Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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WO 2012/012897
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LOCALISATION D'UN DÉFAUT SUR UNE SECTION DE LIGNE
ÉLECTRIQUE HORS TENSION
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention porte en général sur la localisation d'un défaut sur une ligne
électrique, et plus particulièrement sur une méthode et un système de
localisation d'un défaut sur une section de ligne hors tension, par exemple
d'une ligne d'un réseau de distribution.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
La localisation de défauts dans des lignes souterraines d'un réseau de
distribution moyenne tension consiste à identifier sur une portée de câble, ou
au
niveau d'un accessoire tel qu'une jonction, un emplacement d'un défaut qui a
préalablement fait disjoncter une ligne en service, ou qui ne permet pas à une
ligne de tenir une tension lors d'essais diélectriques ou autres essais
similaires
tels par VLF ("Very Low Frequency").
Un défaut consiste la plupart du temps en un circuit ouvert (neutre et/ou
conducteur sectionné, jonction mal installée), un court-circuit franc (neutre
et
conducteur du câble qui se touchent, conducteur externe qui traverse le câble
ou jonction mal installée), ou un défaut d'isolement.
Différentes techniques permettent de déterminer l'endroit d'un défaut,
généralement rapporté sous forme d'une distance du défaut sur une ligne
depuis un point de mesure. Une confirmation d'un défaut et de sa localisation
sur une portée ou une jonction peut se faire de manière visuelle ou auditive.
Une des techniques de localisation parmi celles les plus couramment utilisées
fait appel à un réflectomètre ou un réflectomètre sur arc. Le principe d'un
réflectomètre consiste à envoyer une impulsion de faible voltage sur la ligne
et
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à interpréter un signal qui revient en écho, au moyen d'un échomètre qui
affiche
les différentes réflexions de l'impulsion dans le signal selon une distance
parcourue dans le temps. Le temps est proportionnel à la distance car la
vitesse
de propagation du signal est considérée comme constante. Un défaut apparait
comme une discontinuité anormale dans le signal par rapport à une échométrie
sur une phase saine de la même ligne. Un réflectomètre sur arc relève du
même principe de base, sauf qu'une impulsion haute tension qui crée un arc
sur le défaut (un filtre aide à maintenir l'arc) est tout d'abord envoyée,
suivie à
retardement d'une impulsion basse tension qui vient rebondir sur cet arc et
qui
donne une lecture de l'échométrie.
Un réflectomètre fonctionne bien sur des lignes courtes, de 0 à 800 m, moins
bien sur des distances plus grandes. Un réflectomètre sur arc fonctionne sur
des distances plus grandes, jusqu'à quelques kilomètres. Mais dans les deux
cas, les lectures sont difficiles à interpréter (plus le défaut est loin,
moins le
signal est interprétable) et une expertise avancée est requise. De plus, les
réflectomètres deviennent rapidement inefficaces lorsque qu'une ligne
comporte des embranchements, les multiples réflexions ayant tendance à
"noyer" la discontinuité causée par le défaut, à moins que celui-ci ne se
situe
avant les embranchements.
Une des techniques de confirmation parmi celles les plus couramment utilisées
fait appel à un générateur d'impulsions (nommé "thumper" en anglais). Le
générateur est utilisé pour envoyer une impulsion de plusieurs kilovolts sur
une
ligne en défaut et mise hors service. L'onde de tension crée un arc électrique
au niveau du défaut, entre le neutre et le conducteur. Le défaut agit comme un
éclateur. Les ondes électromagnétiques générées par ce claquage peuvent être
suivies avec des outils balistiques et permettent de se rapprocher du défaut
en
parcourant la ligne. Toutefois, cette technique n'est pas toujours très
efficace.
Le son émis par le claquage est généralement audible à l'oreille humaine. En
parcourant la ligne, une personne peut "écouter" (à l'oreille si les câbles
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passent dans des conduits et des structures souterraines, ou avec des
appareils spécialisés d'amplification) et identifier l'emplacement du défaut.
Un générateur d'impulsions est simple d'utilisation, mais il est parfois très
difficile d'entendre le défaut. Son utilisation à répétition (c'est-à-dire
tant que le
défaut n'est pas confirmé) a tendance à réduire la durée de vie des composants
du réseau.
Un réseau de distribution souterrain comporte généralement des zones à forte
densité de charge et des zones à faible densité de charge. Dans les zones à
forte densité, les lignes ont souvent plusieurs embranchements et sont de
l'ordre de 1 à 3 kilomètres de long. Dans les zones à faible densité, les
lignes
ont peu d'embranchements, mais peuvent aller jusqu'à 15 kilomètres de long.
Dans les deux cas, les réflectomètres sont difficiles d'utilisation, demandent
beaucoup d'expertise et d'expérience et sont souvent inefficaces. Dans les
deux cas, l'utilisation directe du générateur d'impulsion, sans localisation
préalable, implique un nombre élevée d'impulsions envoyées jusqu'à la
confirmation du défaut, ce qui nuit a long terme aux équipements.
