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CA 02894907 2015-06-19
MÉTHODE DE LOCALISATION D'UN DÉFAUT ÉCLATEUR
DANS UNE LIGNE ÉLECTRIQUE SOUTERRAINE
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention porte sur une méthode de localisation d'un défaut éclateur dans
une ligne
électrique souterraine.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
0
La localisation de défauts dans des lignes souterraines d'un réseau électrique
consiste à identifier sur une portée de câble, ou au niveau d'un accessoire
tel qu'une
jonction, un emplacement d'un défaut. La demande CA 2805422 (Reynaud et al.)
propose une technique permettant de localiser des défauts sur de longues
lignes
'5 avec plusieurs embranchements, en simulant des éclatements à différentes
distances
sur une ligne à vérifier, en mesurant un éclatement actuel sur la ligne, et en
comparant les simulations avec la mesure pour identifier la meilleure
correspondance
qui indique l'emplacement du défaut. Il peut arriver cependant que la
précision de
localisation avec la technique soit insuffisante en raison de conditions
particulières ou
20 d'une configuration de réseau complexe. Par exemple, si le générateur
d'impulsion
est installé très loin du défaut, le signal mesuré du défaut peut être trop
faible pour
être comparé avec les simulations.
Il existe donc un besoin pour une méthode alternative utilisant un appareil
simple
25 technologiquement, portable, robuste et fiable, dont les coûts de
fabrication et
d'entretien sont bas, qui permet de détecter et localiser un défaut éclateur
dans une
ligne électrique souterraine de manière sécuritaire.
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SOMMAIRE
Selon un aspect de l'invention, il est proposé une méthode de localisation
d'un défaut
éclateur dans une ligne électrique souterraine, comprenant les étapes de:
brancher un générateur d'impulsion de tension à une partie déconnectée de la
ligne électrique;
disposer un détecteur de champ magnétique en surface au dessus de la partie
déconnectée de la ligne électrique;
générer une impulsion de tension dans la partie déconnectée de la ligne avec
le générateur d'impulsion;
mesurer un champ magnétique généré par l'impulsion de tension avec le
détecteur de champ magnétique afin de produire un signal indicatif du champ
magnétique;
repérer une période d'oscillation de résonnance dans le signal;
calculer une distance du défaut par rapport au générateur d'impulsion en
fonction de la période d'oscillation de résonnance, d'une capacité du
générateur
d'impulsion et d'une valeur d'inductance de ligne applicable à la partie
déconnectée
de la ligne électrique; et
localiser le défaut selon la distance calculée.
DESCRIPTION BREVE DES DESSINS
Une description détaillée des réalisations préférées de l'invention sera
donnée ci-
après en référence avec les dessins suivants:
Figure 1 est un graphique illustrant un exemple de courant mesuré par un
détecteur
d'impulsion électromagnétique.
Figure 2 est un diagramme schématique d'une ligne électrique avec un
embranchement et un défaut éclateur.
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Figure 3 est un diagramme filaire équivalent à la ligne électrique de la
Figure 3 durant
un défaut.
Figure 4 est un circuit électrique équivalent de la ligne électrique de la
Figure 3 durant
un défaut.
Figure 5 est un diagramme schématique d'une topologie d'une ligne électrique.
Figures 6A et 6B sont des graphiques illustrant respectivement des
échantillons de
mesures prises sur la ligne de la Figure 5 à partir des premiers puits d'accès
précédent et suivant le défaut.
Figure 6 est un diagramme schématique d'une topologie d'une autre ligne
électrique.
Figures 7A et 7B sont des graphiques illustrant respectivement des
échantillons de
mesures prises sur la ligne de la Figure 6 à partir des premiers puits d'accès
précédent et suivant le défaut.
Figure 8 est un diagramme schématique d'une topologie d'une autre ligne
électrique.
Figures 9A, 9B et 9C 7B sont des graphiques illustrant respectivement des
échantillons de mesures prises sur la ligne de la Figure 8 à partir d'un
premier puits
d'accès précédent le défaut, d'un premier puits d'accès suivant le défaut et
d'un
deuxième puits d'accès suivant le défaut.
Figure 10 est un diagramme schématique d'une topologie d'une autre ligne
électrique.
Figures 11A et 11B sont des graphiques illustrant respectivement des
échantillons de
mesures prises sur la ligne de la Figure 10 à partir d'un puits d'accès où le
défaut se
situe et d'un premier puits d'accès suivant le défaut.
