Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
CA 022~033~ 1998-10-22
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Procédé pour déterminer avec une qrande précision un taux de fuite
. d'une enveloppe d'appareillaqe électrique
L'invention concerne un procédé pour déterminer un taux de fuite
à partir d'une série de valeurs de densité d'un gaz diélectrique contenu
sous pression dans une enveloppe à l'intérieur de laquelle est disposé
un appareillage électrique traversé par un courant électrique, chaque
valeur de densité étant calculée par une unité d'enregistrement et de
traitement à partir de couples correspondants de valeurs de pression
et de température délivrées simultanément par un capteur de pression
et par un capteur de température fixés sur l'enveloppe par l'extérieur
et communiquant avec le gaz diélectrique.
Un disjoncteur de réseau de distribution ou de générateur
constitue une application d'un tel appareillage électrique, dans lequel
le gaz diélectrique contenu dans l'enveloppe est par exemple
l'hexafluorure de soufre SF6. Présent sous une pression de quelques
bars à l'état pur ou mélangé avec un autre gaz comme l'air ou le
tétrachlorure de carbone CCI4, le SF6 est utilisé pour éteindre un arc
électrique qui se forme dans l'enveloppe lors de l'ouverture du
disjoncteur.
Le capteur de pression et le capteur de température sont montés
par l'extérieur sur l'enveloppe et communiquent avec le gaz
diélectrique par un conduit formé dans l'épaisseur de l'enveloppe.
Chaque enregistrement de la pression et de la température mesurées
simultanément par ces capteurs permet de calculer une valeur de
densité qui est représentative de la densité réelle du gaz diélectrique
contenu dans l'enveloppe aux incertitudes de mesure près.
On sait que la mesure de la température simultanément à celle
de la pression permet, par une compensation en température, de
s'affranchir d'une diminution de pression qui ne résulte non pas d'une
perte de masse ou d'une fuite du gaz diélectrique hors de l'enveloppe,
mais seulement d'une contraction du gaz diélectrique sous l'effet d'une
diminution de sa température.
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Avec le procédé qui vient d'être décrit, il est possihle de contrôler
des pertes de masse de quelques pour-cent par an. Cependant, des
normes sur la protection de l'environnement peuvent établir à terme
un contrôle à un pour-mille par an, et notamment pour le SF6 ou le
CCI4.
La compensation en température se révèle à elle seule
insuffisante pour garantir un contrôle aussi précis, dans la mesure où
la valeur mesurée de la pression est corrigée par rapport à la valeur
mesurée de la température et non pas par rapport à la valeur réelle de
la température du gaz diélectrique contenu dans l'enveloppe.
Le but de !'invention est d'améliorer la précision de mesure d'un
taux de fuite d'un gaz diélectrique contenu dans une enveloppe d'un
appareillage électrique.
A cet effet, I'invention a pour objet un procédé pour déterminer
un taux de fuite à partir d'une série de valeurs de densité d'un gaz
diélectrique contenu sous pression dans une enveloppe à l'intérieur de
laquelle est disposé un appareillage électrique traversé par un courant
électrique, chaque valeur de densité étant calculée par une unité
d'enrey;sllement et de traitement à partir de couples correspondants
de valeurs de pression et de température délivrées simultanément par
un capteur de pression et par un capteur de température fixés sur
l'enveloppe par l'extérieur et communiquant avec le gaz diélectrique,
caractérisé en ce que chaque valeur de densité est indexée par l'unité
d'enreyistlement et de traitement en fonction d'une valeur du courant
électrique et une valeur d'un paramètre climatique d'un milieu dans
lequel est disposée l'enveloppe, enregistrées simultanément à chaque
couple correspondant de valeurs de pression et de température, pour
déterminer le taux de fuite à partir de taux de fuite indexés qui sont
obtenus à partir de valeurs de densité indexées par un même index.
Selon l'invention, les valeurs du courant électrique qui traverse
l'appareillage électrique sont enregistrées pour prendre en compte un
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échange thermique entre cet appareillage et le gaz diélectrique
contenu dans l'enveloppe. De même, les valeurs du paramètre
climatique du milieu dans lequel est disposée l'enveloppe sont
enregistrées pour prendre en compte un échange thermique entre le
milieu et le capteur de température fixé sur l'enveloppe.