SOMMAIRE
Un objet de la présente invention est de proposer une méthode et un système
de localisation efficace sur des lignes pouvant être très longues avec ou sans
embranchements.
Un autre objet de la présente invention est de proposer une telle méthode et
un
tel système qui réduisent les risques d'endommager l'équipement sur les
lignes.
Un autre objet de la présente invention est de proposer une telle méthode et
un
tel système qui sont faciles d'utilisation et requièrent moins d'expertise et
d'expérience que les techniques habituelles avec réflectomètres.
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Selon un aspect de l'invention, il est proposé une méthode utilisant un
ordinateur pour localiser un défaut sur une section de ligne électrique hors
tension, comprenant les étapes de:
appliquer un signal de tension sur la section de ligne électrique de
manière à produire un signal de réflexion sur la section de ligne électrique
caractérisant le défaut;
mesurer le signal de réflexion sur la section de ligne électrique produit en
réponse au signal de tension;
l'ordinateur simulant, avec un modèle de la section de ligne électrique,
une application du signal de tension sur la section de ligne électrique et des
mesures d'une pluralité de signaux de réflexion, chacun étant produit en
réponse au signal de tension pour un défaut situé à différents endroits le
long
de la section de ligne électrique;
l'ordinateur comparant les signaux de réflexion simulés pour le défaut
situé à différents endroits avec le signal de réflexion mesuré; et
l'ordinateur indiquant sur un écran connecté à l'ordinateur un
emplacement du défaut sur la section de ligne électrique d'après l'endroit du
défaut pour le signal de réflexion simulé ayant une plus grande corrélation
avec
le signal de réflexion mesuré.
Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un système pour localiser
un
défaut sur une section de ligne électrique hors tension, comprenant:
une interface pour recevoir un signal de réflexion mesuré caractérisant le
défaut et découlant d'un signal de tension appliqué sur la section de ligne
électrique;
un engin de simulation simulant, avec un modèle de la section de ligne
électrique, une application du signal de tension sur la section de ligne
électrique
et des mesures d'une pluralité de signaux de réflexion, chacun étant produit
en
réponse au signal de tension pour un défaut situé à différents endroits le
long
de la section de ligne électrique;
un processeur se connectant à l'interface;
un écran connecté au processeur; et
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une mémoire couplée au processeur, la mémoire emmagasinant des
instructions exécutables par le processeur et qui, lorsqu'exécutées par le
processeur, entraîne le processeur à:
comparer les signaux de réflexion simulés pour le défaut situé à
différents endroits avec le signal de réflexion mesuré; et
indiquer à l'écran un emplacement du défaut sur la section de ligne
électrique d'après l'endroit du défaut pour le signal de réflexion simulé
ayant
une plus grande corrélation avec le signal de réflexion mesuré.
Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un produit tangible et
non
transitoire de programme informatique pour localiser un défaut sur une section
de ligne électrique hors tension, contenant des instructions qui,
lorsqu'exécutées par un processeur, entraîne le processeur à réaliser les
étapes de:
recevoir un signal de réflexion mesuré caractérisant le défaut et
découlant d'un signal de tension appliqué sur la section de ligne électrique;
simuler, avec un modèle de la section de ligne électrique, une application
du signal de tension sur la section de ligne électrique et des mesures d'une
pluralité de signaux de réflexion, chacun étant produit en réponse au signal
de
tension pour un défaut situé à différents endroits le long de la section de
ligne
électrique;
comparer les signaux de réflexion simulés pour le défaut situé à
différents endroits avec le signal de réflexion mesuré; et
indiquer sur un écran couplé au processeur un emplacement du défaut
sur la section de ligne électrique d'après l'endroit du défaut pour le signal
de
réflexion simulé ayant une plus grande corrélation avec le signal de réflexion
mesuré.
DESCRIPTION BREVE DES DESSINS
Une description détaillée des réalisations préférées de l'invention sera
donnée
ci-après en référence avec les dessins suivants:
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Figure 1 est un diagramme schématique illustrant un système de pré-
localisation de défaut selon l'invention.
Figure 2 est un diagramme schématique illustrant une ligne électrique typique.
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Figure 3 est un diagramme schématique illustrant une section de ligne de
2 265 m, sans embranchement.
Figure 4 est un graphique illustrant des exemples de signatures mesurées
d'une ligne avec et sans défaut.
Figures 5A, 5B et 50 sont des graphiques illustrant des exemples de signatures
simulées avec défaut à 500, 1000 et 2000 m.
Figure 6 est un graphique illustrant un front de claquage dans une signature
mesurée.
Figures 7 et 8 sont des graphiques illustrant une signature mesurée non
filtrée
immédiatement après son échantillonnage, et la même signature filtrée, pour
une ligne sans défaut.
