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En anglaisRÉSUMÉ
Cet article est consacré aux mesures des hautes tensions continues, alternatives et transitoires. Les mesures de ces hautes tensions sont identiques en principe et en équipements aux mesures des tensions traditionnelles de l'électronique et de l'électrotechnique. Toutefois les oscilloscopes et les voltmètres doivent être adaptés aux niveaux de tension, par l'utilisation de réducteurs de tension. De plus des méthodes de sécurité adaptées sont impératives du fait des hautes tensions.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Alain LEFÈVRE : Ingénieur Civil Électricien Mécanicien, Université de Liège
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Jean-Marie POTEL : Ingénieur Technicien Institut Gramme, Liège
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François BERNOT : Ingénieur supélec - Supélec - Professeur des Universités à l’École d’Ingénieurs de Tours
INTRODUCTION
Cet article est consacré aux mesures des hautes tensions continues, alternatives et transitoires.
La mesure de tensions de l’ordre de quelques kilovolts à quelques centaines de kilovolts relève des mêmes techniques que celles employées pour la mesure des tensions rencontrées couramment en électronique et en électrotechnique, et les appareils de mesure proprement dits sont identiques : oscilloscopes et voltmètres.
Des différences fondamentales existent néanmoins au niveau de la mise en œuvre.
• Tout d’abord, dès que l’on dépasse le seuil des quelques kilovolts, la tension sort de la gamme de mesure des instruments. Il est donc nécessaire d’utiliser des réducteurs de tension, dont le but est de supporter à leurs bornes la plus grande partie de la tension appliquée, tout en présentant à l’appareil de mesure un signal utilisable.
• Ensuite, tout phénomène haute tension est de nature à comporter des composantes spectrales dans le domaine des hautes fréquences. Les composantes haute fréquence apparaissent soit de façon prévisible, comme c’est le cas lors de l’application d’ondes de choc d’essai, soit de manière accidentelle, en cas de claquage d’un isolant. Il convient que les circuits de mesure forment un ensemble adapté à la mesure des phénomènes haute fréquence.
• Enfin, la mesure d’une tension suppose, dans la plupart des cas, que les électrodes entre lesquelles on mesure soient apparentes ; et dans le cas où ces électrodes sont portées à des potentiels élevés vis-à-vis de la terre, des mesures de sécurité sont à mettre en œuvre afin de protéger les personnes se situant à proximité.
Les applications de la mesure en haute tension se décomposent en deux grandes parties : la mesure pour contrôler le bon fonctionnement d’une installation (poste de distribution électrique...) et celle appliquée à des appareils embarqués (générateurs de rayons X, générateurs micro-ondes...). Si dans le premier cas il est possible d’utiliser du matériel sophistiqué et onéreux, en revanche dans le second cas, le constructeur doit souvent se tourner vers des solutions rustiques, telles que les diviseurs résistifs associés à des filtres RC.
Cet article commence par une analyse de la chaîne de mesure traditionnelle avec ses diviseurs, ses câbles de transmission et l’influence des parasites. Ces principes sont alors appliqués à la mesure des phénomènes transitoires à l’oscilloscope, avec diviseurs résistifs et capacitifs. Suit la mesure des valeurs moyennes et efficaces, à l’aide d’appareils à cadre ou numériques, puis les mesures de tension crête et de choc et les essais diélectriques.
Les principes de mesure de la haute tension d’un générateur d’essai et d’un générateur de radiologie sont étudiés.
VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 1988 par Alain LEFÈVRE, Jean-Marie POTEL
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2. Mesure de la haute tension avec diviseur de tension et oscilloscope
Les notions évoquées dans ce paragraphe se rapportent directement aux mesures de composantes haute fréquence. L’emploi de l’oscilloscope s’impose pour permettre l’observation de l’évolution temporelle des grandeurs autant que des valeurs des tensions. Étant donné que la haute tension impose un réducteur et une ligne de transmission, on commencera par un rappel des notions de base liées à ces composants.
2.1 Circuit de mesure et propriétés
On peut schématiser le circuit de mesure comme le montre la figure 9. La tension à mesurer au pied du réducteur de tension est représentée par une source de tension ui et une impédance interne Zi (pouvant comprendre une impédance d’adaptation).
La ligne de transmission est caractérisée par son impédance caractéristique Z et un temps de propagation τ.
La tension présente à l’entrée de l’oscilloscope est uo.
Les impédances Zo et Za rendent comptent de l’impédance d’entrée de l’oscilloscope et des impédances d’un diviseur de tension et/ou d’impédance d’adaptation.
HAUT DE PAGE2.1.1 Propriétés dans le domaine fréquentiel
Le but de la mesure est naturellement la détermination des paramètres caractérisant ui, lorsque l’on connaît les paramètres de uo. La relation entre uo et ui est complexe et est fonction de la fréquence. Un traitement mathématique est nécessaire pour établir cette relation.
On se base sur les transformées de Laplace des tensions uo et ui. Par définition, la transformée de Laplace de ui est :
La même relation est applicable à uo, et l’on définit la fonction de transfert...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BEYER (M.), BOECK (W.), MÖLLER (K.), ZAENGL (W.) - Hochspannungstechnik. Theoretische und praktische Grundlagen für die Anwendung - . Springer-Verlag 1986.
-
(2) - LAINÉ (P.) - Connectique - . [E 3 930] Techniques de l’Ingénieur traité Électronique, 09-1989.
-
(3) - NF EN 60156 - Isolants liquides. Détermination de la tension de claquage à fréquence industrielle. Méthode d’essai - . (NF C 27-221) Novembre 1995.
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(4) - NF EN 60052 - Mesure de tension au moyen des éclateurs à sphères normalisées - . (UTE C41-050) 01/03/2003.
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