CHAPITRE 6 Mesure en haute tension 1 A.Mesure des charges statiquesMesure des charges statiques B.Mesure des tensions a.ÉclateursÉclateurs b.Diviseurs

CHAPITRE 6Mesure en haute tension

1

A. Mesure des charges statiques

B. Mesure des tensionsa. Éclateursb. Diviseurs de tensionc. Transformateurs de tension

C. Mesure des courants

D. Caractéristiques des matériaux isolantsa. Résistance électriqueb. Capacité et facteur de pertesc. Rigidité diélectriqued. Décharges partielles

Suite

EPFL – STI – SEL. Cours de haute tension , Master semestre 1

Mesure en haute tension (suite)

2

E. Mesures de terrea. Principes de la mise à terreb. Effets physiologiques des courantsc. Résistivité de la terred. Impédance des prises de terre

F. Mesure des champs électriques et magnétiquesa. Champs magnétiquesb. Champs électriquesc. Équipementsd. Effets biologiques des champs et protection des personnes

G. Autres mesuresa. Distribution des charges dans les isolantsb. Détection de défauts dans les câblesc. Température des transformateurs


Système de mesure en HT

3

Définition de la CEI 60060-2, Techniques des essais à haute tension

Définition : Un système de mesure en haute tension est un ensemble complet de dispositifs utilisable pour réaliser une mesure de haute tension continue, alternative ou de choc, ainsi que de courant impulsionnel, lors d’essais mettant en œuvre de telles tensions ou de tels courants.

Les résultats de mesure devront préciser :‐ l’incertitude sur les grandeurs mesurées ;‐ l’aspect éventuellement aléatoires des phénomènes en jeu ;‐ une éventuelle détérioration progressive de l’objet sous test, lors

d’une application répétée de la tension.

6. Mesure en haute tension


A. Mesure descharges statiques

4

6. Mesure en haute tension > A. Mesure de charges statiques


Voltmètre électrostatique

5

Le voltmètre électrostatique permet la mesure de potentiels élevés sous faible charge.Le voltmètre électrostatique est un condensateur dont une des plaques est mobile. Lorsque le condensateur est chargé, les plaques s’attirent mutuellement et le mouvement de la plaque mobile est agrandi et visualisé sur une échelle.

Le voltmètre électrostatique peut mesurer des tensions entre50 V et 1 MV, avec une impédance d’entrée qui atteint 10 T. ©

EPF

L - L

RE 2

008

Voltmètre électronique+/- 10 kV, 1 G.

6. Mesure en haute tension > A. Mesure de charges statiques

Les voltmètres électrostatiques sont aussi utilisables en AC, jusqu’à quelques mégahertz.


B. Mesuredes tensions

6

6. Mesure en haute tension > B. Mesure des tensions


Éclateur à sphères

7

L’éclateur à sphères est la référence normalisée pour la mesure des hautes tensions.

La norme CEI 60052 spécifie la conception etl’utilisation des éclateurs à sphères pour la mesure :‐des tensions alternatives à fréquence industrielle ;‐des tensions de chocs de foudre et de manœuvre ;‐des tensions continues.

6. Mesure en haute tension > B. Mesure des tensions > a. Éclateur

© E

PFL

- LRE

200

8

Pour les chocs, les valeurs des tensions d’amorçage dépendent de la polarité.

En DC, la CEI recommande plutôt l’éclateur pointe – pointe.


Tensions de claquages

8


Tensions de claquage aux conditions atmosphériques standards, applicables en AC 50 Hz, DC, ainsi que chocs de foudre et de manœuvre en polarité négative


Corrections atmosphériques

9


[35]

Les tensions de claquage données par les document CEI sont valables aux conditions atmosphériques suivantes :Température standard To : 293 K (= 20°C)Pression standard Po : 101,3 kPaHumidité absolue standard Habs : 8,7 g/m3 ( Hrel = 50% à Po et To)

Dans des conditions différentes, une valeur de tension Ud , tirée des tableaux précédents doit être corrigée par une facteur de correction atmosphérique K.