Figure 9 est un graphique illustrant une courbe de la différence entre une
signature mesurée sans défaut et une signature mesurée avec défaut.
Figure 10 est un graphique illustrant un signal correspondant à la courbe des
pentes en chaque point de la courbe de différence.
Figure 11 est un diagramme schématique illustrant une interface du système
servant à comparer une simulation avec une signature mesurée avec défaut, en
tenant compte d'une position d'un premier front de claquage.
Figure 12 est un diagramme schématique illustrant une identification
d'emplacements possibles du défaut sur un plan d'une ligne.
Figures 13A et 13B sont des diagrammes schématiques illustrant des
opérations suivant la méthode selon l'invention.
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Figure 14 est un diagramme schématique illustrant un modèle de source
d'impulsion pour les simulations.
Figure 15 est un diagramme schématique illustrant un modèle d'éclateur pour
les simulations.
Figure 16 est un diagramme schématique illustrant un modèle simplifié de câble
utilisé pour déterminer des valeurs d'un modèle par section de composants
discrets pour les simulations.
Figure 17 est un diagramme schématique illustrant un modèle par section de
composants discrets pour les simulations.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES RÉALISATIONS PRÉFÉRÉES
En référence à la Figure 1, la méthode de localisation selon l'invention
s'appuie
sur les principes suivants. Le claquage d'un défaut 2 sur une phase 4 de la
section de ligne électrique sous test produit une onde de tension qui se
propage
et "rebondit" aux extrémités de la ligne sans arrêt jusqu'à atténuation
complète.
Depuis un générateur de signal de tension 6 (e.g. d'impulsions, de tension
continue ou autre si voulu) connecté au conducteur 8 de la phase 4 à vérifier
et
utilisé pour produire un claquage, un arc électrique est vu comme une
extrémité
(circuit basse impédance, quelques Ohms). La durée d'existence de l'arc
électrique est largement supérieure à la période nécessaire à une observation
de plusieurs allers-retours de l'onde de claquage. Un claquage à un endroit
donné d'une section de ligne produit un signal qui est unique et qui peut être
modélisé afin de le simuler.
En se basant sur ces principes, la méthode selon l'invention revient en
quelque
sorte à réaliser les étapes suivantes:
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- simuler des claquages à des intervalles de distance réguliers (ou connus)
sur
une ligne ou section de ligne à vérifier, en observant le signal depuis un
point
où est installé le générateur de signal de tension 6 (ou un autre point si
voulu);
- mesurer sur la ligne réelle un claquage réel, au point où est installé le
générateur de signal de tension 6 (ou un autre point si voulu); et
- comparer les simulations avec la mesure et identifier la simulation qui
ressemble le plus à la mesure ("best match"), la simulation correspondant à
un point unique sur la ligne et indiquant un emplacement du défaut.
La méthode s'applique en outre sur une phase d'un câble triphasé ou sur un
câble monophasé. Toutes les phases de la ligne sous test sont préalablement
ouvertes aux extrémités et non mises à la terre.
La méthode s'applique sur des lignes de quelques centaines de mètres à
plusieurs kilomètres de câble. Elle permet de localiser des défauts même dans
le cas où la ligne comporte des embranchements de longueurs diverses.
La méthode peut également être appliquée à d'autres types de lignes
électriques comme une ligne téléphonique, terrestres ou non (e.g. dans un
bateau, un avion, etc.).
Une sonde 10 de type capacitif ou autre est connectée au conducteur 8 pour
mesurer les signaux produits en réponse au signal de tension injecté dans le
conducteur 8. La sonde 10 peut être configurée pour permettre d'avoir une
atténuation des signaux par exemple de 2000 à 20 000 fois. D'autres types de
sondes peuvent être utilisées, du moment que l'amplitude du signal qui arrive
en entrée d'un convertisseur analogique/numérique 12 est compatible avec les
plages d'utilisation du convertisseur 12.
Dans un réseau souterrain, les portées de câbles peuvent être presque
exclusivement enfouies dans des conduits entre deux structures. Quand une
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portée comporte un défaut, il faut généralement l'extraire et la changer au
complet. La précision nécessaire pour localiser un défaut est dans ce cas
assez
faible, puisqu'il suffit de localiser le défaut entre deux puits d'accès qui
peuvent
être distants de quelques dizaines de mètres à quelques centaines de mètres.
Dans le cas de câbles directement enfouis dans le sol, la précision demandée
est beaucoup plus grande, e.g. 2 à 3 mètres, puisqu'il faut généralement
creuser pour réparer le câble.
La précision de la localisation dépendra de la précision avec lesquels les
modèles de simulation sont développés et de la précision avec laquelle les
simulations sont réalisées.