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DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES RÉALISATIONS PRÉFÉRÉES
En référence à la Figure 2, il est montré un schéma d'une ligne électrique
souterraine
3 avec un embranchement. La méthode selon l'invention permet de détecter et
localiser un défaut éclateur 2 dans un câble 4 de la ligne souterraine 3 à
partir de la
surface. La méthode utilise un générateur d'impulsion 6 branché à une partie
déconnectée de la ligne souterraine 3 à vérifier, et un détecteur de champ
magnétique 8 de préférence portable et disposé en surface près de la ligne
souterraine 3, par exemple à une distance entre 1 et 3 mètres ou plus du câble
4
selon la sensibilité du détecteur de champ magnétique 8. Le détecteur 8 n'a
pas
besoin d'être en contact avec le câble. De préférence, le détecteur de champ
magnétique 8 sera disposé au dessus de la ligne 3 juste après le générateur
d'impulsion 6 de manière à éviter qu'il se retrouve après le défaut 2. Il peut
néanmoins être disposé n'importe où entre le générateur d'impulsion 6 et le
défaut 2.
Selon la méthode, une impulsion de tension faisant apparaître le défaut 2 est
générée
par le générateur d'impulsion 6. La méthode permet de fournir une distance
entre le
générateur d'impulsion 6 et le défaut 2, et une indication que le détecteur de
champ
magnétique 8 est situé au-delà du défaut 2 s'il y a lieu, par exemple lorsque
si
l'utilisateur vient de dépasser le défaut 2 en marchant le long de la ligne 3
avec le
détecteur de champ magnétique 8.
En référence à la Figure 1, la méthode utilise un effet de résonnance et
mesure le
champ magnétique causé par le courant d'impulsion source ("thumper discharge")
et
l'analyse. Avant la position du défaut 2 (montré e.g. à la Figure 2), le champ
magnétique contient deux composantes dans son signal 10: une composante A
constituée des réflexions de défaut à hautes-fréquences (depuis le générateur
6
jusqu'au défaut 2 puis retournant au générateur 6 et ainsi de suite); et une
composante B constituée d'une oscillation à fréquence plus basse causée par la
capacité du générateur 6 et l'inductance totale de la ligne 3 (résonnance).
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Théoriquement, et partant du générateur d'impulsion de tension 6,
l'oscillation de
résonnance disparaît tout juste après la position du défaut 2. Toutes ces
mesures
sont prises durant le temps de claquage du défaut 2, c'est à dire lorsque
l'arc
électrique est encore présent.
Un aspect de la méthode selon l'invention est qu'avant le défaut 2, la période
de
l'oscillation de résonnance représente toujours la distance entre le
générateur 6 et le
défaut 2. Cette caractéristique permet de considérer la méthode comme une
localisation de défaut par résonnance. Le signal 10 contient à la fois
l'oscillation de
IO résonnance (fréquence plus basse) et les réflexions du défaut 2 vers le
générateur 6
(fréquence plus élevée). Un autre aspect de la méthode est qu'après le défaut
2, le
signal 10 ne contient que les réflexions du défaut 2 vers le bout de la ligne
3, qui est
en circuit ouvert. Ainsi, les formes d'onde avant et après le défaut 2 sont
différentes.
Un autre aspect de la méthode est que l'amplitude du signal 10 mesuré par le
5 détecteur 8 n'a pas d'impact, seul la forme est à analyser (i.e. la
distance entre le
détecteur 8 et le câble 4 n'a pas d'impact en autant que le détecteur 8 mesure
quelque chose). Un autre aspect de la méthode est que les embranchements avant
ou après la position du défaut 2 n'ont pas d'effet sur la méthode.
20 Le signal 10 représente un exemple de mesure typique de champ magnétique
dans
un puits d'accès. Le calcul de la distance du défaut 2 par rapport au
générateur 6 est
basé sur la fréquence de l'oscillation:
W() 1
f 0
27z-
où C est la capacité du générateur d'impulsion 6 et L est l'inductance par
mètre de la
25 ligne 3.
En référence à la Figure 3, il est montré la même ligne 3 qu'à la Figure 2,
mais
dessinée en termes d'équivalent filaire durant le défaut 2 qui agit comme
court-circuit
entre le conducteur 12 et le neutre 14. Toutes les extrémités sauf celle du
générateur
5
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=
d'impulsion 6 et celle du défaut 2 sont vu comme des circuits ouverts durant
l'éclatement.
En référence à la Figure 4, il est montré un schéma électrique équivalent de
la ligne
3, où C1 représente la capacité du générateur 6 et L1 représente l'inductance
totale
de la ligne 3. La branche ouverte n'ajoute pas d'inductance à l'inductance
totale de la
ligne 3 et n'a pas d'effet sur le calcul de la distance du défaut 2.
Dans la réalité, le comportement de chaque défaut diffère d'après l'impédance
de
0 défaut, la température, la présence d'eau, le temps de charge avant que le
défaut
survienne, et divers autres paramètres. Mais les tests qui suivent démontrent
que les
résultats sont suffisamment bons pour localiser un défaut 2. Il est à noter
que pour
ces tests, l'emplacement du défaut était connu et des mesures ont été faites
juste
avant et après le défaut. Le générateur d'impulsion 6 (comme montré à la
Figure 2)
utilisé pour les tests avait un condensateur de 4 pF, et était connecté à la
ligne 3 avec
des câbles de connexion ayant une inductance L de 475 nH/m et une longueur de
50 m. Ces caractéristiques sont incluses dans les calculs qui ont été basés
sur des
mesures manuelles sur les graphiques. Un traitement numérique des mesures peut
être réalisé afin d'obtenir une meilleure précision si voulu. Les mesures ont
été prises
20 par le détecteur de champ magnétique 8 à une distance de 1 à 3 mètres du
câble 4, à
l'extérieur des puits d'accès, en utilisant une antenne, un circuit
amplificateur et un
oscilloscope (non illustrés).
