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RÉSUMÉ
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.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 1988 par Alain LEFÈVRE, Jean-Marie POTEL
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3. Mesure des tensions continues et alternatives par diviseurs résistifs
3.1 Mesure en tension
La première version d’un diviseur résistif est montrée sur la figure 19. Elle comprend les deux résistances R H et R B du diviseur, un voltmètre V et, en parallèle sur ce dernier, un dispositif P servant à protéger l’appareil de mesure en cas de claquage au niveau de R H .
Le choix des éléments se fera sur la base des considérations suivantes. La valeur de R H doit tenir compte de la puissance disponible à la haute tension : le courant dérivé dans la branche de mesure doit rester faible vis-à-vis du courant maximal débité par le générateur. On tient compte également de la puissance P dissipée dans la résistance R H , égale à :
La valeur de R B est telle que le rapport de division obtenu conduise à une tension mesurable par l’appareil de mesure utilisé. Ce dernier sera choisi en fonction de son impédance interne, qui doit être en principe nettement plus élevée que la valeur de R B . Si ce n’est pas le cas, on peut tenir compte de l’erreur introduite dans le rapport de division par la mise en parallèle d’une impédance sur R B .
Le dispositif de protection est choisi en fonction de la tension présente sur l’appareil de mesure. Il peut être un éclateur à gaz ou un assemblage de semiconducteurs (varistors, transzorbs).
Le type d’appareil de mesure à utiliser dépend de la nature de la tension à mesurer.
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Considérons d’abord le cas d’une tension continue. Supposons que la tension dite continue soit obtenue en redressant une tension alternative (figure 20). Elle est donc la superposition d’une tension continue U moy et d’une tension de...
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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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