La tension réelle Ur est donnée par : Ur = Ud . K, avec K k :

(densité) (humidité)

P : pression atmosphérique [kPa] ; T : température [K] ;Habs : humidité absolue [g/m3]

o

o

TP

P T absHk 1 0,002 8,5


http://www.surprises.ch/HT/annexes/35.pdf


© IE

C 60

052

Éclateur pointe – pointe

10


Selon la norme CEI 60052 :

« L’éclateur pointe-pointe est recommandé pour la mesure des tensions continues. »

Les « pointes » sont en réalité des cylindres coupés perpendiculairement à leur axe, avec des « bords saillants » d’où la décharge va s’amorcer.

Dans les conditions climatiques standards, la tension disruptive est donnée par la relation empirique (pour d > 250 mm) :

d,50 [kV] [mm]U 2 0,534 d


Le diviseur résistif

11

Dans la pratique courante, les hautes tensions continues sont mesurées à l’aide de diviseurs résistifs.

Deux problèmes apparaissent dans le dimensionnement d’un diviseur résistifdestiné à la mesure des hautes tensions :

1.L’échauffement des résistances.

2.La résistance parasite des supports.

6. Mesure en haute tension > B. Mesure des tensions > b. Diviseurs de tensions

[36]

Un éclateur de protection est nécessaire pour protéger l’instrument de mesure, en cas d’ouverture accidentelle de la branche basse tension du diviseur.




Le diviseur capacitif

12

Les hautes tensions alternatives peuvent être mesurées à l’aide de diviseurs capacitifs.

L’avantage du diviseur capacitif est qu’il consomme très peu d’énergie active.

En pratique, le calcul du rapport de transformation d’un diviseur capacitif doit prendre en considération les capacités parasites, contre terre et contre l’électrode haute tension, la capacité du câble coaxial qui sert à la mesure de la tension u2 , ainsi que la capacité de l’éclateur de protection.


[37]EPFL – STI – SEL. Cours de haute tension , Master semestre 1



Le diviseur capacitif de crête

13

Les valeurs de crête des hautes tensions de choc peuvent être mesurées à l’aide d’un diviseur capacitif combiné à une capacité de mesure.

La capacité de mesure CM , qui est chargée à la valeur de crête de la tension de choc, doit être assez grande pour que sa décharge dans la résistance d’entréede l’instrument de mesure de U2 soit lente (constante de temps d’au moins dix secondes).


Des dispositifs de mesure de la valeur de crête ont aussi été utilisés pour des tensions alternatives. Dans ce cas, il suffit que la constante de temps soit grande par rapport à la période.


Le diviseur capacitif – résistif

14

Les tensions comportant des fréquences élevées, en particulier des tensions de choc, sont mesurées à l’aide de diviseurs capacitif – résistif.

De tels diviseurs présentent l’avantage d’éliminer les oscillations dues aux inductances parasites.


Diviseur C – R parallèle Diviseur C – R série




Le transformateur de tension

15

Dans les réseaux électriques, la tension est surveillée par des transformateurs de mesure.

Définition : le transformateur de tension est untransformateur de mesure dans lequella tension secondaire est pratiquementproportionnelle à la tension primaire etdéphasée par rapport à celle-ci d’un angleapproximativement nul. Sk

ippe

rsei

l

Transformateur detension 33 kV / 110 V

6. Mesure en haute tension > B. Mesure des tensions > c. Transformateurs de tensions

[39]Le transformateur de tension est aussi appelé transformateur de potentiel (TP).


http://www.skipperseil.com/images/voltage-transformers-img-big.jpg



Transformateur de tension capacitif

16

6. Mesure en haute tension > B. Mesure des tensions > c. Transformateurs de tensions

Le transformateur de tension dit « capacitif », utilisé dans les réseaux électriques, combine un diviseur capacitif à un transformateur de tension.

Le primaire du transformateur et la branche bassetension du diviseur forme un circuit résonant.

