou c) dans lequel des températures minimales et maximales mesurées par les capteurs numériques sont recalculées par interpolation des températures mesurées par les capteurs numériques; e) le mode d'estimation a), b), c) ou d) dans lequel la température de l'âme est corrigée en déterminant une résistance thermique entre au moins un des capteurs numériques et une surface externe du câble selon une variation de charge mesurée par un capteur de charge couplé à la ligne électrique; et f) le mode d'estimation e) dans lequel la résistance thermique et le coefficient Ksurface ou Kd sont déterminés selon la température TAmbiant.
[Item 19]
La méthode selon l’item 17 ou 18, comprenant de plus les étapes de: coupler un capteur de charge à un câble de la ligne électrique pour mesurer une variation de charge dans le câble; disposer un capteur de température dans un milieu avoisinant le conduit souterrain pour mesurer une température ambiante du milieu; déterminer un coefficient thermique entre la sonde de température et le câble selon la variation de charge et la température ambiante; et détecter une présence d'un liquide dans le conduit souterrain selon une valeur du coefficient thermique.
[Item 20]
La méthode selon l’un des items 17 à 19, dans laquelle des lectures des signaux numériques de températures mesurées par les capteurs numériques sont prises à intervalle fixe ou ajusté dynamiquement selon une variation de charge de la ligne électrique mesurée par un capteur de charge couplé à la ligne électrique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Une sonde de température pour mesurer une température d'une torsade de câbles d'une ligne électrique en opération dans un conduit souterrain ne laissant qu'un espace restreint entre la torsade de câbles et une surface interne du conduit, la sonde de température comprenant: un tube flexible électriquement isolant, le tube flexible ayant des première et deuxième extrémités opposées et un diamètre extérieur inférieur audit espace restreint, la première extrémité étant destinée à être insérée dans le conduit depuis une ouverture du conduit jusqu'à une profondeur dans le conduit, la deuxième extrémité étant destinée à rester accessible près de l'ouverture du conduit lorsque la première extrémité est à ladite profondeur dans le conduit; un embout fuselé électriquement isolant fixé de manière étanche à la première extrémité du tube flexible et configuré pour faciliter une insertion du tube flexible dans l'espace restreint en longeant la torsade de câbles dans le conduit; un arrangement de capteurs numériques de température logés et répartis longitudinalement dans le tube flexible, un nombre et une répartition des capteurs numériques étant en fonction d'un pas linéaire entre deux crêtes longitudinales de la torsade de câbles; et un arrangement de connexion reliant les capteurs numériques, l'arrangement de connexion ayant un circuit d'alimentation électrique pour alimenter les capteurs numériques, et un circuit de communication sortant de la deuxième extrémité du tube flexible pour transmettre extérieurement des signaux numériques indicatifs des températures mesurées par les capteurs numériques.
2. La sonde de température selon la revendication 1 , dans laquelle le tube flexible et l'embout fuselé sont faits de matériaux supportant une température d'au moins 125°C sans altérations de forme et de propriétés physiques.
3. La sonde de température selon la revendication 2, dans laquelle les matériaux sont du PVDF ou du PTFE.
4. La sonde de température selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle l'embout fuselé a une base ayant un diamètre correspondant au diamètre extérieur du tube flexible de sorte que l'embout fuselé et la première extrémité du tube flexible présentent une interface externe lisse lorsque l'embout fuselé est en position de fixation étanche avec la première extrémité du tube flexible.
5. La sonde de température selon la revendication 4, dans laquelle l'embout fuselé a une pointe arrondie sur un côté opposé à la base, et un pourtour parabolique s'étendant entre la pointe arrondie et la base.
6. La sonde de température selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle l'arrangement de capteurs numériques comprend des cartes de circuit imprimé sur lesquelles les capteurs numériques sont respectivement montés et sont opérationnellement connectés, les cartes de circuit imprimé ayant des dimensions laissant un jeu par rapport à un diamètre interne du tube flexible tout en supportant les capteurs numériques à ou près d'un centre axial du tube flexible par contact avec une surface interne du tube flexible.
7. La sonde de température selon la revendication 6, dans laquelle les cartes de circuit imprimé comprennent des cartes flexibles de circuit imprimé disposées bout à bout de manière à former une bande continue de circuits imprimés s'étendant sur une longueur excédant une distance entre un premier et un dernier des capteurs numériques.
