FR3049351B1 - DEVICE FOR TESTING PARTIAL DISCHARGES ON CABLES - Google Patents
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Abstract
Un dispositif (1) d'essais de décharges partielles sur un conducteur électrique (3, 3') destiné à être mis à une haute tension électrique, le conducteur électrique (3, 3') étant formé d'une âme conductrice (31, 31') insérée dans une gaine (32, 32') électriquement isolante, comprenant un boîtier (2) configuré pour recevoir une portion dudit conducteur électrique (3, 3'), une électrode (5) configurée pour appliquer un premier potentiel électrique à l'âme (31, 31') du conducteur électrique (3, 3'), et une contre-électrode (8) disposée à l'intérieur du boîtier (2) et enveloppant la gaine isolante (32, 32') du conducteur électrique (3, 3'), la contre-électrode (8) étant configurée pour être mise à un second potentiel électrique différent du premier potentiel électrique de l'âme (31, 31') du conducteur électrique (3, 3').A device (1) for partial discharge tests on an electrical conductor (3, 3 ') to be set at a high electrical voltage, the electrical conductor (3, 3') being formed of a conductive core (31, 31 ') inserted in an electrically insulating sheath (32, 32'), comprising a housing (2) configured to receive a portion of said electrical conductor (3, 3 '), an electrode (5) configured to apply a first electrical potential to the core (31, 31 ') of the electrical conductor (3, 3'), and a counter electrode (8) disposed inside the housing (2) and wrapping the insulating sheath (32, 32 ') of the conductor electrical (3, 3 '), the counter-electrode (8) being configured to be put at a second electrical potential different from the first electrical potential of the core (31, 31') of the electrical conductor (3, 3 ').
Description
Arrière-plan de l'invention L'invention se rapporte au domaine général de vérification de la conformité des conducteurs électriques isolés, notamment les câbles électriques et les barres omnibus ou « busbar » en anglais, destinés à être mis à une haute tension avant leur utilisation, notamment à bord d'un aéronef, et plus particulièrement à un dispositif d'essais de décharges partielles sur les câbles électriques haute tension. L'augmentation du nombre d'appareils électroniques à bord des avions induit des phénomènes insoupçonnés dans l'environnement des appareils, notamment lorsqu'ils sont soumis à des tensions élevées dites HVAC ou HVDC (230 VAC ou +/-270 ou 0-540 VDC), respectivement pour « High Voltage Alternative Current » et pour « High Voltage Direct Current », pour les câbles situés dans les zones non pressurisés.BACKGROUND OF THE INVENTION The invention relates to the general field of verification of the conformity of insulated electrical conductors, in particular electrical cables and busbars in English, intended to be put to a high voltage before their use, especially on board an aircraft, and more particularly to a device for testing partial discharges on high voltage electrical cables. The increase in the number of electronic devices on aircraft induces unsuspected phenomena in the environment of the devices, especially when they are subjected to high voltages called HVAC or HVDC (230 VAC or +/- 270 or 0-540 VDC), respectively for "High Voltage Alternative Current" and "High Voltage Direct Current", for cables in non-pressurized areas.
Dans un avion, le harnais, constitué du câblage électrique et des connecteurs, est un élément critique dans la transmission de puissance. Sa fiabilité est indispensable pour la disponibilité de l'ensemble des dispositifs du système électrique de puissance.In an airplane, the harness, consisting of electrical wiring and connectors, is a critical element in power transmission. Its reliability is essential for the availability of all the devices of the electrical power system.
Traditionnellement, les avions sont équipés des fils de câblage constitué d'un système d'isolation composé d'une première couche de polyimide (Kapton), elle-même entourée d'une couche en polytétrafluoroéthylène (PTFE). Le système d'isolation électrique (SIE) n'est pas parfait, il contient des défauts inclus (vacuoles) qui sont souvent le siège de décharges partielles.Traditionally, aircraft are equipped with wiring cords consisting of an insulation system consisting of a first layer of polyimide (Kapton), itself surrounded by a layer of polytetrafluoroethylene (PTFE). The electrical insulation system (EIS) is not perfect, it contains defects included (vacuoles) which are often the seat of partial discharges.