Tout écart entre la température réelle du gaz diélectrique et la
température mesurée par le capteur fixé l'enveloppe, dû par exemple
à une différence d'inertie thermique du gaz et de la sonde de
température montée dans le capteur, reste sensiblement le même s'il
est engendré par un courant électrique sensiblement constant et par
un paramètre climatique sensiblement constant également.
L'enregistrement d'une valeur de courant électrique et d'une
valeur du paramètre climatique simultanément à chaque couple
correspondant de valeurs de pression et de température permet à
I'unité d'enregistrement et de traitement d'assigner un même index à
des valeurs de densité associées à des valeurs de courant électrique
voisines entre elles et à des valeurs du paramètre climatique
également voisines entre elles.
D'où il résulte qu'un taux de fuite indexé, calculé à partir de
valeurs de densité de même index, ne dépend que d'une façon
négligeable de l'écart sensiblement constant qui existe entre la
température réelle du gaz diélectrique et la température mesurées par
le capteur fixé sur l'enveloppe. La précision de mesure du taux de
fuite indexé est ainsi améliorée, de même que la détermination du
taux de fuite, obtenu par une moyenne de taux de fuite indexé.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront
à la lecture de la description illustrée par les dessins.
La figure 1 est un schéma bloc comprenant un appareillage
électrique sur lequel est mis en oeuvre le procédé selon l'invention.
La figure 2 montre une série d'enregistrements effectués selon le
procédé de l'invention.
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La figure 3 montre deux tracés de calcul d'un taux de fuite indexé
selon le procédé de l'invention.
Un appareillage électrique, par exemple un disjoncteur, est
schématisé, figure 1, sous la forme d'un plein 4 disposé dans une
enveloppe 1 cylindrique remplie d'un gaz diélectrique 7 comme le SF6
sous une pression de quelques bars. Le disjoncteur est relié à deux
amenées de courant 3 et 5.
Un capteur de pression et un capteur de température sont fixés
sur l'enveloppe par l'extérieur. Dans l'exemple de la figure 1, le
capteur de pression 11 est équipé d'une sonde de température
interne, et n'impose pas de monter un deuxième capteur de
température.
Le capteur de pression communique avec le gaz diélectrique
contenu dans l'enveloppe par un conduit 9 relativement étroit qui
contient la sonde de température et un détecteur de pression, par
exemple une membrane élastique.
Le capteur de pression 11 délivre vers une unité
d'enregistrement et de traitement 13 un couple de valeurs de pression
P et de température T acquises simultanément. Les couples de
valeurs sont enregistrés par exemple toutes les heures pendant une
période de temps d'une année pour former une série annuelle
d'enregistrements. Il est également prévu d'enregistrer les couples de
valeurs de pression et de température d'une façon sporadique
pendant cette période de temps, par exemple à chaque changement
significatif de la température mesurée. Chaque couple de valeurs est
traité par l'unité d'enregistrement et de traitement 13 pour calculer une
valeur de la densité du gaz diélectrique contenu dans l'enveloppe en
utilisant par exemple une equation d'état empirique et connue dans la
littérature.
Selon l'invention, le procédé prévoit d'enregistrer simultanément
a chaque couple de valeurs de pression et de température, une valeur
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du courant électrique traversant l'appareillage électrique, et une valeur
d'un paramètre climatique du milieu dans lequel est disposée
l'enceinte.
Dans l'exemple de la figure 1, un premier appareil de mesure 17
du type d'un ampèremètre est disposé en dérivation sur les deux
amenées de courant 3 et 5 pour délivrer vers l'unité d'enregistrement
et de traitement 13 une valeur de l'intensité I du courant électrique.
Un deuxième appareil de mesure 15 comprenant un
thermomètre est disposé dans le milieu ambiant de l'enveloppe 3 qui
est en général l'air atmosphérique, pour délivrer vers l'unité
d'enregistrement et de traitement 13 une valeur de la température Te~d
de l'air.