8. La sonde de température selon la revendication 7, dans laquelle les circuits d'alimentation électrique et de communication de l'arrangement de connexion comprennent des circuits formés sur et interconnectés entre les cartes flexibles de circuit imprimé.
9. La sonde de température selon la revendication 6, dans laquelle les circuits d'alimentation électrique et de communication de l'arrangement de connexion comprennent des conducteurs s'étendant entre et reliant les cartes de circuit imprimé les unes aux autres.
10. La sonde de température selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle les capteurs numériques sont opérationnellement connectés en cascade les uns aux autres par l'arrangement de connexion.
11. La sonde de température selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant de plus un embout de sortie fixé de manière étanche à la deuxième extrémité du tube flexible, le circuit d'alimentation électrique et le circuit de communication traversant l'embout de sortie de manière étanche.
12. La sonde de température selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 , dans laquelle: le tube flexible a une longueur minimale définie par une première section du tube flexible correspondant à une profondeur dans le conduit à partir de laquelle une température près de l'ouverture du conduit n'a plus d'effet sur une température dans le conduit, plus une deuxième section du tube flexible correspondant à une fois et demi le pas linéaire; les capteurs numériques sont répartis dans la deuxième section du tube flexible; et le nombre et la répartition des capteurs numériques sont définis par un espacement entre chaque capteur numérique dans la deuxième section du tube flexible.
13. Un système de télémesure de température d'une section accessible d'une ligne électrique en opération dans un conduit souterrain, le système de télémesure comprenant: une sonde de température à capteurs numériques répartis dans un tube flexible longeant une longueur de la section de la ligne électrique dans le conduit souterrain; un arrangement d'alimentation connecté à une source d'alimentation électrique; et une unité d'acquisition ayant une entrée connectée à l'arrangement d'alimentation pour recevoir l'alimentation électrique, un port de connexion connecté à la sonde de température pour alimenter électriquement les capteurs numériques et recevoir des signaux numériques de températures mesurées par les capteurs numériques, et un dispositif de télécommunication configuré pour transmettre à un site distant du conduit souterrain des signaux de mesures de températures découlant des signaux numériques de températures reçus par l'unité d'acquisition.
14. Le système selon la revendication 13, dans lequel l'arrangement d'alimentation comprend un coupleur configuré pour générer l'alimentation électrique depuis la ligne électrique.
15. Le système selon la revendication 13 ou 14, comprenant de plus un capteur de température ambiante d'un environnement du conduit souterrain, le capteur de température ambiante étant connecté à l'unité d'acquisition, l'unité d'acquisition étant configurée pour transmettre au site distant, via le dispositif de télécommunication, un signal de mesure de température indicatif de la température ambiante mesurée par le capteur de température ambiante.
16. Le système selon l’une quelconque des revendications 13 à 15, dans lequel l'unité d'acquisition ou la sonde de température comprend un dispositif de traitement de signaux configuré pour prétraiter les signaux numériques de températures avant transmission des signaux de mesures de températures par le dispositif de télécommunication.
17. Une méthode pour mesurer une température d'une section accessible d'une ligne électrique en opération dans un conduit souterrain, la méthode comprenant les étapes de: insérer une sonde de température à capteurs numériques répartis dans un tube flexible de sorte que le tube flexible longe une longueur de la section de la ligne électrique dans le conduit souterrain; fournir un arrangement d'alimentation connecté à une source d'alimentation électrique; alimenter électriquement les capteurs numériques de la sonde de température par une unité d'acquisition recevant l'alimentation électrique de l'arrangement d'alimentation; recevoir, par l'unité d'acquisition, des signaux numériques de températures mesurées par les capteurs numériques; transmettre, par un dispositif de télécommunication, des signaux de mesures de températures découlant des signaux numériques de température reçus par l'unité d'acquisition; recevoir, à un site distant du conduit souterrain, les signaux de mesures de températures; et traiter, au site distant, les signaux numériques de températures de manière à déterminer une température de la ligne électrique basée sur au moins une des températures mesurées par les capteurs numériques incluant la température mesurée qui est la plus élevée.