Les décharges partielles sont des micros arcs localisés qui se produisent (dans les gaz) dans l'environnement des isolants. Elles entraînent avec le temps, si des précautions ne sont pas prises, la dégradation lente et progressive du matériau isolant et conduit à sa rupture prématurée. Cet état de fait influe de manière non négligeable sur la fiabilité et la disponibilité de la chaîne électrique de puissance. L'augmentation du niveau de tension dans les câbles électriques combinée aux contraintes de l'environnement aéronautique imposées par la variation des paramètres tels que la température, la pression et le taux d'humidité a pour conséquence l'apparition de telles décharges partielles. D'une part, la nécessité du développement des nouveaux câbles s'impose et doit satisfaire aux exigences physico-chimiques, environnementales et d'intégrations liées aux applications aéronautiques et, d'autre part, la qualification des câbles exige le passage par le essai des Décharges Partielles (DP). Ces essais sont décris par les normes génériques IEC 60270, ASTM 1868-93 et spécifiés par les normes techniques BMS 13 - 78C et EN 2267-011 (EN 3475-307). La réalisation de ces essais doit être reproductible et les résultats comparables pour définir les sanctions selon le type de câble utilisé. L'une des solutions existante pour garantir la fiabilité de fonctionnement du système est de contrôler la qualité du système d'isolation électrique via des essais. C'est un moyen permettant vérifier la qualité du système d'isolation électrique afin de garantir la durée de vie du système.Partial discharges are micro-localized arcs that occur (in gases) in the insulator environment. They cause over time, if precautions are not taken, the slow and gradual degradation of the insulating material and leads to premature failure. This fact has a significant impact on the reliability and availability of the power supply chain. The increase of the voltage level in the electric cables combined with the constraints of the aeronautical environment imposed by the variation of the parameters such as the temperature, the pressure and the humidity rate results in the appearance of such partial discharges. On the one hand, the need for the development of new cables is necessary and must meet the physico-chemical, environmental and integration requirements related to aeronautical applications and, on the other hand, the qualification of the cables requires the passage through the test. Partial Discharge (DP). These tests are described by the generic standards IEC 60270, ASTM 1868-93 and specified by the technical standards BMS 13 - 78C and EN 2267-011 (EN 3475-307). The performance of these tests must be reproducible and the results comparable to define the penalties according to the type of cable used. One of the existing solutions to ensure the reliable operation of the system is to control the quality of the electrical insulation system through testing. It is a means to check the quality of the electrical insulation system to ensure the life of the system.
Les essais dits de décharges partielles sont un moyen permettant de vérifier la qualité du système d'isolation électrique (matériaux isolants) utilisé dans les dispositifs destinés à être mis à une haute tension.The so-called partial discharge tests are a means of checking the quality of the electrical insulation system (insulating materials) used in the devices intended to be put to a high voltage.
Deux types d'essais sont proposés par les normes mais présentent des disparités au niveau des contraintes appliquées et des résultats.Two types of tests are proposed by the standards but present disparities in the constraints applied and the results.
Il s'agit, pour effectuer les essais, de poser le câble C sous essai sur un plan de masse P (configuration A) , comme cela est illustré sur la figure 1, ou de mettre un blindage métallique B tout autour du câble C (configuration B), comme cela est illustré sur la figure 2.In order to carry out the tests, the cable C under test is to be laid on a ground plane P (configuration A), as illustrated in FIG. 1, or to put a metal shield B all around the cable C ( configuration B), as shown in Figure 2.
Les études et essais réalisés ont permis de mettre en évidence la variation de la tension d'apparition des décharges partielles, notée TADP, en fonction de la configuration des contres électrodes.The studies and tests carried out made it possible to highlight the variation of the partial discharge emergence voltage, denoted TADP, as a function of the configuration of the counterelectrodes.
Dans la configuration A, les contraintes sont localisées seulement sur la partie et au voisinage proche du point de contact avec le plan de masse. Par conséquent, les résultats obtenus ne concernent qu'une partie de l'isolation au lieu de l'ensemble qui est censé subir le essai. Ce qui induit des erreurs dans l'évaluation de la qualité pour l'analyse et la qualification du câble.In configuration A, the constraints are located only on the part and in the near vicinity of the point of contact with the ground plane. Therefore, the results obtained only concern part of the insulation instead of the assembly that is supposed to undergo the test. This leads to errors in the quality assessment for cable analysis and qualification.
Dans la configuration B, la gaine métallique (chaussette) mise en place n'est pas reproductible d'un échantillon à un autre. La gaine métallique n'est pas toujours bien plaquée sur le câble et induit des défauts augmentant ainsi le gap entre les électrodes. Cet effet pourrait impacter le niveau de TADP et fausser l'analyse du comportement des câbles.In configuration B, the metallic sheath (sock) put in place is not reproducible from one sample to another. The metal sheath is not always well plated on the cable and induces defects thus increasing the gap between the electrodes. This effect could impact the TADP level and distort the analysis of cable behavior.
Les configurations connues (A et B) proposées pour les essais sur les câbles aéronautiques en particulier ne garantissent pas la reproductibilité des contraintes et peuvent induire des erreurs sur les résultats obtenus.The known configurations (A and B) proposed for tests on aeronautical cables in particular do not guarantee the reproducibility of the constraints and can lead to errors in the results obtained.
De surcroît, les méthodes proposées par les différentes normes imposent des contraintes non-uniformément reparties. Ces configurations entraînent une disparité dans les résultats et certains câbles peuvent être qualifiés tout en étant défaillants.In addition, the methods proposed by the different standards impose non-uniformly distributed constraints. These configurations lead to a disparity in results and some cables can be qualified while failing.
Objet et résumé de l'invention L'invention vise à fournir un dispositif d'essais de décharges partielles sur les câbles ou barres bus permettant de garantir la reproductibilité des contraintes afin de minimiser voire d'éliminer la disparité des résultats observés lors des différents essais.OBJECT AND SUMMARY OF THE INVENTION The object of the invention is to provide a device for testing partial discharges on the cables or busbars making it possible to guarantee the reproducibility of the stresses in order to minimize or even eliminate the disparity of the results observed during the different tests. .
Selon un premier objet de l'invention, il est proposé un dispositif d'essais de décharges partielles sur un conducteur électrique à gaine isolante et destiné à être mis à une haute tension électrique, le conducteur électrique étant formé d'une âme conductrice insérée dans une gaine électriquement isolante.According to a first object of the invention, there is provided a partial discharge test device on an electrical conductor with an insulating sheath and intended to be put at a high electrical voltage, the electrical conductor being formed of a conductive core inserted in an electrically insulating sheath.