Test 1
En référence à la Figure 5, il est montré une ligne 3 ayant trois
embranchements et
une longueur totale de câble de 4928 mètres. La distance L du défaut réel est
de
175m, le câble est de type 500 MCM et a une inductance de 238 nli/m.
La Figure 6A montre un échantillon d'une mesure prise à partir du premier
puits
d'accès avant le défaut. La Figure 6B montre un échantillon d'une mesure prise
à
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partir d'un des premiers puits d'accès après le défaut. L'absence
d'oscillations de
résonnance à fréquence plus basse indique clairement que le défaut a été
dépassé.
Dans la Figure 6A, l'oscillation de résonnance mesurée a une période de 100
ps. Des
calculs montrent que cela correspond à une distance de 165 m comparativement à
la
distance réelle de 175 m.
Test 2
En référence à la Figure 7, il est montré une ligne 3 ayant un embranchement
de 30
mètres et une longueur totale de câble de 2463 mètres. La distance L du défaut
réel
est de 380 m, et le câble est de type 500 MCM et a une inductance de 239 nH/m.
En référence à la Figure 8B, le signal après l'emplacement du défaut s'avère
indétectable. Seul un bruit de faible intensité est enregistré. Le signal est
clairement
5 différent avant (Figure 8A) et après (Figure 8B) l'emplacement du défaut.
Dans la
Figure 8A, l'oscillation de résonnance mesurée a une période de 140 ps. Les
calculs
montrent que cela correspond à une distance de 415 m comparativement à la
distance réelle de 380 m.
Test 3
En référence à la Figure 9, il est montré une ligne 3 ayant un embranchement
de 30
mètres et une longueur totale de câble de 2463 mètres. La distance L du défaut
réel
est de 591 m, et le câble est de type 500 MCM et a une inductance de 238 nH/m.
En référence aux Figures 10A, 10B et 10C, il est intéressant de noter que la
forme du
signal commence à changer à l'emplacement du défaut mais que l'oscillation de
résonnance ne disparaît seulement qu'à deux puits d'accès après le défaut.
Dans la
Figure 10A, l'oscillation de résonnance mesurée a une période d'environ 170
ps. Les
calculs montrent que cela correspond à une distance de 655 m comparativement à
la
distance réelle de 591 m.
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Test 4
En référence à la Figure 11, il est montré une ligne 3 n'ayant pas
d'embranchement
et une longueur totale de câble de 4579 mètres. La distance L du défaut réel
est de
240 m, et le câble est de type 750 MCM et a une inductance de 160 nH/m.
= En référence à la Figure 11A, la première mesure prise dans ce cas est à
l'emplacement du défaut. Le signal est légèrement déformé comparativement à un
signal attendu avant le défaut. L'oscillation de résonnance mesurée a une
période
d'environ 117 ps. Les calculs montrent que cela correspond à une distance de
390 m
comparativement à la distance réelle de 240 m. Cela reste quand même un
résultat
décent pour une ligne de 4.5 kilomètres de long. La Figure 11B montre une
mesure
prise au premier puits d'accès après le défaut. Les oscillations de résonnance
ne
disparaissent pas clairement après le défaut. Ils tendent à indiquer que les
caractéristiques du défaut entrent en jeu. Selon la façon que le défaut
éclate, un
certain signal peut demeurer quand même sur le reste de la ligne.
Les résultats précédents montrent que la méthode selon l'invention fonctionne
pour
déterminer la distance d'un défaut et le localiser. Certains résultats comme
dans le
test 4 peuvent être plus difficiles à interpréter, possiblement en raison du
type de
défaut (basse ou haute impédance) qui peut avoir un impact significatif sur le
signal
mesuré. La distance évaluée du défaut dépendant directement de l'inductance de
câble, il est possible d'utiliser une marge d'erreur si l'inductance est
inconnue. Aussi,
une mesure avant la mise en opération du générateur d'impulsion 6 peut être
prise
afin de mesurer le bruit ambiant sur la ligne en vue de l'éliminer dans une
mesure de
localisation du défaut en particulier lorsqu'un traitement numérique est
utilisé pour
analyser la mesure.
Pour des lignes à embranchements, la méthode par résonance peut être utilisée
en
conjonction avec le fait que la résonance n'apparaît pas après le défaut et
pas non
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plus sur les branches sans défaut, ce qui permet facilement d'identifier la
branche
avec le défaut.
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.
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