Bibliographie & annexes
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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.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 1988 par Alain LEFÈVRE, Jean-Marie POTEL
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Mesure de la haute tension avec diviseur de tension et oscilloscope
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1. Principe des mesures
1.1 Transmission de la mesure
Dans le domaine de la haute tension, on mesure la tension entre une électrode mise au potentiel de la terre et une électrode à potentiel élevé. Pour protéger le personnel et le matériel, l’oscilloscope est placé à une distance suffisante de l’électrode haute tension, alors que le réducteur de tension se trouve nécessairement à proximité de celle-ci.
Il faut donc utiliser un câble de liaison pour transmettre le signal de mesure du pied du réducteur de mesure vers l’oscilloscope. Le signal de mesure est un signal à faible énergie, qui est de nature à être considérablement perturbé par les composantes haute fréquence du signal haute tension.
La figure 1 montre comment la haute tension influe sur le câble de liaison.
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D’une part, le courant haute tension I venant de la source G (générateur d’ondes haute fréquence, ou générateur virtuel représentant les phénomènes survenant lors d’un claquage) rayonne un champ magnétique qui induit un courant I i dans la boucle de mesure. Ce courant induit peut avoir un ordre de grandeur comparable à celui du courant de mesure I m , donné par :
étant donné que le courant I m est en général très faible, en raison de la valeur élevée de l’impédance d’entrée de l’oscilloscope Z i .
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D’autre part, les capacités parasites C p viennent se mettre en parallèle sur l’impédance de la tête de diviseur Z H , introduisant des courants capacitifs de nature à fausser également la mesure.
Pour éviter ces deux effets, la méthode la plus simple et la plus efficace consiste à utiliser un câble coaxial, comme le montre la figure 2. Du côté mesure, le blindage du câble est relié à la terre et au blindage du pied...
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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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