Avantages du transformateur de tension capacitif

1.La résonance permet d’obtenir un courant plusimportant à la sortie, d’où une meilleureimmunité aux perturbations pour desmesures transmises à grande distance.

2.Le circuit résonant fonctionne comme un filtrequi élimine les tensions transitoires.

3.Construction économique jusqu’à des niveauxde tension très élevés (MV) w

ww

.cgl

onlin

e.co

m


C. Mesuredes courants

17

6. Mesure en haute tension > C. Mesure des courants


Transformateur de courant

18

Dans les réseaux électriques, le courant est mesurépar des transformateurs de mesure. Définition : le transformateur de courant est un transforma-teur de mesure dans lequel le courant secondaireest pratiquement proportionnel au courantprimaire et déphasée par rapport à celui-ci d’unangle approximativement nul.

Transformateur de courant isolé à l’huile 170 kVCourant primaire < 4000 A

Transformateur de courant moyenne tension isolé à l’air


Les transformateurs de courant qui s’ouvrent sont souvent appelé pince ampèremétrique.


Transformateur de courant HF

19

La mesure des courants impulsionnels (foudre, DES…) est possible avec des transformateurs de courants dimensionnés pour les hautes fréquences.


Les transformateurs de courant HF sont aussi appelé sonde de courant.EPFL – STI – SEL. Cours de haute tension , Master semestre 1

Transducteur magnéto-optique

20

Les transducteurs magnéto-optiques (MOCT : Magneto-Optic Current Transformer) fonctionnent selon l’effet Faraday.

Avantages•Excellent précision, de quelques ampères à plusieurs kA.•Linéarité parfaite (pas de noyau magnétique).•Pas de secondaire sécurité de l’utilisateur•Encombrement et poids réduits.

Transducteur magnéto-optique, jusqu’à 800 kVCourant primaire < 3150 A ; courant secondaire : 1 A

ABB



http://library.abb.com/global/scot/scot245.nsf/veritydisplay/206275cc76bcb0ba8525755f006c0e9c/$File/MOCT_2GNM110060_new.pdf

Bobine de Rogowski

21

Mesures de courants alternatifs ou impulsionnelsLa bobine de Rogowski

Ce dispositif est formé d’un fil enroulé enspirale, et dont le retour se fait par lecentre de la spirale.

Avantages

Système ouvert, permettant demesurer un courant sans contactgalvanique. Possibilité de bobinede très grandes dimensions.

Utilisation•Courants dans les transformateursde puissance•Courants de foudre


A : aire d’une spireN : nombre de spires

odi

u(t) N Adt


D. Caractéristiquesdes matériaux

isolants

22

6. Mesure en haute tension > D. Caractéristiques des matériaux isolants


Résistance électrique

23

Initialement, la notion de « résistance » a été définie pour les fils conducteurs.

1. Les isolants présentent toutes sortes de géométries différentes :- forme cylindrique (câbles) ;- feuille mince (condensateurs) ;- autres formes complexes.

2. La résistance transversale (résistance devolume) est souvent du même ordre degrandeur que la résistance de surface.

http:

//ne

ws.

thom

asne

t.com

Éléments d’isolation électrique

6. Mesure en haute tension > D. Caractéristiques des matériaux isolants > a. Résistance électrique

Pour optimiser la géométrie d’un objet, il faut connaître séparément les deux composantes de la résistance.


La mesure des résistivités transversale et superficielle.Selon la norme CEI 60093, une électrode de garde sert à récupérer les courants indésirables, soit :

- les courants de surface,lorsqu’on mesure larésistivité transversale t ;

- les courants de volume,lorsqu’on mesure larésistivité superficielle s .

2o

tt

R U

d I

1 2o

R RR

2

os

2 1 s

2 R U

R R I

Résistivité électrique des isolants

24


avec :

Échantillon en forme de disque (électrodes circulaires)


Mesure de résistance d’isolement

25

La mesure de la résistance d’isolement est déterminante pour évaluer le bon fonctionnement de l’isolation.La résistance d’isolement est typiquement de l’ordre des G.