Selon une caractéristique générale de l'invention, le dispositif comprend un boîtier configuré pour recevoir une portion dudit conducteur électrique, une électrode configurée pour appliquer un premier potentiel électrique à l'âme du conducteur électrique, et une contre-électrode disposée à l'intérieur du boîtier et enveloppant la gaine isolante du conducteur électrique, la contre-électrode étant configurée pour être mise à un second potentiel électrique différent du premier potentiel électrique de l'âme du conducteur électrique.According to a general characteristic of the invention, the device comprises a housing configured to receive a portion of said electrical conductor, an electrode configured to apply a first electrical potential to the core of the electrical conductor, and a counter-electrode arranged inside. of the housing and enveloping the insulating sheath of the electrical conductor, the counter-electrode being configured to be set to a second electrical potential different from the first electrical potential of the core of the electrical conductor.
On entend par conducteur électrique à gaine isolante destiné à être mis à une haute tension aussi bien un câble électrique présentant une âme conductrice enveloppée d'une gaine électriquement isolante qu'une barre omnibus, aussi dénommée « busbar » en anglais, comprenant un matériau conducteur dont la section est généralement rectangulaire et une enveloppe électriquement isolante telle qu'une gaine souple ou rigide.The term "electrical conductor with insulating sheath intended to be made at a high voltage is used both for an electric cable having a conductive core wrapped in an electrically insulating sheath, and a busbar, also called a" busbar "in English, comprising a conductive material. whose section is generally rectangular and an electrically insulating envelope such as a flexible or rigid sheath.
Le contre-électrode prévue dans le dispositif permet de garantir la reproductibilité des contraintes afin de minimiser, voire d'éliminer, la disparité des résultats observés lors des différents essais.The counter-electrode provided in the device makes it possible to guarantee the reproducibility of the stresses in order to minimize or even eliminate the disparity of the results observed during the various tests.
Les essais peuvent être réalisés sur différentes longueurs de conducteurs électriques, par exemple sur des câbles d'environ 1 m de longueur, la longueur du boîtier étant dimensionnée en conséquente. L'échantillon sous essai est disposé dans le boîtier qui possède une forme de tube ou de parallélépipède et qui comprend la contre-électrode.The tests can be performed on different lengths of electrical conductors, for example on cables of about 1 m in length, the length of the housing being sized accordingly. The sample under test is disposed in the casing which has a tube or parallelepiped shape and which comprises the counter-electrode.
La contre-électrode est formée par un milieu, un matériau, ou un ou plusieurs élément(s) conducteur(s) configuré(s) pour être en contact avec le conducteur électrique.The counter-electrode is formed by a medium, a material, or one or more conductor element (s) configured to be in contact with the electrical conductor.
Le dispositif selon l'invention permet ainsi d'harmoniser les essais de décharges partielles sur les conducteurs électriques, tout en évitant une dispersion sur les résultats observés au cours des différents essais. Le dispositif permet aussi de réduire le coût des essais en contournant le passage par la phase de blindage pour les essais.The device according to the invention thus makes it possible to harmonize the partial discharge tests on the electrical conductors, while avoiding a dispersion on the results observed during the different tests. The device also reduces the cost of testing bypassing the passage through the shielding phase for testing.
Le dispositif permet ainsi de tester le conducteur électrique de façon uniforme sur toute la surface de son isolant et est facilement adaptable aux différentes gauges de câbles ou de barres omnibus.The device thus makes it possible to test the electrical conductor uniformly over the entire surface of its insulator and is easily adaptable to different gauges of cables or bus bars.
De plus, cette solution n'est pas destructive, c'est à dire qu'elle permet de ne pas endommager l'isolant du câble ou de la barre omnibus.In addition, this solution is not destructive, that is to say that it does not damage the insulation of the cable or the bus bar.
Selon un premier aspect du dispositif d'essais de décharges partielles, le boîtier est en matériau isolant et la contre-électrode est électriquement couplée à un élément conducteur disposé sur au moins une face interne du boîtier. L'élément conducteur peut être une plaque conductrice s'étendant sur au moins une partie d'au moins un face interne du boîtier, la plaque conductrice étant raccordée à une borne de connexion traversant une paroi du boîtier. La contre-électrode est configurée pour former un chemin électrique entre la borne conductrice et la gaine isolante du conducteur électrique.According to a first aspect of the partial discharge test device, the housing is made of insulating material and the counterelectrode is electrically coupled to a conductive element disposed on at least one inner face of the housing. The conductive element may be a conductive plate extending over at least a portion of at least one inner face of the housing, the conductive plate being connected to a connection terminal passing through a wall of the housing. The counter-electrode is configured to form an electrical path between the conductive terminal and the insulating sheath of the electrical conductor.
Dans une variante, le boîtier est en matériau conducteur et la contre-électrode est mise à un potentiel électrique non nul par contact avec le boîtier.In a variant, the housing is made of conductive material and the counter electrode is set to a non-zero electrical potential by contact with the housing.
Selon un deuxième aspect du dispositif d'essais de décharges partielles, la contre-électrode peut être formée par des billes conductrices au même potentiel électrique.According to a second aspect of the partial discharge test device, the counterelectrode may be formed by conductive balls having the same electrical potential.