Les signaux numérisés par le convertisseur 12 peuvent être transmis à un
système informatique ou électronique afin d'être traité suivant la méthode
selon
l'invention. Dans le cas d'un système informatique tel qu'illustré dans la
Figure
1, le système peut comporter un ordinateur 14 pouvant être portable et ayant
une interface 13 pour recevoir les signaux numérisés, un processeur 15 se
connectant à l'interface 13 et une mémoire 17 couplée au processeur.
L'ordinateur 14 peut être programmé pour exécuter partiellement ou totalement
la méthode de localisation selon l'invention. Par exemple, les simulations
peuvent être réalisées par l'ordinateur 14 ou par un engin de simulation 19
implémenté par un ordinateur 16 distinct susceptible d'être plus puissant et
relié
à une base de données topologiques 18 du réseau dont fait partie la section de
ligne sous test. Les données topologiques du réseau peuvent être entrées
manuellement ou non dans l'ordinateur de simulation 16 par un opérateur 20,
les données pouvant ensuite être conservées dans la base de données 18 si
voulu. L'ordinateur 14 peut se connecter à l'ordinateur 16 via intemet ou
toute
autre lien de communication, et peut afficher les résultats de la localisation
du
défaut sur son écran tel que représenté par le bloc 22. L'ordinateur 14 peut
également être chargé de réaliser les simulations et donc implémenter l'engin
de simulation 19 et être connectable à la base de données 18. D'autres
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configurations de système sont possibles, par exemple sans ordinateur 14,
auquel cas les signaux mesurés et numérisés seraient alors transmis à
l'ordinateur 16.
En référence à la Figure 2, les lignes de distribution sont souvent
constituées
d'un tronçon principal 24 sur lequel se rattache une ou plusieurs branches 26
(e.g. deux sont illustrées dans la Figure 2).
Lorsqu'une impulsion 28 (formant le signal de tension) est appliquée à
l'entrée
d'une ligne, l'impulsion 28 se propage et se réfléchit sur tout changement
d'impédance. Les réflexions significatives se produisent en particulier aux
extrémités de la ligne et aux embranchements. Il peut aussi y avoir des
réflexions sur des anomalies de la ligne, par exemple sur un point où la ligne
aurait subit un dommage.
Toutes ces réflexions peuvent être visualisées par une mesure de la tension ou
du courant en différents points de la ligne. Il est particulièrement pratique
de le
faire à l'entrée de la ligne, à l'endroit même où l'impulsion 28 est de
préférence
injectée. L'impulsion 28 peut être injectée dans la ligne à un autre endroit
si
voulu.
La mesure de la tension ou du courant en un point quelconque d'une ligne, en
réponse à une impulsion de tension, montre un graphique qui est propre et
unique à la configuration de la ligne. Dans la description qui suit, il sera
fait
uniquement référence à une mesure de la tension, pour simplifier. Il est
entendu
qu'une mesure de courant peut tout aussi bien être utilisée si voulu. De même,
il sera fait uniquement référence à une impulsion, pour simplifier. Il est
entendu
qu'un signal de tension différent peut tout aussi bien être utilisé si voulu.
La mesure de la tension constitue donc une "signature" de la ligne, de son
caractère particulier. Elle est le résultat de l'addition dans le temps des
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variations de tension, en un point donné, des différentes réflexions
apparaissant
le long du parcours de la ligne. Cette addition crée des formes complexes.
En référence à la Figure 3, il est montré une section de ligne 30 de 2 265 m
de
long sans embranchement, utilisée à titre d'exemple dans les explications qui
suivent.
Lorsqu'une impulsion est appliquée avec le générateur 6 (illustré à la Figure
1)
sur une ligne comportant un défaut éclateur, les résultats seront différents
dépendamment des tensions appliquées.
En référence à la Figure 4, si la tension est basse (typiquement 1 kV, mais
pouvant par exemple varier de l'ordre de 500 V à 4 kV selon le cas pour des
lignes moyenne-tension de 12 kV et 25 kV, tension phase-terre), le défaut ne
produira pas d'arc (pas de claquage) et la ligne se comportera la plupart du
temps comme une ligne saine. Le signal mesuré en réponse à l'impulsion de
basse tension constituera alors une signature appelée signature de ligne sans
défaut, tel que représentée par la courbe 32.
Si la signature d'une ligne dans son état normal sans défaut est connue, les
signatures subséquentes, dans les mêmes conditions de mesure, seront
identiques. La signature constitue donc un test de la stabilité de la
configuration
ou de l'état de la ligne.
Lorsqu'une ligne a subit un défaut éclateur, un disjoncteur (non illustré) a
ouvert
le circuit, car le courant, lors de l'apparition de l'arc, a monté en flèche.
Pour
trouver l'endroit où se produit l'arc, il est donc utile de le provoquer à
l'aide du
générateur d'impulsions 6. Lors de l'application d'une impulsion de forte
tension
(typiquement 18 kV, mais pouvant être adaptée selon le type de réseau de
manière à faire claquer le défaut tout en minimisant les risques de
détérioration
des câbles), il est possible de faire une mesure de la tension à l'entrée de
la
ligne, à l'endroit même ou la tension est injectée avec le générateur 6. Cette
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mesure constitue la signature de la ligne avec défaut, tel que représentée par
la
courbe 34. La mesure peut être prise ailleurs sur la ligne si voulu.