Mesure à basse tension courant très faible

Méthodes de mesure

•À l’aide d’un nanoampèremètre (très sensible et délicat)

•À l’aide d’un voltmètre réel, ensérie dans le circuit. La résistanced’entrée du voltmètre, qui esttypiquement de 1 M,fonctionne comme un shunt.



Pont de Schering

26

Dans un condensateur haute tension, la permittivité et la résistivité de l’isolant se traduisent par une capacité et un facteur de pertes.Ces deux grandeurs sont mesurées simultanément, à l’aide dupont de Schering, qui est une variante du pont de Wheatstone.

Uni

Han

ovre

Harald Schering(1880-1959)

6. Mesure en haute tension > D. Caractéristiques des matériaux isolants > b. Capacité et facteur de pertes

[40]

À l’équilibre :

2x N

1

RC C

R

x 2 2tg R C




Le pont de Schering de l’EPFL

27

© E

PFL

- LRE

200

8

Condensateur étalon au SF6

6,5 atm, 103 pFtg < 10-5

© EPFL - LRE 2008

C2R2

R1

Pont de Schering

6. Mesure en haute tension > D. Caractéristiques des matériaux isolants > b. Capacité et facteur de pertes

Normalisation :

CEI 60250, Méthodes recommandées pour la détermination de la permittivité et du facteur de dissipation des isolants électriques aux fréquences industrielles audibles et radioélectriques


Mesure de rigidité diélectrique

28

La rigidité diélectrique d’un isolant liquide ou solide peut être mesurée en tension continue, alternative ou de choc.Le principe consiste simplement à appliquer une tension croissante sur l’objet en essai, jusqu’à ce que le claquage diélectrique survienne.

6. Mesure en haute tension > D. Caractéristiques des matériaux isolants > c. Rigidité diélectrique

Électrodes destinées à la mesure de la rigidité diélectrique des échantillons solides en forme de feuilles ou de plaques

Cellule d’essai destinées à la mesure de la rigidité diélectrique des échantillons liquides


Rigidité diélectrique à 50 Hz

29

L’enregistrement de toute la montée en tension, sur un oscilloscope possédant une mémoire suffisante, permet à la fois de vérifier la vitesse de montée et la forme de la tension.

6. Mesure en haute tension > D. Caractéristiques des matériaux isolants > c. Rigidité diélectrique

1 s / div

20 mS / div

© E

PFL

- LRE

200

8


Mesure de décharges partielles

30

6. Mesure en haute tension > D. Caractéristiques des matériaux isolants > d. Décharges partielles

Cx : objet en essai ; Ck : condensateur de couplage ( Cx )Ig , Ik et It : courants à 50 Hz. Ic : courants HF dû à une DP.Zm : impédance de mesure. Um : tension mesurée.

Mesure directeLes décharges partielles, qui correspondent à des courants HF, donnent une tension relativement élevée sur Zm , superposée à une faible composante 50 Hz.


31

Variation en fonction de la tension6. Mesure en haute tension > D. Caractéristiques des matériaux isolants > d. Décharges partielles

Exemple d’un niveau de DP à plusieurs seuils, sans hystérèse Exemple d’un niveau de DP avec hystérèse

La tension appliquée est successivement croissante, puis décroissante.


Mesure de décharges partielles

32

Mesure en pontPar rapport à la mesure directe, des éléments variables sont ajoutés dans les deux branches (Cx et Ck). Le réglage de ces éléments permet de minimiser l’effet sur Um des perturbations d’origine externe à l’objet en essai.