Il est prévu de mesurer avec l'appareil de mesure 15 d'autres
paramètres climatiques du milieu ambiant de l'enveloppe 3, comme
par exemple, le rayonnement solaire dirigé sur l'enveloppe, le degré
d'humidité de l'air atmosphérique, ou la vitesse du vent, I'appareil de
mesure 15 étant équipé de capteurs correspondant à chacun de ces
paramètres climatiques.
Les valeurs du courant électrique et du paramètre climatique
sont traitées par l'unité 13 pour assigner un index à la valeur de la
densité calculée à partir de chaque couple correspondant de valeurs
de pression et de température.
Sur la figure 2, on a représenté une série de n = 10
enregistrements acquis par l'unité 13, qui comportent chacun un
couple de valeurs de pression Pn et de température Tn, une valeur de
courant électrique, et une valeur de température de l'air.
Une valeur du courant électrique, en ampères, est admise dans
l'un des quatre intervalles suivants: 11 = [0 - 500], 12 = [500 - 1000], 13
= [1000 - 1500] et 14 = [1500 - 2000]. Si la valeur du courant électrique
n'est comprise dans aucun de ces intervalles, I'enregistrement est
stocké dans une mémoire séparée de l'unité 13.
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Une valeur de la tempéral.lre extérieure, en degrés celsius, est
admise dans l'un des trois intervalles suivants: 15 = [-10 - 0], 16 = [0 -
10] et 17 = [10 - 20]. Si la valeur de la température extérieure n'est
comprise dans aucun de ces intervalles, I'enregistrement est stocké
dans une mémoire séparée de l'unité 13.
Un index est constitué par un intervalle de valeurs du courant
électrique réuni à un intervalle de valeurs du paramètre climatique.
Les quatre intervalles de valeurs de courant électrique et les trois
intervalles de valeurs de la température extérieure forment par réunion
deux à deux douze index distincts C1 à C12.
Les quatre valeurs de densité déterminées à partir des
enregistrements qui portent les numéros 1, 4, 8 et 10 sont associées à
quatre valeurs de courant électrique admises dans le même premier
intervalle 11 et à quatre valeurs de la température de l'air admises
dans le même deuxième intervalle 15. Ces quatre densités ont le
même index C1 défini par la réunion de l'intervalle 11 et 15.
Les six valeurs de densité déterminées à partir des
enregistrements qui portent les numéros 2, 3, 5, 6, 7 et 9 sont
associées à six valeurs de courant électrique admises dans le même
premier intervalle 14 et à six valeurs de la température de l'air admises
dans le même deuxième intervalle 15. Ces six densités ont le même
index C10 défini par la réunion de l'intervalle 14 et 15.
L'exemple de la figure 2, qui ne comprend qu'un paramètre
climatique, se généralise aisément à plusieurs paramètres
climatiques.
A l'issue de la série, ou en cours de série si le nombre
d'enregistrements déjà acquis est suffisant, des valeurs de densité
ayant un même index sont traitées pour calculer un taux de fuite
indexé Tj.
Figure 3, on a reporté des valeurs de densité en fonction du
numéro des enregistrements pour les index C1 et C10 montrés dans
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la figure 2 et symbolisés respectivement par des triangles et des
carrés. Ces valeurs s'organisent en deux ensembles distincts qui
dessinent sensiblement deux droites. L'unité d'enrey;sl,t:l"ent et de
traile,nent 13 effectue sur chaque ensemble de valeurs de densité de
même index, une régression linéaire et calcule un taux de fuite indexé
~, et ~10 par la pente de chacune des deux droites.
On remarque que les deux droites sont sensiblement parallèles
entre elles et qu'elles sont décalées dans la direction de l'axe qui
portent les valeurs de densité. Ce décalage s'interprète par deux
écarts de température entre la température mesurée par le capteur et
la température réelle du gaz diélectrique sensiblement constants pour
chaque droite mais différent d'une droite à l'autre. Le parallélisme des
droites illustre le fait que tout écart constant est pratiquement sans
influence sur le taux de fuite indexé calculé à partir de valeurs de
densité ayant le même index.
D'où il résulte que la précision de mesure des taux de fuite
indexés et celle du taux de fuite ~, obtenu par une moyenne de taux
de fuite indexé, est d'autant plus élevée que les intervalles de valeurs
du courant électrique et du paramètre climatique réunis dans un index
sont plus étroits.