Comparer une signature sans défaut et une signature avec défaut met en
évidence une altération des caractéristiques de la ligne.
Il est possible, à l'aide d'un engin de simulation 19 (illustré à la Figure
1), de
calculer toutes les réflexions qui se produirait dans un câble soumis à des
impulsions et de visualiser à l'avance le comportement de la tension et du
courant en n'importe quel point de la ligne.
Dans la méthode selon l'invention, il s'agit de la simulation de la signature
de la
ligne sans défaut (qui ressemblerait à la courbe 32 dans la Figure 4), et de
la
simulation de signatures de la ligne avec défaut, en plaçant le défaut à
différents endroits tout le long de la ligne tel qu'illustré par les courbes
34'a, 34'b
et 34'c illustrées dans les Figures 5A, 5B et 5C pour des distances
respectives
de 500 m, 1 000 m et 2 000 m à partir d'un début de la ligne.
Les simulations sont possibles en autant que les modèles utilisés par le
simulateur sont réalistes. L'engin de simulation 19 calcule des variations de
tension et courant en fonction des éléments du modèle. Plus la précision
voulue
est élevée, plus le modèle comporte d'éléments et plus la simulation est
lourde
et demande du temps de calcul.
Un compromis entre la précision et le temps de calcul peut être fait. La
qualité
des modèles peut s'avérer particulièrement importante. Plus le modèle est
élaboré, plus les résultats sont précis. Mais dans ce cas, le modèle comporte
plus d'éléments, ce qui implique plus de temps de calcul. Il y a donc des
compromis à faire en fonction des résultats escomptés.
Un modèle peut être utilisé pour chaque type de câble, pour le générateur
d'impulsion 6 et pour le défaut éclateur 2. Des simulations à chaque
intervalle
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de 20 m et à chaque structure ou extrémité de la ligne peuvent être
effectuées.
D'autres intervalles peuvent être choisis si voulu.
Lorsqu'une simulation est faite, un temps de propagation du signal qui dépend
des modèles est obtenu. Mais la réalité peut être légèrement différente des
modèles et le temps de propagation moyen peut-être plus ou moins élevé dans
la réalité que dans les simulations. Pour palier à cette éventuelle différence
"réalité/simulation", une étape qui peut initialement être effectuée lors
d'une
localisation avec la méthode, est de comparer une mesure de signature sans
défaut avec une simulation de signature sans défaut.
Un coefficient de correction temporelle Oct découlant de la différence entre
les
vitesses/temps de propagation des signaux voyageant sur la section de ligne
électrique et les signaux simulés est déterminé. Mais corriger numériquement
toutes les simulations relativement à une mesure peut être trop coûteux en
temps de calcul. L'inverse peut alors être fait de sorte que chaque mesure
(i.e.
signal de réflexion mesuré) est corrigée relativement aux simulations (i.e.
signaux de réflexion simulés correspondants).
Pour trouver le coefficient de correction, les étapes suivantes peuvent être
effectuées:
- faire varier par traitement numérique la période de temps At d'un signal
mesuré (ce qui revient à compresser ou étirer le signal mesuré sur une
échelle de temps);
- calculer un coefficient de corrélation entre le signal mesuré modifié et un
signal simulé, la corrélation étant de préférence faite en alignant des fronts
de tension au départ des deux signaux;
- un At qui donne un plus haut coefficient de corrélation entre les 2 signaux
est
retenu, ce qui signifie que les 2 signaux se ressemblent le plus;
- calculer le coefficient de correction temporelle Cct = Ais où Ats
représente la
Atm
période de temps du signal simulé et Atm représente la période de temps du
signal mesuré qui donne la meilleure corrélation entre les 2 signaux.
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Le At de toute mesure peut par la suite être multiplié par Oct avant que le
signal
de mesure ne soit comparé avec les simulations.
En référence à la Figure 6, pour localiser le défaut, les simulations de la
ligne
avec défaut sont comparées à la mesure du signal lors de l'impulsion de choc.
Si un cas idéal est pris, le défaut apparait sur la ligne comme un front 36
bien
distinct. Dans la Figure 6, le front 36 arrive aux alentour de 2.2 km de
distance.
Mais dans la majorité des cas, cette distance n'est pas celle du défaut sur la
ligne. Le temps pris par le défaut éclateur pour se charger en tension avant
d'éclater cause un décalage vers la droite du front. Par exemple, dans le cas
d'un câble ayant une vitesse de propagation de 150 m par microseconde, un
délai de 5 microsecondes avant le claquage fait apparaître le front 750 m plus
loin que le défaut réel.