Circuit de mesure avec un pont comportant les éléments variables Rx , Rv et Cv


Dispositif de mesure de DP au LRE

33

© E

PFL

- LRE

200

8

Condensateur de couplage1 nF, 200 kV

© E

PFL

- LRE

200

8

Détecteur

<< VisualisationModules de filtrage et de fenêtrage

Pont


[Clip-3] [Clip-4]

[Clip-5] [Clip-6]


E. Mesuresde terre

34

6. Mesure en haute tension > E. Mesures de terre


Principes de la mise à terre

35

La qualité d’une mise à la terre joue un rôle important dans son aptitude à assurer la sécurité des personnes.Deux sources de danger liées aux mises à la terre :•la tension de contact (ou de toucher)•la tension de pas.

Définitions : La tension de contact est la fraction de la tension de prise de terre à laquelle est exposé le corps humain entre la main et le pied (distance horizontale du point de contact : 1 m).

La tension de pas est la fraction de la tension de prise de terre à laquelle on peut être exposé en faisant un pas de 80 cm.

La montée en tension de la prise de terre devient critique dans 2 cas :•en cas de défaut d’isolation d’un équipement ou d’une installation ;•en cas de foudroiement d’une installation.

6. Mesure en haute tension > E. Mesures de terre > a. Principes de la mise à terre


Efficacité de la mise à la terre

36

Le dispositif de mise à la terre doit assurer dans tous les cas la sécurité des personnes.

Tension de pas↓

Tension de contact↓

Défaut d’isolation →

Surtension de foudre →



L’appareil et son utilisateur

37

Une connexion de terre n’est jamais parfaite :La connexion comporte 2 impédances :- l’impédance de la ligne de connexion, ZL ;- l’impédance de contact avec la terre, Zt .

Tensions de contact. La personne est modélisée par :- l’impédance du corps, Zc ;- l’impédance de contact avec la terre, Zct .

Tension de pas. Le modèle comporte :- les impédances des jambes, Zc1 et Zc2 ;- lest impédances de contact, Zt1 et Zt2 .

La terre elle-même a une impédance :- impédance du sol, Zs



Les schémas complets

38


Cas de la tension de pas up

Situation la plus critique Zct1 = Zct2 = 0et Zs1 = 0 (proximité)

Cas de la tension de contact uc

Situation la plus critique : Zct = 0

(L’homme est à pieds nus dans l’eau)


Schémas d’alimentation

39

Schémas d’alimentation du réseau électrique de distribution.

Schéma TT (terre-terre) Schéma TN-C(terre-neutre combinés)

Schéma TN-S(terre-neutre séparés)



Le choix d’un schéma dépend de la section des conducteurs et des courants de court-circuit. Chaque schéma conduit à des impédances différentes par rapport à la terre.

Cahier technique n°62de Schneider Electric

Compléments facultatifsLiaisons équipotentielles

L’impédance de l’être humain

40

Mesures réalisées sur des personnes vivantes, trajet main à mainCEI 60479-1, Effet du courant électrique sur l’homme et les animaux domestiques.

Impédance non linéaireVariabilité individuelle

Tension : 10 VComportement capacitif

6. Mesure en haute tension > E. Mesures de terre > b. Effets physiologiques des courants


Les effets biologiques du courant

41

Seuils biologiques en courant alternatif•Seuil de perception•Seuil de douleur•Seuil de non-lâcher•Seuil de fibrillation

Courant impulsionnelImpulsion de tension surla phase T fibrillationventriculaire.

Seuil de fibrillation ventriculaire pour une impulsion passant de la main aux pieds (selon CEI 60479-2).

Valeur efficace calculée sur 3 x la constante de temps



Limites applicables en Suisse

42

Les valeurs de tensions de contact et de pas admissibles sont fixées par l’Ordonnance fédérale sur le courant fort.



Mesure de résistivité de la terre

43

6. Mesure en haute tension > E. Mesures de terre > c. Résistivité de la terre

Mesure de la résistivité de la terre par 4 piquets équidistants.

•Courant injecté entre les piquets les plus éloignés•Tension mesurée entre les piquets centraux.