Les billes conductrices principalement de petite ou très petite taille assurent la fonction de contre-électrodes. L'ensemble des billes est au même potentiel. La formation de la contre-électrode par des billes en matériau conducteur permet, quel que soit le type de câble ou de bus sous essai, de reproduire à l'identique les contraintes, d'optimiser la qualification des conducteurs électriques et de comparer les résultats, et ce sans utiliser un milieu liquide ou gazeux ou en mousse pour réaliser la contre-électrode. A la place des billes, on peut utiliser un liquide conducteur comme contre électrode en utilisant le même dispositif comprenant des joints aux différents orifices pour garantir l'étanchéité.Conductive balls mainly of small or very small size provide the function of counter-electrodes. All the balls are at the same potential. The formation of the counter-electrode by balls of conductive material makes it possible, regardless of the type of cable or bus under test, to reproduce the constraints identically, to optimize the qualification of the electrical conductors and to compare the results. without using a liquid or gaseous or foam medium to make the counter-electrode. Instead of the balls, a conductive liquid can be used as a counter electrode using the same device comprising seals to the various orifices to guarantee the seal.
Selon un troisième aspect du dispositif d'essais de décharges partielles, les billes conductrices sont préférentiellement en matériau conducteur inoxydable pour ainsi offrir une plus grande longévité au dispositif d'essais de décharges partielles.According to a third aspect of the partial discharge test device, the conductive balls are preferably of stainless conductive material so as to offer greater durability to the partial discharge test device.
Selon un quatrième aspect du dispositif d'essais de décharges partielles, les billes conductrices ont de préférence un diamètre compris entre 0,3 et 0,5 mm.According to a fourth aspect of the partial discharge test device, the conductive balls preferably have a diameter of between 0.3 and 0.5 mm.
Plusieurs tailles de bille peuvent être utilisées suivant la gauge du conducteur électrique à tester. Plus les billes sont petites par rapport au diamètre du conducteur électrique, plus grande sera la surface totale du conducteur électrique en contact avec les billes conductrices.Several ball sizes can be used depending on the gauge of the electrical conductor to be tested. The smaller the balls are relative to the diameter of the electrical conductor, the greater the total surface area of the electrical conductor in contact with the conductive balls.
La taille standard la plus petite en matière de bille industrielle est de 1/64 pouce soit environ 0,397 mm. Une taille de bille comprise entre 0,3 et 0,5 mm permet ainsi d'avoir une surface du conducteur électrique en contact avec les billes suffisamment grande pour s'assurer de la qualité de la mesure et de sa reproductibilité tout en maintenant un faible coût de production, car il existe déjà des standards de billes industrielles dans ses dimensions.The smallest standard size for industrial ball is 1/64 inch or about 0.397 mm. A ball size of between 0.3 and 0.5 mm thus makes it possible to have a surface of the electrical conductor in contact with the balls sufficiently large to ensure the quality of the measurement and its reproducibility while maintaining a low cost of production, because there are already standards of industrial balls in its dimensions.
Selon un cinquième aspect du dispositif d'essais de décharges partielles, le boîtier comprend deux ouvertures à deux extrémités opposées au travers desquelles passent deux extrémités opposées du conducteur électrique.According to a fifth aspect of the partial discharge test device, the housing comprises two openings at two opposite ends through which pass two opposite ends of the electrical conductor.
Le conducteur électrique est tendu à l'intérieur du boîtier et traverse ce dernier de part en part en passant par deux ouvertures opposées. La gaine isolante du conducteur électrique déborde à l'extérieur du boîtier de chaque côté via les deux ouvertures.The electrical conductor is stretched inside the housing and passes through the latter through two opposite openings. The insulating sheath of the electrical conductor protrudes outside the housing on each side via the two openings.
Selon un sixième aspect du dispositif d'essais de décharges partielles, le boîtier comprend deux bouchons ou deux capsules sous forme de cassette pour fermer les deux extrémités du boîtier, les cassettes comportant les ouvertures permettant le passage du câble et la forme et les dimensions de l'ouverture étant adaptées à la gauge du conducteur électrique testé.According to a sixth aspect of the partial discharge test device, the housing comprises two plugs or two capsules in the form of a cassette for closing the two ends of the case, the cassettes having openings for the passage of the cable and the shape and dimensions of the opening being adapted to the gauge of the electrical conductor tested.
Les ouvertures calibrées des cassettes permettent de maintenir le conducteur électrique en position sans blesser la gaine.The calibrated openings of the cassettes make it possible to hold the electrical conductor in position without injuring the sheath.
Dans le cas d'un câble électrique, les ouvertures auront une forme circulaire. Dans le cas d'une barre omnibus, les ouvertures auront une forme rectangulaire.In the case of an electric cable, the openings will have a circular shape. In the case of a bus bar, the openings will have a rectangular shape.
Selon un septième aspect dispositif d'essais de décharges partielles, le boîtier possède de préférence une dimension s'étendant dans la direction du conducteur électrique plus grande que ses dimensions dans les directions orthogonale à la direction dans laquelle s'étend le conducteur électrique.According to a seventh partial discharge test device aspect, the housing preferably has a dimension extending in the direction of the electrical conductor greater than its dimensions in directions orthogonal to the direction in which the electrical conductor extends.
