Question de Marque : Appareils de mesure HBM pour les essais Haute Tension

HBM Benelux a livré 3 enregistreurs de transitoires de la gamme Genesis HighSpeed au laboratoire  Haute Tension  KEMA DNV GL de Arnhem.  Ce nouvel équipement remplace le matériel LDS Nicolet que KEMA avait acheté entre 1995 et 2000 et utilisé jusqu’à récemment. La raison principale de ce changement était la mise en application de la norme CEI 60060-2 (2010) , qui régit les procédures de mise en œuvre des essais haute-tension ainsi que les requis concernant les performances de mesures.

Les coupures de puissance peuvent avoir des conséquences majeures

« Dans le laboratoire Haute Tension, nous avons mis l’accent sur les essais de certification des composants HT, équipements de puissance et de quantification, équipements de protection et de contrôle pour la génération et distribution de l’électricité. L’essai et la certification de la sécurité et du contrôle des installations et systèmes haute-tension sont de plus en plus importants car les infrastructures électriques sont de plus en plus complexes et vulnérables. Les coupures de puissance peuvent avoir des conséquences majeures, depuis les désordres liés aux disfonctionnements économiques jusqu’aux risques de pertes humaines liés à l’arrêt d’équipements critiques.    

"Notre réputation dans le domaine est établie. Nos certificats de type KEMA sont reconnus au niveau international.”

John Mooren, test engineer at KEMA Laboratories in Arnhem.

A propos du laboratoire KEMA

Les installations et équipements sont testées dans les laboratoires Haute Tension et Haute Puissance, tous deux situés à Arnhem, au sein du laboratoire KEMA, lui-même faisant partie de la division Energie du groupe DNV GL. Le laboratoire Haute Puissance réalise des essais de court-circuit permettant de déterminer la résistance de court-circuit des matériaux. 4 générateurs furent couplés pour créer un courant de court-circuit de 8,800 MVA, ce courant a même été porté à 13,000 MVA en 2015 avec l’achat de 2 nouveaux générateurs.

Le laboratoire Haute Tension est principalement occupé à tester et certifier les câbles et composants haute -tension suivant les procédures de recette des fabricants. Ce sont principalement des essais diélectriques permettant de déterminer les caractéristiques d’isolement des matériaux employés.   Le laboratoire poursuit également une grande variété d’essais tels que les essais en thermique sur équipements transformateurs ou disjoncteurs, essais d’endurance pouvant durer plusieurs mois, étalonnage haute-tension ou encore essais mécaniques sur fusibles ou relais de sécurité.

Essai Diélectrique

Les essais Diélectriques sont réalisés à partir, entre autres, de signaux alternatifs (AC), de signaux continus (DC) et d’impulsions foudre (LI). Les enregistreurs de transitoires HBM sont utilisés pour la capture des impulsions foudre. Une impulsion foudre type présente un front de 1,2 µs et un délai à mi- amplitude de 50µs. L’enregistreur de transitoires HBM propose une vitesse d’échantillonnage très rapide et de 10ns. Le front d’impulsion est déterminé à partir de 120 points mesurés en 1200ns. Le pic de tension de l’impulsion foudre est évalué par logiciel à l’aide de formules suivant la norme CEI 60060-2. Ce logiciel, partie intégrante de l’enregistreur de transitoires HBM, est parfaitement adapté à cet usage.

Configuration de tests pour un système de câble 400 kV, avec générateur d’impulsion 2.6 MV et diviseur 3000 kV sur la droite. Le boîtier EMC recevant le transmetteur HBM est placé à la base du diviseur.
Configuration de tests pour étalonnage d’un diviseur 700kV avec un générateur d’impulsion 1 MV . Les boîtiers EMC recevant les transmetteurs HBM sont placés à la base des diviseurs.

Tension d’impulsion foudre

La tension d’impulsion foudre est créée à partir d’un générateur d’impulsion de tension, constitué de multiples Capacités de 100kV (ou 200kV) charges puis déchargées en série. Un total de 3 générateurs d’impulsions de tension équipe le laboratoire Haute Tension. La tension maximum atteignable est de 2,6MV (13 capacités de 200kV chacune), et des tensions de 1,6MV et 1MV (respectivement 16 et 10 capacités de 100kV chacune)  sont également possibles. La valeur pic de l’impulsion de tension est établie en fonction des standards internationaux. La valeur pic de l’impulsion de tension est de 1425kV pour les systèmes Haute Tension de 400kV, et de 75kV pour les systèmes de Moyenne Tension de 12kV.  

Le laboratoire comprend 6 diviseurs haute tension qui sont utilisés pour mesurer les tensions d’impulsion. Chaque diviseur est couplé à son propre module transmetteur-numériseur, et il y a également 2 systèmes de mesures avec lesquels des signaux secondaires peuvent être suivis. Il y a un total de 8 transmetteurs et 3 receveurs, plus 3 systèmes de mesures HBM sur base PC.