Résistivité : 2 2 2 2

2L L

L 4p L p

4 L U

I1


Impédance d’une prise de terre

44

6. Mesure en haute tension > E. Mesures de terre > d. Impédance d’une prise de terre

[43]Dans cette formule, la résistance de la terre est négligée

La détermination de l’impédance d’une prise de terre nécessite l’installation de deux électrodes de terre supplémentaires.

ZX : impédance de la prise de terre étudiée

ZA et ZB : impédances des électrodes supplémentaires.

AX A X

BX B X

AB A B

Z Z Z

Z Z Z

Z Z Z

AX BX ABX

Z Z ZZ

2


F. Mesure de champsélectriques etmagnétiques

45

6. Mesure en haute tension > F. Mesure de champs électriques et magnétiques


Champs électriques et magnétiques

46

Dans le cadre de la haute tension, on est amené à mesurer principalement :

1.Le champ électrique statique au niveau du sol, en relation avec l’étude de la foudre ou/et la prévention des dommages dus aux orages.

2.Les champs électriques et magnétiques sinusoïdaux à fréquence industrielle ou redressés, engendrés par les installations du réseau électrique et par l’alimentation des transports électrifiés.

3.Les champs impulsionnels rayonnés par la foudre et par les phénomènes transitoires survenant dans le réseau électrique (chocs de manœuvre, transitoires à front raide des installations au SF6 …) :•perturbations CEM ;•détection météo.

6. Mesure en haute tension > F. Mesure de champs électriques et magnétiques


Mesure du champ magnétique statique par effet HallApparition d’une différence de potentiel VH perpendiculaire aucourant I, sous l’effet de la force de Lorentz due au champ B.

RH est la constante de Hall qui vaut 6·10-11 m3/C dans le cuivre et dépend de la densité des porteurs de charges.

H HI

V Rd

B

Champ magnétostatique

47

6. Mesure en haute tension > F. Mesure de champs électriques et magnétiques > a. Champs magnétiques

En pratique, les sondes de Hall sont constituées de semiconducteurs, dans lesquels la relation ci-dessus n’est plus valable (conduction par les électrons et par les trous) et qui présentent un effet Hall plus marqué.

Edwin Herbert Hall(1855-1938)


Champ magnétostatique

48


Mesure de la densité de flux magnétique statique dans le quartier de Saint-Jean (Genève)Champ mesuré au-dessus du tunnel où passe le TGV alimenté en DC (locaux publics).

Pics de 40 T environ, lors du départ d’un train.


Champs magnétiques variables

49


Mesure de champ magnétiques à l’aide d’une boucle : capteur « B dot »

En supposant le champ B uniforme et perpendiculaire à la surface S de la boucle, la tension mesurée u(t) est donnée par la loi de Faraday-Lenz :

En champ sinusoïdal : , et :

Équation de Faraday :

C S

d dAt

B

E l n

du(t) S

dt

B

oB(t) B cos t eff effu 2 f B


Champ électrostatique

50

Mesure du champ électrostatique à l’aide d’un « moulin à champ ».Dans le moulin à champ, une électrode fixe et une électrode tournante ont entre elles un capacité variable. La tension de charge présente des oscillations qui peuvent être amplifiées électroniquement.

JCI

A-Tech.net (p.104)

6. Mesure en haute tension > F. Mesure de champs électriques et magnétiques > b. Champs électriques

Ordre de grandeur : les moulins à champ exploités par la NASA pour la surveillance des zones orageuses comportent 8 secteurs et tournent à 1800 tours par minute.


Champs électriques variables

51

Mesure de champ électrique par sonde capacitive : capteur « E dot »


Avec un matériau diélectrique : capteur « D dot »