Minimiser les dimensions du boîtier orthogonales à la direction dans laquelle s'étend le conducteur électrique permet de minimiser le nombre de billes à utiliser pour la contre-électrode et ainsi de réduire la masse et le coût du dispositif.Minimizing the housing dimensions orthogonal to the direction in which the electrical conductor extends minimizes the number of balls to be used for the counter-electrode and thus reduces the weight and cost of the device.
Selon un huitième aspect dispositif d'essais de décharges partielles, le dispositif comprend en outre un circuit électrique d'acquisition comportant un montage en série d'une capacité de couplage avec une impédance de mesure, et un moyen de mesure de la tension aux bornes de l'impédance de mesure, ledit montage en série étant couplé entre l'électrode et la contre-électrode.According to an eighth aspect partial discharge test device, the device further comprises an electrical acquisition circuit having a series connection of a coupling capacitance with a measurement impedance, and a means for measuring the voltage at the terminals. measuring impedance, said series circuit being coupled between the electrode and the counter-electrode.
Le dispositif peut aussi être utilisé pour les câbles multifilaires pour tout autre étude nécessitant un blindage (ou recouvrement conducteur) parfait.The device can also be used for multi-core cables for any other study requiring perfect shielding (or overcoating).
Dans un autre objet de l'invention, il est proposé un procédé d'essais de décharges partielles sur un conducteur électrique destiné à être mis à une haute tension électrique, le conducteur électrique étant formé d'une âme conductrice insérée dans une gaine électriquement isolante, le procédé comprenant une insertion d'une portion du conducteur électrique dans un boîtier, une application d'un premier potentiel électrique à l'âme du conducteur électrique par une électrode, et une application d'un second potentiel électrique différent du premier potentiel électrique par une contre-électrode disposée à l'intérieur du boîtier et enveloppant la gaine isolante du conducteur électrique.In another subject of the invention, there is provided a method for testing partial discharges on an electrical conductor intended to be set at a high electrical voltage, the electrical conductor being formed of a conductive core inserted into an electrically insulating sheath. the method comprising inserting a portion of the electrical conductor into a housing, applying a first electrical potential to the core of the electrical conductor by an electrode, and applying a second electrical potential different from the first electrical potential by a counter electrode disposed inside the housing and enveloping the insulating sheath of the electrical conductor.
Selon un premier aspect du procédé d'essais de décharges partielles, la contre-électrode est mise à la masse et l'électrode est mise à un potentiel électrique non nul permettant d'imposer une haute tension à l'âme du conducteur électrique.According to a first aspect of the partial discharge test method, the counter electrode is grounded and the electrode is set to a non-zero electrical potential for imposing a high voltage on the core of the electrical conductor.
Cette configuration permet de réduire les risques de perturbations électromagnétiques étant donné que seule l'âme du conducteur électrique est mise sous tension.This configuration reduces the risk of electromagnetic disturbances since only the core of the electrical conductor is energized.
Dans une variante, l'électrode est mise à la masse pour mettre l'âme du conducteur électrique à la masse et la contre-électrode est mise à un potentiel électrique non nul permettant d'imposer une haute tension à la contre-électrode.In a variant, the electrode is grounded to put the core of the electrical conductor to ground and the counter electrode is set to a non-zero electrical potential for imposing a high voltage against the electrode.
Cette configuration permet d'utiliser le dispositif en continu sur une ligne de production des conducteurs électriques pour vérifier la qualité du système d'isolation électrique au cours de la fabrication, du point de vue des décharges partielles, le conducteur électrique se déplaçant à l'intérieur du boîtier en fonction du rythme de production de ce dernier.This configuration allows the device to be used continuously on a production line of electrical conductors to check the quality of the electrical insulation system during manufacture, from the point of view of partial discharges, the electrical conductor moving to the inside the case according to the rhythm of production of the latter.
Dans ce cas, le matériau utilisé pour la fabrication du boîtier doit être non conducteur pour isoler de la tension appliquée de son environnement.In this case, the material used for the manufacture of the housing must be non-conductive to isolate the applied voltage from its environment.
Brève description des dessins. L'invention sera mieux comprise à la lecture faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1, déjà présentée, illustre un premier dispositif d'essais de décharges partielles selon l'état de la technique ; - la figure 2, déjà présentée, illustre un second dispositif d'essais de décharges partielles selon l'état de la technique ; - la figure 3 présente schématiquement une vue partielle en perspective d'un dispositif d'essais de décharges partielles selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 présente un schéma électrique d'un dispositif d'essais de décharges partielles de la figure 3 ; - la figure 5 présente un schéma électrique d'un dispositif d'essais de décharges partielles selon un second mode de réalisation ; - la figure 6 présente schématiquement une vue partielle en perspective d'un dispositif d'essais de décharges partielles selon un second mode de réalisation de l'invention.Brief description of the drawings. The invention will be better understood on reading the following, by way of indication but not limitation, with reference to the accompanying drawings in which: - Figure 1, already presented, illustrates a first partial discharge test device according to the state of the art; FIG. 2, already presented, illustrates a second device for partial discharge tests according to the state of the art; - Figure 3 schematically shows a partial perspective view of a partial discharge test device according to a first embodiment of the invention; FIG. 4 presents a circuit diagram of a partial discharge test device of FIG. 3; - Figure 5 shows an electrical diagram of a partial discharge test device according to a second embodiment; - Figure 6 schematically shows a partial perspective view of a partial discharge test device according to a second embodiment of the invention.