A cause du retard possible du claquage, le début du premier front 36 est
déterminé et la mesure et les simulations sont de préférence comparées
uniquement à partir du début de ce front 36. La position du front 36 peut être
déterminée par traitement numérique des mesures de la signature sans défaut
et de la signature avec défaut.
Tous les signaux sont de préférence filtrés avant leur traitement par un
filtre
passe-bande qui peut être implémenté dans l'ordinateur 14 (illustré à la
Figure
1), en général entre 100 kHz et 5 MHz. De cette manière, les signaux seront
plus uniformes. Les variations importantes sont conservées tandis que le
niveau moyen en basse fréquence n'apporte pas d'information utile.
La Figure 7 représente une signature non filtrée, immédiatement après son
échantillonnage, alors que la Figure 8 représente la même signature une fois
filtrée.
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Pour trouver le front du claquage, la différence entre la signature mesurée
sans
défaut 32 et la signature mesurée avec défaut 34 peut être réalisée. Au
préalable, d'autres traitements peuvent être appliqués sur les signaux par
l'ordinateur 14 (illustré à la Figure 1), tel qu'un fenêtrage qui permet
d'atténuer
l'importance du début et de la fin du signal. La Figure 9 montre un exemple de
courbe 38 résultant de la différence entre les signatures mesurées avec et
sans
défaut 34, 32.
La courbe des pentes en chaque point de la courbe de différence 38 peut
ensuite être déterminée, ce qui revient à en déterminer la dérivée. La Figure
10
illustre le signal obtenu 40.
Le premier pic au dessus d'un seuil qui est situé par exemple par défaut à 70%
de l'amplitude maximale est ensuite recherché dans la dérivée de la différence
40. Le seuil de 70% peut avoir été déterminé après essais/erreurs comme étant
le seuil permettant de détecter le plus sûrement possible le premier front du
claquage tout en évitant de détecter des fronts dus à des parasites ou des
changements d'impédance sur le parcours de la ligne. La valeur du seuil peut
être différente si voulu, selon les circonstances.
La position du premier pic correspond au début du premier front de claquage
sur le signal de mesure de la signature avec défaut.
En référence à la Figure 11, la position du premier front du claquage étant
identifiée, il est maintenant possible de comparer la mesure de la signature
avec défaut 34 aux simulations 34'.
Chaque simulation 34' est comparée avec le signal mesuré de la signature avec
défaut 34. Le résultat de cette comparaison est un coefficient de similitude
dont
le maximum est atteint lorsque les 2 signaux se ressemblent parfaitement. La
simulation qui donne le coefficient de similitude le plus élevé indique
l'emplacement du défaut. Cette simulation correspond en un point précis 42 de
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la ligne qui est facile d'identifier sur le plan de la ligne 30, tel
qu'illustré à la
Figure 12.
Les Figures 13A et 13B présentent une vue d'ensemble d'opérations réalisées
par la méthode de localisation selon l'invention. Les opérations peuvent être
divisées en un bloc 44 portant sur les signatures sans défaut et un bloc 46
portant sur les signatures avec défaut et produisant une indication de
l'emplacement du défaut d'après la simulation qui obtient le meilleur score de
corrélation avec le signal mesuré tel représenté par le bloc 48, ou d'après
une
structure (chaque simulation correspondant à un point sur la ligne situé entre
deux structures du réseau clairement identifées) qui apparaît le plus souvent
dans les trois simulations ayant le plus haut score de corrélation tel que
représenté par le bloc 50. Le bloc 52 représente une indication d'un
coefficient
de multiplication en rapport avec une corrélation le plus élevé entre les
signatures sans défaut mesurée et simulée, servant à ajuster les signatures
mesurées avec défaut.
Des modèles efficaces pour les éléments entrant en jeu dans la chaîne de
mesure de signatures simulées peuvent être mis au point de différentes façons.
Les éléments pris en compte sont de préférence la source de tension et son
câble, les câbles moyenne-tension (ou autres s'il y a lieu), et le défaut de
type
éclateur (ou autre s'il y a lieu).
Il n'existe qu'un impact négligeable sur le signal de tension mesurée: les
jonctions. Chaque jonction représente un changement d'impédance dans la
propagation du signal, mais sur une longueur très courte (de l'ordre de 1
mètre)
comparativement à plusieurs centaines de mètres, voire de kilomètres, pour la
longueur totale de la ligne sous test.
L'engin de simulation 19 (illustré à la Figure 1) selon l'invention est
configure
pour simuler le comportement électrique des câbles lors de l'injection
d'impulsion de localisation. Lorsque l'impulsion de tension arrive au défaut,
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celui-ci va claquer, c'est-à-dire qu'un arc électrique va court-circuiter la
ligne
pendant un temps court (par exemple de 4 à 200 psec). La simulation de ce
phénomène implique un modèle approprié des différents types de câble
susceptibles d'être installés dans le réseau. L'engin de simulation 19 peut
être
basé sur un engin entièrement programmé ou encore un engin comme le
EMTP-RV ("ElectroMagnetic Transients Program" ¨ dénomination
commerciale) de la compagnie CEATI International Inc.