Référencé

Flottant

dQ dEu(t) i(t)

dt dt


Champ magnétique 50 Hz

52

Profil de la densité de flux magnétique sous une ligne à haute tension


Ligne 380 kV

Conducteurs en nappe

Courant : 1500 A

Densité de flux magné-tique au niveau du sol

Réduction possible à l’aide d’une boucle de compensation passive

Courant induit dans la boucle : 538 A

Electra, n°242, fév. 2009, p. 80


Équipements du groupe CEM

53

© E

PFL

- LRE

200

8

Tête E – B triaxialeFibre optique

Capteur magnétique

Capteur électrique Conditionneur Fibre optique RécepteurOscilloscope

Spécifications de la tête de mesureChamp électrique : 0,1 V/m – 100 kV/mDensité de flux : 10 nT – 10 mTModes : MIN – MAX, SPECTRE, LOGGER (8000 pts)

BF ( 5 Hz 100 kHz )

SpécificationsSystème de capteurs actifs interchangeablesDynamique : ~ 100 dB

HF ( 150 Hz 150 MHz )

6. Mesure en haute tension > F. Mesure de champs électriques et magnétiques > c. Équipements


Mesures de foudre à la CN Tower

54

© D

. Pav

anel

lo –

Thè

se E

PFL

N° 3

713

(200

7) p

. 87

[Clip-7]


[Clip-8]


Champ électrique à front raide

55

Exemple de champ électrique rayonné par une installation au SF6 , lors de la fermeture d’un sectionneur.

© D

. Tab

ara

– Th

èse

EPFL

N° 1

970

p. 4

Sectionneurs Disjoncteur

Installation au SF6 125 kV

© D. Tabara – Thèse EPFL N° 1970 (1999) p. 155

Emax ~ 4 kV/m , f ~ 70 MHz


Limite ORNI : 28 V/m( Limite SUVA : 61 V/m )


Autres principes de mesure

56

Systèmes fondés sur des effets magnéto- / électro-optiques•L’effet Kerr électro-optique. Biréfringence induite par le champ électrique.•L’effet Pockels. Biréfringence induite par le champ électrique.•L’effet Faraday. Activité optique non réversible induite par le champ magnétiques•L’effet Kerr magnéto-optique. Polarisation par réflexion, induite par le champ magnétique•La magnétorésistance. Variation de la résistance électrique induite par le

champ magnétique•Etc.


[44]

Paramètres importants : - la bande passante- la sensibilité- l’immunité au bruit


Limitation préventive des champs

57

Les champs électriques et magnétiques non ionisants font l’objet de limitations légales.Recommandations émises par l’ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection).

1.Les restrictions de base portent sur :•les courants induits à basse fréquence (jusqu’à 10 MHz) ;•l’échauffement des tissus à haute fréquence (de 100 kHz à 300 GHz).

2.Les niveaux de référence portent sur les intensités des champs électriques et magnétiques.

6. Mesure en haute tension > F. Mesure de champs électriques et magnétiques > d. Effets biologiques et protection

La relation entre restrictions de base et niveaux de référence est établie par modélisation du corps humain.


Limites d’exposition par fréquence

58



Limites d’exposition par sommation

59


Les sommations tiennent compte des effets combinés de plusieurs champs de différentes fréquences.

[45]

Limitation de l’échauffementà haute fréquence

Limitation de courantsinduits à basse fréquence

MHz MHz

Hz MHz

1 10

lim1 1

E(f ) E(f )1

E (f ) 87

kHz MHz

Hz kHz

65 10

lim1 65

B(f ) B(f )1

B (f ) 6,25

MHz GHz

kHz MHz

1 300

lim100 1

2 2E(f ) E(f )

187 E (f )

f

MHz GHz

kHz MHz

1 3002

lim100 1

2 2B(f ) B(f )

10,92 B (f )

f


Ces limites sont fixées par l’ORNI

Limites SUVA

60



G. Autresmesures

61

6. Mesure en haute tension > G. Autres mesures


Distribution des charges

62

Mesure par la méthode de l’onde de pression.Principe de la mesure‐Application d’un choc de pression surune face d’un échantillon isolant chargé.‐Mesure du courant entre les électrodes.

L’onde de pression déplace les charges aucours de sa propagation. La mesure ducourant en fonction du temps permet dereconstituer la distribution spatiale des charges.