Description détaillée de modes de réalisationDetailed description of embodiments
Sur la figure 3 est illustré schématiquement une vue partielle en perspective d'un dispositif d'essais de décharges partielles selon un premier mode de réalisation de l'invention.In Figure 3 is schematically illustrated a partial perspective view of a partial discharge test device according to a first embodiment of the invention.
Le dispositif d'essais 1 comprend un boîtier 2 apte à recevoir un câble électrique 3, notamment un câble électrique dit « haute tension », formé d'une âme conductrice 31, monobrin ou multibrin, inséré dans une gaine électriquement isolante 32.The test device 1 comprises a housing 2 adapted to receive an electric cable 3, in particular an electrical cable called "high voltage", formed of a conductive core 31, single-strand or multi-strand, inserted into an electrically insulating sheath 32.
Le boîtier 2 possède une forme parallélépipédique avec une dimension dans la direction dans laquelle s'étend le câble électrique 3 à l'intérieur du boîtier 2 supérieure aux autres dimensions du boîtier 2. On nomme cette dimension, la longueur du boîtier 2. La longueur du boîtier est de 1 m dans l'exemple illustré sur la figure 3, et peut comprendre une section de 5 cm x 5 cm.The housing 2 has a parallelepipedal shape with a dimension in the direction in which the electric cable 3 extends inside the housing 2 superior to the other dimensions of the housing 2. This dimension is called the length of the housing 2. The length the case is 1 m in the example illustrated in Figure 3, and may include a section of 5 cm x 5 cm.
Le boîtier 2 comprend deux cassettes 4 comportant chacune une ouverture 40 au travers de laquelle passe le câble 3. Chacune des deux cassettes 4 est disposée à une extrémité du boîtier 2 selon la direction dans laquelle s'étend le câble 3 à l'intérieur du boîtier 2. Les ouvertures 40 sont calibrées pour avoir une section correspondant à la section du câble 3 pour permettre son passage sans le blesser.The housing 2 comprises two cassettes 4 each having an opening 40 through which the cable 3 passes. Each of the two cassettes 4 is disposed at one end of the housing 2 in the direction in which the cable 3 extends inside the housing. housing 2. The openings 40 are calibrated to have a section corresponding to the section of the cable 3 to allow passage without injury.
Le dispositif 1 comprend en outre une électrode 5 destinée à imposer une haute tension aux bornes de l'âme 31 du câble 3. Pour imposer la haute tension à l'âme 31 du câble 2, le câble 3 est dénudé de son isolant 32 à chacune de ses deux extrémités 33 et 34 sur une portion s'étendant à l'extérieur du boîtier 2. L'électrode 5 est électriquement raccordée à chacune de ses extrémités dénudées 33 et 34 et peut ainsi mettre l'âme 31 du câble 3 à une haute tension, par exemple de l'ordre de 230 VAC.The device 1 further comprises an electrode 5 intended to impose a high voltage across the core 31 of the cable 3. To impose the high voltage on the core 31 of the cable 2, the cable 3 is stripped of its insulation 32 to each of its two ends 33 and 34 on a portion extending outside the housing 2. The electrode 5 is electrically connected to each of its stripped ends 33 and 34 and can thus put the core 31 of the cable 3 to a high voltage, for example of the order of 230 VAC.
Dans ce mode de réalisation, le boîtier 2 est réalisé en matériau isolant, par exemple en verre, en plastique ou en bois, et comprend sur une de ses faces internes 20, c'est-à-dire sur une face du boîtier en regard de la portion de câble 3 s'étendant à l'intérieur du boîtier 2, une plaque conductrice 6 couplée à la masse via un connecteur 7 traversant une des parois isolantes du boîtier 2.In this embodiment, the housing 2 is made of insulating material, for example glass, plastic or wood, and comprises on one of its inner faces 20, that is to say on one side of the housing facing of the cable portion 3 extending inside the housing 2, a conductive plate 6 coupled to ground via a connector 7 passing through one of the insulating walls of the housing 2.
Le dispositif 1 comprend en outre une contre-électrode 8 disposée dans le boîtier 2 et formée par une pluralités de petites billes conductrices en inox de l'ordre de 0,396 mm de diamètre. Le nombre de billes placées dans le boîtier permet d'envelopper totalement le câble électrique 3 dans le boîtier 2.The device 1 further comprises a counter-electrode 8 disposed in the housing 2 and formed by a plurality of small conductive balls of stainless steel of the order of 0.396 mm in diameter. The number of balls placed in the casing makes it possible to completely wrap the electric cable 3 in the casing 2.
Le nombre de billes utilisées est au maximum égal au volume interne du boîtier 2 auquel on retranche le volume occupé par la portion de câble 3 à l'intérieur du boîtier 2, le tout divisé par le volume d'une bille.The number of beads used is at most equal to the internal volume of the housing 2 which is subtracted from the volume occupied by the cable portion 3 inside the housing 2, all divided by the volume of a ball.
