Attention, danger!
52 Revue ABB 1/2005
Attention, danger!
ABB défie les lois de la physique pour renforcer la sécurité des travaux
sur les ouvrages électriques.
Jan Czyz˙ewski, Maciej Wne˛ k,
Marek Florkowski, Thomas Liljenberg,
Kurt Kaltenegger
Comme tout professeur de physique
s’évertue à le rappeler, il faut deux
points pour mesurer une tension
puisque celle-ci ne se définit que par
rapport à un point de référence.
Néanmoins, pour les personnes tra-
vaillant sur un appareillage électrique,
il est important de savoir si un
conducteur est sous tension ou non
par rapport à tout point à proximité,
qu’il s’agisse d’un conducteur ou d’un
élément mis à la terre. Pour les aider,
les chercheurs d’ABB ont développé
un indicateur qui détecte la présence
de tension… mais sans point de réfé-
rence défini! Comment ont-ils fait
pour défier les lois de la physique?
Les indicateurs de présence de ten-
sion sont indispensables au personnel
travaillant sur les ouvrages de distri-
bution en moyenne tension (MT). Ils
aident à localiser les défauts et indi-
quent quand on peut sans danger
mettre le réseau à la terre. Lorsqu’on
travaille sur du matériel électrique,
même s’il faut une mesure certifiée et
respecter des procédures formalisées
de sécurité, l’utilisation d’un appareil
redondant indépendant est un gage
de sécurité.
En règle générale, un système de dé-
tection de tension est constitué d’un
diviseur de tension (de type capacitif
ou résistif) qui réduit la tension à un
niveau directement mesurable (de
quelques volts à environ 100 volts).
Un simple indicateur de tension est
alors raccordé au diviseur. Dans la
plupart des systèmes, l’impédance pri-
maire du diviseur est intégrée dans un
composant MT comme, par exemple,
une traversée, un transformateur de
courant ou un support isolant. Un fil
relie ce composant à un tableau inté-
grant l’impédance secondaire du divi-
seur et le détecteur. Généralement,
ceptible pour des matériaux électro-
optiques. Aucun matériau d’affichage
connu n’était en mesure de réagir
directement à des champs électriques
aussi faibles.
Malgré ces obstacles techniques, ABB
créa en 2002 un premier modèle de dé-
monstration présentant la sensibilité
requise, fabriqué en un tout nouveau
matériau souple d’affichage par électro-
phorèse, couramment appelé «papier
électronique». Toutefois, ce matériau ne
peut pas réagir directement au champ
électrique en question. Une adaptation
développée par ABB permit d’accumu-
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ces systèmes ne sont utilisés que dans
les tableaux d’appareillages sous en-
veloppe.
Toutefois, alors que de nombreux
points d’un réseau de distribution né-
cessiteraient une indication de ten-
sion, on y renonce pour éviter de ren-
dre les ouvrages trop complexes (obli-
gation d’installer une protection d’ex-
térieur coûteuse, absence d’impédan-
ce primaire, etc.). C’est notamment le
cas des traversées ou des bornes des
transformateurs de distribution, des
extrémités des câbles d’extérieur à la
jonction avec les lignes aériennes ou
des bornes des interrupteurs-section-
neurs d’extérieur.
Dans l’idéal, pour autant que le coût
le permette, une indication de présen-
ce de tension devrait être placée en
tout point du réseau.
On pourrait ainsi imaginer un réseau
électrique dans lequel chaque jeu de
barres ou conducteur sous tension pren-
drait une couleur spécifique permettant
de le distinguer facilement des conduc-
teurs momentanément hors tension.
Effet de champ
Chaque conducteur sous tension étant
entouré d’un champ électrique dû à
la présence de la tension, l’idée serait
de développer un matériau ou un
dispositif qui modifie son comporte-
ment optique en présence d’un champ
d’une amplitude donnée.
C’est ce raisonnement qui a conduit
les chercheurs du programme sur les
nanotechnologies d’ABB Corporate
Research à s’intéresser aux technolo-
gies d’affichage. En théorie, elles pour-
raient quasiment toutes être adaptées
pour qu’un champ électrique modifie
les propriétés optiques du matériau
ou d’une structure sous tension, modi-
fication qui serait visible à l’œil nu. En
théorie seulement car le champ élec-
trique entourant le conducteur d’un
appareillage de distribution isolé dans
l’air varie d’un à quelques kilovolts par
centimètre (kV/cm), une valeur imper-
Première démonstration de l’indicateur PVI.
Pour un champ électrique de courant alter-
natif à 50 Hz d’une amplitude moyenne de
1 kV/cm, l’indication visuelle est clairement
perceptible.