Le modèle des câbles prend de préférence en compte les effets en fréquence
de 60 Hz à 10 MHz et les effets des mises à la terre qui produisent un courant
dans la gaine (neutre) d'un câble.
La source d'impulsion haute tension peut être installée dans des camions de
dépannage et être constituée d'un condensateur de 4uF, d'un relais et d'un
câble de 50 mètres de long. Les valeurs peuvent varier si voulu, de même que
l'installation.
En référence à la Figure 14, la source d'impulsion 54 peut être modélisée pour
la simulation par un condensateur 56 de 4uF connecté à une résistance 58 de
0.5 S-2 connectée à un câble 60 de 50 mètres via un interrupteur 62
généralement ouvert, qui est fermé pour injecter une impulsion.
En référence à la Figure 15, le claquage du câble peut être réalisé à l'aide
d'un
modèle d'éclateur 64 semblable à celui qui est intégré à l'engin de simulation
EMTP-RV. Le modèle 64 peut être alors constitué d'un interrupteur 66 et d'une
résistance 67 réagissant à un niveau de tension déterminé par l'utilisateur,
par
exemple 10kV. La résistance peut être établie à 1 Cl Les valeurs peuvent
varier
si voulu. Ainsi, lorsque la tension aux bornes de l'éclateur modélisé 64 est
atteinte, l'interrupteur 66 se ferme.
En référence à la Figure 16, un câble souterrain comporte habituellement un
conducteur central (l'âme) enveloppé d'un neutre constitué d'environ 24
conducteurs formant ainsi un câble coaxial. Les fils du neutre sont très
espacés
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et ne permettent pas de créer un blindage efficace à 100%. Le champ
magnétique créé par l'âme à l'extérieur du neutre n'est pas complètement
annulé par le champ magnétique du neutre. Tout courant passant dans un
conducteur, crée un champ magnétique. L'inductance est définie par le rapport
du flux magnétique II sur le courant I d'un circuit quelconque:
L= 7
De préférence, le modèle de ligne tient compte de l'inductance 68 de l'âme,
l'inductance 70 du neutre, et leur inductance mutuelle 72 qui représente la
partie du flux qui s'annule. Le modèle de ligne tient de préférence aussi
compte
de la capacité linéique 74 entre l'âme et le neutre, la capacité linéique 76
entre
le neutre et la terre, la capacité linéique 78 entre l'âme et la terre, la
résistance
linéique 80, 82 de l'âme et du neutre (cette résistance change en fonction de
la
fréquence due à l'effet pelliculaire), et des pertes 84 dans l'isolant, en
particulier
aux hautes fréquences.
En référence à la Figure 17, un modèle par section de composants discrets 86,
tel qu'un modèle en pi, comporte plusieurs caractéristiques intéressantes. Il
est
possible de l'intégrer à la plupart des simulateurs de circuits électriques ou
électroniques, avec toutes les commodités que cela comporte. Ce type de
modèle à aussi l'avantage d'être simple à utiliser.
Le modèle par section de composants discrets peut comporter l'inductance de
l'âme # Lai #, l'inductance du neutre # Lb#, l'inductance mutuelle âme-neutre
#1_,#, la capacité linéique âme-neutre # Cl#, la capacité linéique neutre-
terre
#Ct#, les composants modélisant la résistance linéique de l'âme avec
correction
en fréquence # Rai #, # Ra2#, #I-a2#, les composants modélisant la résistance
linéique du neutre avec correction en fréquence # Rbi #, # Rb2#, #I-a2#, et
les
composants modélisant la résistance linéique de perte dans l'isolant avec
correction en fréquence # Rc#, #C#.
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Un modèle de la terre et de la mise à la terre peut être incorporé dans le
modèle du réseau. Le modèle de terre peut s'inspiré de celui proposé dans le
document EPRI TR-106661, V.1 ACE 249 D 904, "Mise à la terre des réseaux
de distribution ¨ Volume I: Manuel pratique", Août 1996, S.G. Patel, D.L.
Garrett, A.P. Meliopoulos, avec des composants # Rmt#, # Rte # Rrt #.
Les valeurs des composants du modèle de simulation (e.g. capacités,
inductances, etc.) peuvent être déterminées de manière empirique ou
autrement si voulu. Plusieurs paramètres du modèle de simulation peuvent être
fonction d'une longueur en mètre du câble modélisé. Les simulations peuvent
être réalisées par concaténation d'éléments finis d'un mètre ou d'une autre
distance, revenant à coupler les blocs de composants discrets successivement
les uns aux autres selon la configuration de la section de ligne à simuler.