Dans ce mode de réalisation, lors de la préparation aux essais de décharges partielles d'un câble, le câble 3 est inséré et tendu dans le boîtier 2, puis le boîtier 2 est rempli complètement ou presque avec des billes 8 en inox. Le boîtier 2 est refermé par un couvercle 21 maintenu par tout moyen (vis, sangle, cliquet, ...) permettant d'isoler la partie du câble 3 sous essai.In this embodiment, during the preparation for the tests of partial discharges of a cable, the cable 3 is inserted and tensioned in the housing 2, then the housing 2 is completely or almost completely filled with balls 8 of stainless steel. The housing 2 is closed by a cover 21 held by any means (screw, strap, pawl, ...) for isolating the portion of the cable 3 under test.
Sur la figure 3, le boîtier 2 n'est pas rempli entièrement avec des billes pour clarifier la figure et permettre notamment d'observer la plaque conductrice 6.In FIG. 3, the casing 2 is not completely filled with balls to clarify the figure and in particular makes it possible to observe the conductive plate 6.
Les billes sont toutes mises électriquement à la masse par contact entre elles et par le contact pour certaines d'entre elles avec la plaque conductrice 6. Les résistances de contact entre les billes 8 n'ont pas d'importance car l'essai de décharges partielles se réalise par l'application d'une tension.The balls are all electrically grounded by contact between them and by contact for some of them with the conductive plate 6. The contact resistances between the balls 8 are not important because the test of discharges partial is realized by the application of a tension.
Dans une variante, au moins une paroi ou une portion de paroi formant la carcasse du boîtier peut être en matériau conducteur. Dans une telle configuration, si cette paroi est en contact avec au moins une des billes conductrice, il est possible de s'exempter de la plaque conductrice 6 et du connecteur 7 et de coupler directement cette paroi ou portion de paroi à la masse pour mettre les billes conductrices à la masse.Alternatively, at least one wall or wall portion forming the casing of the housing may be of conductive material. In such a configuration, if this wall is in contact with at least one of the conductive balls, it is possible to be emptied of the conductive plate 6 and the connector 7 and to directly couple this wall or wall portion to ground to put the conductive balls to ground.
Pour acquérir les données résultants des essais, le dispositif utilise la méthode électrique de détection des décharges partielles décrite par les normes [IEC 60270] et l'ASTM D 1868-93.To acquire the resulting test data, the device uses the electrical method of partial discharge detection described by standards [IEC 60270] and ASTM D 1868-93.
Le principe consiste à appliquer une tension aux bornes de l'échantillon de manière à soumettre le matériau isolant de la gaine sous contrainte électrique, c'est-à-dire à une différence de potentiel, en augmentant progressivement le niveau de tension.The principle is to apply a voltage across the sample so as to subject the insulating material of the sheath under electrical stress, that is to say to a potential difference, by gradually increasing the voltage level.
Pour cela, comme cela est illustré sur la figure 4 qui présente un schéma électrique du dispositif d'essais, le dispositif comprend en outre un circuit électrique d'acquisition comportant un montage en série d'une capacité de couplage Ck avec une impédance de mesure Zm, et un moyen 9 de mesure de la tension aux bornes de l'impédance de mesure Zm. Une première borne du montage en série de la capacité de couplage Ck et de l'impédance de mesure Zm est raccordée à l'électrode 5 et une seconde borne du montage en série est raccordée à la contre-électrode 8.For this purpose, as illustrated in FIG. 4, which presents a circuit diagram of the test device, the device furthermore comprises an electrical acquisition circuit comprising a series connection of a coupling capacitance Ck with a measurement impedance. Zm, and means 9 for measuring the voltage across the measurement impedance Zm. A first terminal of the series connection coupling Ck and the measurement impedance Zm is connected to the electrode 5 and a second terminal of the series connection is connected to the counter electrode 8.
Une alimentation 10 est également couplée en parallèle du système d'acquisition, entre l'électrode 5 et la contre-électrode 8. Dans l'exemple illustré sur la figure 4, l'alimentation 10 comprend un générateur de courant alternatif 11 couplé à un circuit primaire 12 d'un transformateur 13, le circuit secondaire 14 du transformateur 13 ayant une borne couplée à la masse et donc à la contre-électrode dans ce mode de réalisation, et une autre borne couplée à une première borne d'une inductance isolée 15, la seconde borne de l'inductance isolée 15 étant couplée à l'électrode 6 dans ce mode de réalisation.A power supply 10 is also coupled in parallel with the acquisition system, between the electrode 5 and the counterelectrode 8. In the example illustrated in FIG. 4, the power supply 10 comprises an alternating current generator 11 coupled to a primary circuit 12 of a transformer 13, the secondary circuit 14 of the transformer 13 having a terminal coupled to ground and therefore to the counter-electrode in this embodiment, and another terminal coupled to a first terminal of an isolated inductor 15, the second terminal of the isolated inductor 15 being coupled to the electrode 6 in this embodiment.
La branche de mesure, formée par le montage en série et le moyen 9 de mesure de la tension aux bornes de l'impédance de mesure Zm, possède une très faible impédance en haute fréquence et dérive ainsi l'impulsion des décharges partielles en la forçant à passer par l'impédance de mesure Zm.The measurement branch, formed by the series connection and the means 9 measuring the voltage across the measurement impedance Zm, has a very low impedance at high frequency and thus derives the pulse of the partial discharges by forcing it to go through the measurement impedance Zm.