Une autre fonction nouvelle porte sur la séparation de l’acquisition des données et le transfert des mesures vers le PC via fibre optique. Cette fonction présente de nombreux avantages car cela élimine les interférences et participe à une mesure plus précise. Cela améliore également la sécurité d’utilisation  car la transmission d’un choc électrique haute tension via fibre optique est impossible. L’exposition des opérateurs à de tels chocs pouvant être fatale.

Pourquoi un nouvel équipement ?

“La décision de remplacer le matériel existant a été prise en 2009. Cela n’était pas juste lié au déménagement dans les nouveaux locaux en 2009 mais surtout une conséquence des changements apportés au standard CEI 60060, qui ont été mis en application en 2010. En tant qu’HVL, nous siégeons au comité des standards CEI et sommes tenus de suivre l’évolution des normes et de toujours proposer les essais et les certifications suivants les standards les plus récents. La norme CEI 60060 décrit les conditions uniformes pour les essais Haute Tension. Elle spécifie les définitions exactes et les recommandations à suivre pour la génération des tensions requises pour les essais. Elle décrit les requis techniques pour la réalisation des essais, les tolérances de mesures acceptables ainsi que pour les systèmes de mesures.''

John Mooren, test engineer at KEMA Laboratories in Arnhem.

Une proposition d’investissement pour l’achat de nouveaux équipements de mesures fut acceptée en 2010. A partir de là, une présélection de 5 fournisseurs potentiels majeurs fût faite. Après sélection, 3 fabricants furent invités à présenter leur solution, courant 2011, au sein du laboratoire. Le choix final de HBM a été fait sur la base du meilleur ratio prix-performance.

En choisissant HBM, DNV GL a conservé la même philosophie d’équipement puisque HBM avait repris les activités LDS Nicolet* et renommé la ligne de produits Genesis HighSPeed, courant 2009. Cette ligne de produit modulaire est tournée vers l’acquisition de données rapides et la capture de transitoires. Ces systèmes sont utilisés et répandus dans les essais d’endurance, de balistique, de court-circuit, d’impulsion foudre, parmi d’autres.

 

 

Logiciel Perception

Capture d'écran du logiciel HBM Perception, selon la norme IEC 60060-1 (2010) avec méthode K factor avec ajustement et filtrage des courbes (vérifié selon CEI 61083-2).
Le récepteur et émetteur de la série HBM ISOBE5600 sont installés dans les boîtiers EMC

Réalisation

Le nouvel équipement a été livré au début de l’année 2012. Il s’agissait de trois enregistreurs de transitoires ISOBE5600m de la famille Genesis HighSpeed disposant d’un taux d’échantillonnage de 100MS/s,  soit 100 millions d'échantillons par seconde. Un système ISOBE5600 se compose d’une unité de numérisation émettrice qui est installée dans l'environnement d'essai à haute tension et une unité de réception dans un autre endroit qui peut être relié à un système d’acquisition de données ou à un PC. La communication entre émetteur et récepteur se fait par fibre optique, qui assure une isolation électrique totale entre la cellule d'essai et la salle de contrôle. Le logiciel Perception de HBM pour le traitement des données de mesure fait également partie de la solution. Il permet d’effectuer les calculs décrits dans la norme CEI 60060-2.

Les émetteurs / numériseurs HBM ISOBE5600t dans le HVL ont des atténuateurs qui traitent les signaux entrants, installés comme des unités fixes dans une boîte CEM, ce qui signifie que les résultats de mesure ne peuvent pas être affectés par des interférences électromagnétiques. Les boîtiers CEM sont connectés aux diviseurs. Les numériseurs / émetteurs numérisent les signaux de mesure et les mettent à disposition pour être transmis au récepteur via un câble fibre optique. Le logiciel Perception High Voltage Impulse Analysis (HV-IA) fournit un panneau de contrôle pour la mise en place des tests, ainsi qu'une interface utilisateur graphique avec laquelle la plupart des fonctions peuvent être visualisées, par exemple comme les courbes de tension. Le récepteur ISOBE5600r, avec un panneau de contrôle et un PC, est installé dans la salle de mesure. Les données sont présentées en LabVIEW via une interface avec le logiciel Perception.

La configuration initiale était opérationnelle et accréditée en 2012, après quoi elle a été intégrée à LabVIEW. Le dernier appareil Nicolet* a été retiré à la fin 2015 et le laboratoire de Haute Tension DNV-GL a entièrement basculé sur l'équipement Genesis High Speed. Le nouvel équipement s'est révélé nettement plus précis que l'ancien système, car il offre la possibilité d'effectuer et d’éditer un rapport sur les tests en pleine conformité avec la norme CEI 60060.

 

* Les produits HBM Genesis High Speed ​​étaient commercialisés sous les marques LDS Nicolet, LDS Dactron et Gould Nicolet. La marque Nicolet appartient à Thermo Fisher Scientific Inc. Corporation. Gould est une marque de Gould Electronics GmbH.