L’échantillon peut être :‐préalablement soumis à une tension durant un certain temps ;‐sous tension durant la mesure (méthode de Lipp).

L’onde de pression peut être produite :‐par un élément piézoélectrique ;‐par une impulsion laser à travers un liquide.

6. Mesure en haute tension > G. Autres mesures > a. Distribution des charges dans les isolants


L’onde de pression

63

La mesure de la distribution spatiale de la charge dans un isolant permet :‐de vérifier l’homogénéité du matériau ;‐de déceler d’éventuels défauts dans la structure ;‐de contrôler la qualité des interfaces, dans les isolants composites.

Source : R. J. Fleming, Braz. Space charge in polymers, J. Phys. 29-2 (1999)

Densité de charge dans une isolation de câble au polyéthylène réticulé

Densité de charge dans une isolation formée de deux couches depolyéthylène basse densité

6. Mesure en haute tension > G. Autres mesures > a. Distribution des charges dans les isolants


Défauts dans les câbles

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Mesure par réflectométrieLa défaillance d’un câble haute tension enterré pose le problème de la localisation du défaut et de la durée de mise hors service qui en résulte.

Principe de la mesure1.Application d’une impulsion de haute tension à l’une des extrémités du câble, l’autre extrémité étant laissée en circuit ouvert.2.Deux impulsions secondaires sont générées au niveau du défaut et se propagent en sens inverses.3.Détection de l’impulsion directe et de l’impulsion réfléchie.

6. Mesure en haute tension > G. Autres mesures > b. Détection de défauts dans les câbles


Localisation de défauts

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Source : E. Lemke, Procedure for evaluation of dielectric properties …, IEEE Symposium Montréal (1996) p.387

6. Mesure en haute tension > G. Autres mesures > b. Détection de défauts dans les câbles

Paramètres mesurables1.L’atténuation de l’amplitude des décharges2.L’augmentation de leur largeur temporelle, qui donnent des informations sur le comportement fréquentiel de l’isolation. 3.L’écart temporel t entre les décharges directe et réfléchie, qui permet de calculer la position x du défaut par rapport au générateur / détecteur :

D = longueur totale du câblev = vitesse de propagation

La vitesse de propagation se déduitde la capacité et de l’inductancelinéiques du câble C’ et L’ :

v tx D

2

1v

L C


Température des transformateurs

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Un défaut localisé dans l’un des enroulements d’un transformateur de puissance peut conduire à un échauffement ponctuel critique (hot spot).Un échauffement excessif de l’isolation papier – huile peut conduire à un claquage et à l’arrêt du transformateur.

Principe de la mesure

Mesure des points chauds par fibre optique comportant des réseaux de Bragg.

Un réseau de Bragg consiste en une modulation périodique localisée de l’indice de réfraction n du matériau, avec un pas .

Un tel réseau :‐se comporte comme un miroir pour une longueur d’onde B = 2 n(T) , appelée longueur d’onde de Bragg (T = température) ;‐est sensible à l’échauffement, par l’intermédiaire de la dépendance en température de l’indice de réfraction.

6. Mesure en haute tension > G. Autres mesures > c. Température des transformateurs


Réseaux de Bragg

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Une fibre optique peut comporter jusqu’à 1000 réseaux de Bragg, accordés sur des fréquences i toutes différentes.

Principe de la mesure‐Inscriptions des réseaux de Bragg en différents points de la fibre (laser).‐Enroulement de la fibre dans le bobinage du transfo, lors de la construction.‐Injection de lumière blanche dans la fibre : chaque réseau de Bragg réfléchit une raie de lumière correspondant à sa fréquence propre.

Exemple de spectre réfléchi, avec un point chaud au niveau du réseau de Bragg correspondant à la longueur d’onde k .

6. Mesure en haute tension > G. Autres mesures > c. Température des transformateurs


Documents

CHAPITRE 6 Mesure en haute tension 1 A.Mesure des charges statiquesMesure des charges statiques B.Mesure des tensions a.ÉclateursÉclateurs b.Diviseurs