Concernant les essais statiques, l'amplitude de la tension est augmentée progressivement jusqu'à l'observation d'une impulsion haute fréquence de courant, signe de présence des décharges partielles. La valeur correspondante de la tension est le seuil d'apparition des décharges partielles. La tension est ensuite ramenée à zéro pour les essais suivants.With regard to static tests, the amplitude of the voltage is gradually increased until the observation of a high frequency current pulse, sign of the presence of partial discharges. The corresponding value of the voltage is the threshold of appearance of the partial discharges. The voltage is then reduced to zero for the following tests.
Sur la figure 5 est représenté un schéma électrique d'un dispositif d'essais 1 selon un second mode de réalisation.In Figure 5 is shown a circuit diagram of a test device 1 according to a second embodiment.
Les éléments identiques au premier mode de réalisation possède les mêmes références numériques. Le dispositif d'essais 1 selon le second mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation en ce que l'électrode 5 est couplée à la masse et la contre-électrode 8 est couplée à un potentiel non nul ayant une valeur permettant d'imposée une haute tension entre l'électrode 6 et la contre-électrode 8 formée par les billes.The elements identical to the first embodiment have the same reference numerals. The test device 1 according to the second embodiment differs from the first embodiment in that the electrode 5 is coupled to the ground and the counter-electrode 8 is coupled to a non-zero potential having a value allowing to impose a high voltage between the electrode 6 and the counter-electrode 8 formed by the balls.
Dans ce mode de réalisation permet d'utiliser le dispositif 1 en continu sur une ligne de production des câbles 3 pour vérifier la qualité de la gaine isolante 32 au cours de la fabrication, du point de vue des décharges partielles, le câble 3 se déplaçant à l'intérieur du boîtier 2 en fonction du rythme de production de ce dernier.In this embodiment allows to use the device 1 continuously on a production line of the cables 3 to check the quality of the insulating sheath 32 during manufacture, from the point of view of partial discharges, the cable 3 moving inside the housing 2 according to the production rate of the latter.
Dans ce cas, le matériau utilisé pour la fabrication du boîtier 2 doit être non conducteur pour isoler de la tension appliquée de son environnement.In this case, the material used for the manufacture of the housing 2 must be non-conductive to isolate the applied voltage from its environment.
Dans le cas d'une mesure continue, la valeur de la tension est fixée selon la spécification technique et l'objectif est d'observer les impulsions générées par l'application de la tension et de mesurer les charges en pico Coulomb correspondantes mises en jeu.In the case of a continuous measurement, the value of the voltage is fixed according to the technical specification and the objective is to observe the pulses generated by the application of the voltage and to measure the corresponding pico-Coulomb charges involved. .
Sur la figure 6 est illustré schématiquement une vue partielle en perspective d'un dispositif d'essais de décharges partielles selon un seconde mode de réalisation de l'invention.In Figure 6 is schematically illustrated a partial perspective view of a partial discharge test device according to a second embodiment of the invention.
Les éléments identiques au premier mode de réalisation portent les mêmes références numériques.Le second mode de réalisation illustré sur la figure 6 diffère du premier mode de réalisation illustré sur la figure 3 en ce que les ouvertures 40' sont rectangulaires et dimensionnées pour recevoir une barre omnibus 3' à section rectangulaire comportant une âme conductrice 31' à section rectangulaire, une gaine isolante 32' adaptée pour enveloppée l'âme conductrice 31' à section rectangulaire, et deux extrémité 33' et 34'. L'augmentation des dispositifs électriques dans les systèmes de l'aéronef entraîne une utilisation accrue des harnais. Cet effet nécessite, non seulement de garantir la fiabilité des différents composants (câbles et connecteurs), mais aussi d'optimiser la masse des composants embarqués tout en répondant aux exigences.The elements identical to the first embodiment bear the same reference numerals. The second embodiment illustrated in FIG. 6 differs from the first embodiment illustrated in FIG. 3 in that the openings 40 'are rectangular and dimensioned to receive a bar. 3 'omnibus rectangular section comprising a conductive core 31' rectangular section, an insulating sheath 32 'adapted to enveloped the conductive core 31' rectangular section, and two end 33 'and 34'. The increase in electrical devices in aircraft systems is resulting in increased use of harnesses. This effect not only guarantees the reliability of the various components (cables and connectors), but also optimizes the weight of the embedded components while meeting the requirements.
Le dispositif selon l'invention permet d'harmoniser les essais de décharges partielles sur les câbles, tout en évitant une dispersion sur les résultats observés au cours des différents essais. Le dispositif permet aussi de réduire le coût des essais en contournant le passage par la phase de blindage pour les essais.The device according to the invention makes it possible to harmonize the tests of partial discharges on the cables, while avoiding a dispersion on the results observed during the various tests. The device also reduces the cost of testing bypassing the passage through the shielding phase for testing.
Le dispositif permet ainsi de tester le câble de façon uniforme sur toute la surface de son isolant et est facilement adaptable aux différentes gauges de câbles.The device thus makes it possible to test the cable uniformly over the entire surface of its insulation and is easily adaptable to the different gauges of cables.
De plus, cette solution n'est pas destructive, c'est à dire qu'elle permet de ne pas endommager l'isolant du câble.In addition, this solution is not destructive, that is to say that it does not damage the insulation of the cable.
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