Les tableaux I, Il et III ci-dessous montrent des valeurs obtenues pour
certains
calibres de câble modélisé, où Cu représente du cuivre, Al de l'aluminium,
Mono signifie monophasé et Tri signifie triphasé.
Tableau I
3/0 Al Mono 3/0 Al Tri
Tr0_1=1 TrO 1=1
CI=165E-12*L CI=165E-12*L
Lm=130E-9*L Lm=130E-9*L
La1=170E-9*L La1=170E-9*L
La2=7E-9*L La2=7E-9*L
Ra2=0.4480E-3*L Ra2=0.4480E-3*L
Ra1=(1/(1/(0.000442*L)-1/Ra2)) Ra1=(1/(1/(0.000442*L)-1/Ra2))
Lb1=60E-9*L Lb1=60E-9*L
Lb2=7E-9*L Lb2=7E-9*L
Rb2=0.000940*L Rb2=0.000940*L
Rb1=1/(1/(0.000900*L)-1/Rb2) Rb1=1/(1/(0.000900*L)-1/Rb2)
Rrt=50*L Rrt=50*L
Rte=100000/L Rte=100000/L
Rmt=1E12/L Rmt=1E12/L
Cc=10E-12*L Cc=10E-12*L
Rc=50000*L Rc=50000*L
Ct=160E-12*L Ct=160E-12*L
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Tableau II
350 Al Tri 350 Cu Tri
Tr0_1=1 Tr0_1=1
01=215E-12*L 01=215E-12*L
Lm=70E-9*L Lm=70E-9*L
La1=124E-9*L La1=124E-9*L
La2=3E-9*L La2=3E-9*L
Ra2=0.210E-3*L Ra2=0.210E-3*L
Ra1=(1/(1/(0.000205*L)-1/Ra2)) Ra1=(1/(1/(0.000205*L)-1/Ra2))
Lb1=50E-9*L Lb1=50E-9*L
Lb2=3E-9*L Lb2=3E-9*L
Rb2=0.000950*L Rb2=0.000950*L
Rb1=1/(1/(0.000900*L)-1/Rb2) Rb1=1/(1/(0.000900*L)-1/Rb2)
Rrt=50*L Rrt=50*L
Rte=100000/L Rte=100000/L
Rmt=1E12/L Rmt=1E12/L
0c=10E-12*L 0c=10E-12*L
Rc=50000*L Rc=50000*L
0t=160E-12*L 0t=160E-12*L
Tableau III
500 Al Tri 500 Cu Tri 750 Al Tri
Tr0_1=1 Tr0_1=1 Tr0_1=1
01=240E-12*L 01=240E-12*L 01=280E-12*L
Lm=78E-9*L Lm=78E-9*L Lm=19E-9*L
La1=130E-9*L La1=130E-9*L La1=130E-9*L
La2=3E-9*L La2=3E-9*L La2=2E-9*L
Ra2=0.1437E-3*L Ra2=0.1437E-3*L Ra2=0.096E-3*L
Ra1=(1/(1/(0.000143*L) Ra1=(1/(1/(0.000143*L) Ra1=(1/(1/
-1/Ra2)) -1/Ra2)) (0.000095*L)
-1/Ra2))
Lb1=30E-9*L Lb1=30E-9*L Lb1=19E-9*L
Lb2=2 E-9*L Lb2=2E-9*L Lb2=3E-9*L
Rb2=0.000960*L Rb2=0.000960*L Rb2=0.000615*L
Rb1=1/(1/(0.000900*L) Rb1=1/(1/(0.000900*L) Rb1=1/(1/
-1/Rb2) -1/Rb2) (0.000600*L)
-1/Rb2)
Rrt=50*L Rrt=50*L Rrt=50*L
Rte=100000/L Rte=100000/L Rte=100000/L
Rmt=1E12/L Rmt=1E12/L Rmt=1E12/L
Cc=10E-12*L Cc=10E-12*L Cc=10E-12*L
Rc=50000*L Rc=50000*L Rc=50000*L
Ct=160E-12*L 0t=160E-12*L 0t=160E-12*L
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WO 2012/012897
PCT/CA2011/050455
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Le système et la méthode selon l'invention, décrite ci-dessus, fonctionnent
avec
un défaut de type éclateur produit par un générateur d'impulsions. La méthode
peut s'appliquer aussi avec d'autres types de défauts (défauts francs ou
circuits-ouverts) ou avec d'autres types de générateurs (claquage en service
ou
avec un générateur de courant continu). Pour cela, il suffit de redéfinir les
modèles de simulation et les algorithmes attachés à la comparaison des
simulations et des mesures.
La méthode selon l'invention peut être réalisée au moyen d'un produit tangible
de programme informatique contenant des instructions qui, lorsqu'exécutées
par un processeur e.g. d'ordinateur, entraîne le processeur à réaliser les
étapes
de la méthode décrites ci-dessus.
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.