18. La méthode selon la revendication 17, dans laquelle l'étape de traiter inclut une estimation d'une température TAme d'une âme d'un câble de la ligne électrique, l'estimation étant déterminée par un des modes d'estimation suivants: a) TAme — TAmbiant + Ksurface Tsurface ~ TAmbiant) OÙ TAmbiant ©St UD6 température mesurée par un capteur de température disposé dans un milieu avoisinant le conduit souterrain, et Ksurface est un coefficient prédéterminé de variation de température TAme de l'âme du câble par rapport à une température Tsurface à une surface du câble mesurée par un des capteurs numériques; b) TAme = TAmbiant + Kd ( Td - TAmbiant) où Kd est un coefficient déterminé en fonction d'une géométrie de torsade du câble, et Td est un écart entre la température la plus élevée et une température la moins élevée mesurées par les capteurs numériques; c) le mode d'estimation b) dans lequel Kd est corrigé selon une déviation du tube flexible de la sonde de température ou de la torsade, déterminée avec deux mesures de températures minimales ou maximales, une température minimale ou maximale réciproque mesurées par les capteurs numériques, et un espacement entre les capteurs numériques; d) le mode d'estimation a), b) ou c) dans lequel des températures minimales et maximales mesurées par les capteurs numériques sont recalculées par interpolation des températures mesurées par les capteurs numériques; e) le mode d'estimation a), b), c) ou d) dans lequel la température de l'âme est corrigée en déterminant une résistance thermique entre au moins un des capteurs numériques et une surface externe du câble selon une variation de charge mesurée par un capteur de charge couplé à la ligne électrique; et f) le mode d'estimation e) dans lequel la résistance thermique et le coefficient Ksurface ou Kd sont déterminés selon la température TAmbiant.
19. La méthode selon la revendication 17 ou 18, comprenant de plus les étapes de: coupler un capteur de charge à un câble de la ligne électrique pour mesurer une variation de charge dans le câble; disposer un capteur de température dans un milieu avoisinant le conduit souterrain pour mesurer une température ambiante du milieu; déterminer un coefficient thermique entre la sonde de température et le câble selon la variation de charge et la température ambiante; et détecter une présence d'un liquide dans le conduit souterrain selon une valeur du coefficient thermique.
20. La méthode selon l’une quelconque des revendications 17 à 19, dans laquelle des lectures des signaux numériques de températures mesurées par les capteurs numériques sont prises à intervalle fixe ou ajusté dynamiquement selon une variation de charge de la ligne électrique mesurée par un capteur de charge couplé à la ligne électrique.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002310808A (ja) * 2001-04-19 2002-10-23 Tokyo Electric Power Co Inc:The 電力ケーブル温度測定方法、電力ケーブル温度測定区間部構造、ならびに電力ケーブル温度測定区間部の構築方法
JP2007003516A (ja) * 2005-05-26 2007-01-11 Tokyo Electric Power Co Inc:The 電力ケーブル温度監視方法
US8775151B2 (en) * 2008-11-08 2014-07-08 Mahesh U. Algaonkar System and method for determining characteristics of power cables using distributed temperature sensing systems
US10534031B2 (en) * 2015-03-25 2020-01-14 Optasense Holdings Limited Detecting failure locations in power cables

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002310808A (ja) * 2001-04-19 2002-10-23 Tokyo Electric Power Co Inc:The 電力ケーブル温度測定方法、電力ケーブル温度測定区間部構造、ならびに電力ケーブル温度測定区間部の構築方法
JP2007003516A (ja) * 2005-05-26 2007-01-11 Tokyo Electric Power Co Inc:The 電力ケーブル温度監視方法
US8775151B2 (en) * 2008-11-08 2014-07-08 Mahesh U. Algaonkar System and method for determining characteristics of power cables using distributed temperature sensing systems
US10534031B2 (en) * 2015-03-25 2020-01-14 Optasense Holdings Limited Detecting failure locations in power cables

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHEN GUANG; LI CHENGGANG; LIU WEI; LI MIAO; ZHEN JIANHUA; DONG KUN; ZHAO JIANFENG: "Research on Power Cable Life-Cycle Management and Control System Based on Function-Enhanced Location-Measurement Temperature-Sensed Chip", 2022 IEEE 5TH INTERNATIONAL ELECTRICAL AND ENERGY CONFERENCE (CIEEC), IEEE, 27 May 2022 (2022-05-27), pages 5072 - 5081, XP034168706, DOI: 10.1109/CIEEC54735.2022.9845968 *

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