Mesures expérimentales et interprétation

3.1.3.1 Propagation et localisation d’un pulse de DP au sein d’un câble coaxial

Un signal de DP qui se produit à une distance de 70 mètres par rapport à l’extrémité du câble située du côté de la haute tension (A, Figure 3.12) est représenté Figure 3.12.

amplitude ΔV (mV) temps (μsec) t1 t2 t3 B A _l t1 t2 t3 dB dA 1erpulse 2ndpulse

Figure 3.12 – Signal de DP au sein d’un câble coaxial, propagation et atténuation. DP qui se produit à une distance de 70 m par rapport à l’extrémité A du câble coaxial standard (côté haute tension).

3 Dispositifs de mesure réalisés pour la détection de décharges partielles sur câbles

localisation des DP est une étape importante car elle permet d’éliminer les DP parasites se produisant aux extrémités, sièges de nombreux défauts, qui ne sont pas caractéristiques de l’état de dégradation de l’isolant du câble sous test.

Lorsqu’une décharge partielle se produit au sein d’un long câble coaxial, une impulsion élec-trique se propage vers les deux extrémités du câble (A et B, Figure 3.12). Si celles-ci pré-sentent des impédances différentes de l’impédance caractéristique du câble (50 Ω dans notre cas), l’impulsion de DP est réfléchie vers l’extrémité opposée. La position du défaut (la source de l’impulsion) par rapport à l’extrémité A peut être calculée à partir de la différence tem-porelle entre deux impulsions successives mesurées au niveau de la branche de mesure, ainsi que de la vitesse de propagation du pulse v au sein du câble.

L’inductance linéique du câble coaxial est : L = ^µ0 2π^ln( b a^{) = 250}nH/m avec b=3.14 2 mm et a=0.9

2 mm et C = 10−10 F/m, sa capacité linéique. La vitesse de propa-gation du signal au sein du câble est donc :

v = √¹

LC ^{= 2 × 10}

8m/s

Ainsi, le temps de propagation aller-retour sur une distance de 100 m vaut : tprop= ^{2 × 100}

2 × 108 = 1 µs

Le second pulse Figure 3.12 est le pulse réfléchi sur l’extrémité A du câble après avoir parcouru deux fois la longueur entre la position de la DP et l’extrémité A. Ainsi, on peut en déduire la distance entre le défaut et l’extrémité A à partir de l’écart temporel t2 − t1 = 700 ns ainsi que la vitesse du signal v. Cette distance vaut :

d_A= v^{t2 − t1}

2 ^{= 70}m

L’écart temporel entre le premier et le troisième pulse correspond à la propagation du pulse selon deux fois la longueur totale du câble (l = 100 m) :

t3 − t1 = ^2l

v ^{= 1 µ}s

De même, on peut utiliser le retard du troisième pulse par rapport au deuxième pour calculer la distance de la source de l’impulsion à l’extrémité proche du câble B (celle qui se trouve du côté de la branche de mesure) :

dB = v^{t3 − t2}

2 ^{= 30}m

On retrouve ainsi l = dA+ d_B = 100m.

La résolution temporelle des systèmes de mesure conventionnels (située autour de 10 µs) n’est pas suffisante pour détecter les pulses de DP sans superposition. En effet, l’intervalle temporel entre ces pulses est inférieur à la résolution temporelle du système de détection. C’est pourquoi l’utilisation de méthodes de détection conventionnelles n’est pas adaptée à la localisation des DP par réflectométrie temporelle. La superposition des pulses peut fausser l’interprétation des quantités relatives aux signaux de DP comme la charge ou l’amplitude ainsi que leur position au sein du câble. Afin de détecter les DP au sein des câbles par réflectométrie temporelle, il est donc préférable d’utiliser des techniques de détection non conventionnelles.

3.1 Câble coaxial standard « basse tension »

3.1.3.2 Simulations ADS

Des simulations ont été effectuées grâce au logiciel Advanced Design System (ADS) de Keysight Technologies afin de mieux interpréter les temps d’apparition des pulses des signaux de DP observés (Figure 3.12). La première simulation consiste à modéliser la DP par une source de courant ItPulse en parallèle, d’après la représentation Norton, (Figure 3.13). On considère par exemple que la DP se produit à une distance de 30 m par rapport à la source haute tension. La source de courant choisie est caractérisée par des temps de montée Tr et de descente Tf rapides (5 ns et 10 ns, respectivement). L’amplitude de l’impulsion est fixée à 1 A. La capacité de découplage de 2.7 nF est modélisée par C3 et la résistance de mesure de 1 MΩ par R6. Le câble est modélisé par deux tronçons de ligne coaxiale TL8 et TL7 qui possèdent une longueur de 30 m et 70m, respectivement. La résistance haute tension 5 GΩ est modélisée par R7. Les signaux de tension mesurés sont Vin1, au niveau de la source et Vout1 au niveau de l’impédance de mesure de 1 MΩ. Ces signaux sont représentés Figure 3.14.

Figure 3.13 – Simulation ADS.

En sortie du générateur de courant, l’impulsion voit l’impédance de 50 Ω de la ligne, ce qui justifie l’amplitude de Vin1 de -25V (premier pulse rouge, Figure 3.14). L’impulsion qui se propage dans la ligne de 30 m est réfléchie sur la résistance de 5 GΩ et revient environ 300 ns plus tard, après avoir parcouru un aller-retour dans la ligne de 30 m (soit 60 m) et est mesurée au niveau de la source à nouveau (Vin1, deuxième pulse rouge, Figure 3.14). L’impulsion qui s’est propagée dans la ligne de 70 m, quant à elle, arrive avec un retard de 350 ns par rapport à Vin1 (Vout1, premier pulse bleu, Figure 3.14). L’impulsion qui s’était réfléchie sur la résistance de 5 GΩ est également détectée à nouveau au niveau de la résistance de 1 MΩ (deuxième pulse bleu, Figure 3.14), 350 ns plus tard par rapport à Vin1. Elle arrive avec un retard de 300 ns par rapport au premier pulse détecté sur la résistance de 1 MΩ car elle a parcouru 60 m supplémentaires. L’amplitude des ondes de tension Vout1 mesurées correspond à la somme de l’amplitude de l’onde incidente et de l’onde réfléchie au niveau de la résistance de 1 MΩ. La relation Vout=2×Vin1 est donc bien vérifiée.

On remarque qu’en haute fréquence, les signaux ne sont pas déformés par le circuit de me-sure qui se comporte comme un filtre passe-haut et laisse passer les composantes temporelles inférieures à 2.7 ms. En effet, l’association de la capacité de découplage de 2.7 nF et de la résistance de mesure de 1 MΩ crée un filtre passe-haut dont le temps caractéristique à 63%

3 Dispositifs de mesure réalisés pour la détection de décharges partielles sur câbles

est de 2.7 ms. Ainsi, les temps caractéristiques des pulses sont bien conservés.

Ces simulations nous ont permis de mieux comprendre le phénomène de propagation des signaux de DP au sein d’une ligne coaxiale afin d’interpréter correctement les différents pulses observés sur les signaux obtenus lors des mesures. En effet, la technique de réflectométrie tem-porelle sera utilisée dans la suite de cette thèse afin de localiser les décharges dans différents types de câbles. Il s’agit d’une étape majeure pour la construction d’une base de données de qualité dans le but d’élaborer des diagnostics fiables des systèmes d’isolation électrique.

Figure 3.14 – Résultats de simulation ADS n^o1.