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Absence de champ électrique
Présence de champ électrique 1kV/cm
Prototype d’indicateur PVI
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R&D
53Revue ABB 1/2005
ler de l’énergie sur plusieurs périodes
d’oscillation du courant alternatif (en
moins d’une seconde) améliorant ainsi
la sensibilité. Résultat: le champ élec-
trique local à l’intérieur du matériau
d’affichage augmente, son amplitude
étant beaucoup plus élevée que le
maximum de sa valeur externe. L’appa-
reil peut ainsi réagir aux champs élec-
triques inférieurs à 1 kV/cm.
Toutefois, pour pouvoir appliquer
cette technologie aux équipements
électriques, la sensibilité n’est pas le
seul critère. En effet, les équipements
MT, notamment d’extérieur, doivent
endurer des conditions climatiques sé-
vères (grandes variations de tempéra-
ture et d’humidité, intempéries et en-
soleillement direct). Qui plus est, une
fois installés, ils doivent fonctionner
plusieurs années sans maintenance.
Avant de pouvoir soumettre la techno-
logie du papier électronique «tout
plastique» à de telles conditions d’ex-
ploitation, d’importants travaux de dé-
veloppement sont encore nécessaires.
Au vu de la plage de températures
requise et des besoins de robustesse
du système, l’équipe de projet s’est in-
téressée aux écrans à cristaux liquides
(LCD) à nématique en hélice entre
deux substrats en verre – la plus sim-
ple mais aussi la plus résistante de
toutes les technologies LCD. Même si
la sensibilité de cette technologie reste
inférieure aux exigences par un fac-
teur de 10–100, la création d’une struc-
ture d’affichage microscopique per-
mettrait d’amplifier localement le
champ électrique. Ainsi, la sensibilité
recherchée pourrait être obtenue sans
perdre pour autant les avantages de
cette technologie (procédé de fabrica-
tion maîtrisé et faible coût).
La réussite de cette étape de dévelop-
pement encouragea l’équipe à élaborer
un prototype d’indicateur de tension ,
baptisé Passive Voltage Indicator
(PVI), utilisable en extérieur. Fabriqués
à une centaine d’exemplaires, ces pre-
miers prototypes subirent de nom-
breux essais : essais de fonctionne-
ment sur réseaux MT triphasés, essai
au brouillard salin, essais sous lampe à
arc au xénon simulant un ensoleille-
ment intense et essais climatiques de
vieillissement accéléré. Les résultats de
ces essais montrent que l’appareil est
capable de résister à un «traitement de
choc». Un produit pilote est en cours
de développement . L’indicateur PVI
fonctionnera sans source d’alimenta-
tion externe et, une fois installé, ne
nécessitera aucune maintenance.
Deux types d’indicateurs PVI ont été
conçus pour deux gammes de sensibi-
lité. Leurs caractéristiques couvriront
la plage complète de tensions nomina-
les CEI et ANSI (3 à 36 kV). Les in-
structions d’emploi préciseront le type
d’indicateur PVI pour chaque appli-
cation en fonction de la tension nomi-
nale du système et de la géométrie de
ses conducteurs. Par exemple, pour
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une tension nominale de 6 kV, il pour-
ra être utilisé pour des distances entre
pôles de 125 mm (plus petite valeur
caractéristique) à 400 mm. Le seuil de
tension respecte les prescriptions des
normes CEI sur les systèmes indica-
teurs de présence de tension (CEI 61958
et CEI 61243), à savoir le seuil d’indi-
cation de présence de tension est
toujours inférieur à 45% de la tension
nominale du réseau.
L’indicateur PVI conviendra aussi bien
aux travaux sur réseau hors tension
qu’à ceux sous tension avec perche
isolante. Il facilitera nettement la loca-
lisation des défauts et renforcera la sé-
curité des opérations de détection de
tension pour les mises à la terre.
Indicateurs PVI à l’essai sur ligne triphasée de 6 kV (distance entre pôles: 20 cm). La présence
de tension est indiquée par de grosses flèches en forme d’éclair (gauche). Essais au brouillard
salin (haut, droite) et en enceinte sous lampe à arc au xénon (bas, droite).
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Jan Czyz˙ewski
Maciej Wne˛k
Marek Florkowski
ABB Corporate Research
Cracovie (Pologne)
Thomas Liljenberg
ABB Corporate Research
Västerås (Suède)
Kurt Kaltenegger
ABB Power Technology Products
Management Ltd
Zurich (Suisse)
Conception de l’indicateur pilote PVI à
enveloppe élastomère de silicone pour
utilisation permanente en extérieur
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