Étalons électromagnétiques et de temperature - Projets de recherche

 Métrologie électrique
 Techniques et instruments de mesure diagnostique
 Mesures en haute tension et en courant élevé
 Mesures en c.c. en utilisant des instruments à comparateur de courant
 ÉMDAC 25 bits À comparateur de courant
 Étalons voyageur de kW et de kVa du cnrc- phase II
 Micro-ondes à haute puissance (HPM)
 Accélérateur électrothermique
 Biophysique

Métrologie électrique

D. Angelo, R.J. Arseneau, B. Djokic, E. So, J. Zelle

Ce projet de recherche et développement porte sur des techniques de mesure uniques et plus exactes ainsi que sur une instrumentation pour mesurer exactement les quantités électriques intéressant l'industrie de production d'énergie électrique comme la tension, l'intensité des courants, et la puissance et l'énergie active ou réactive. Cela comprend des systèmes automatisés d'étalonnage des appareils de mesure de ces valeurs en régimes sinusoïdal et non sinusoïdal, ainsi que des systèmes ou instruments permettant d'effectuer des essais connexes sur la qualité du courant.

Les travaux se poursuivent également en vue d'appliquer des techniques numériques à la mesure des puissances aux fréquences élevés (jusqu'à 1 MHz) par échantillonnage direct des tensions et des courants. Ceci a permis d'établir les caractéristiques de plusieurs convertisseurs de courant/tension et diviseurs de tension. Des logiciels ont été élaborés pour calculer la puissance des mesures simultanées de tension et de courant. Les travaux dans ce domaine sont suspendus en attendant que la demande du marché augmente.

L'enregistreur numérique triphasé amélioré du système triphasé non sinusoïdal du CNRC a été évalué et les résultats d'essai ont indiqué que l'exactitude de ces mesures de tension et d'intensité sont supérieures à 25 ppm de l'échelle complète des mesures de puissance active et supérieures à 50 ppm de l'échelle complète pour les mesures de puissance apparente. Ces résultats ont été présentés à la Conférence de 1996 sur les mesures électromagnétiques de précision à Braunschweig, en Allemagne. L'enregistreur numérique a été utilisé pour faire l'essai d'un générateur d'ondes harmoniques, un analyseur de puissance et des compteurs de recettes. Un article décrivant ces essais a été présenté à la Conférence internationale de 1996 sur l'harmonique et la qualité de la puissance à Las Vegas au Nevada.

Les travaux se poursuivent sur l'élaboration d'un wattmètre haute tension à faible facteur de puissance basé sur un comparateur de courant pour la mesure des pertes de puis-sance dans les appareillages électriques de haute tension sous des conditions de faible facteur de puissance. Un schéma de plaquette de circuit imprimé a été réalisé pour supérieure à 20 ppm.

Un générateur haute vitesse, autonome de haute précision basé sur un microcontrôleur à temps d'échantillonnage uniforme s'appuyant sur une nouvelle méthode de multiplication des fréquences est en voie d'élaboration. Ce générateur permettra l'échantillonnageuniforme et/ou la reconstruction à grande résolution, et exactitude élevée des signaux périodiques. Des erreurs inférieures à 20 ppm ont été obtenues dans la plage de fréquence de 50 à 70 Hz.

Un générateur harmonique à deux voies basé sur DSP des formes d'ondes déformées avec un nombre programmable de points d'échantillonnage est en voie d'élaboration. Le générateur sera utilisé pour produire des formes d'ondes de tension/courant avec un contenu harmonique déterminé précisément d'avance.

Technique et instrument de mesure diagnostiques

M. Abou Dakka, Y. Chen, S. Bamji, A. Bulinski, J. Dunn, A. Grünwald, D. McIntyre, T.R. McComb, E. So, D. St-Jean, M. Suzuki, K. Tohyama

La technique d'électroluminescence (EL) a été utilisée pour détecter l'injection de charge ainsi que l'effet de charge spatial dans les diélectriques soumis à une ten-sion d'impulsion. Il a ainsi été indiqué que la probabilité d'émission EL s'est accrue avec l'amplitude et la durée de chute de la tension d'impulsion appliquée, mais était indépendante du temps d'accroissement de l'impulsion. Les mesures de EL résolues en fonction du temps ont indiqué que pendant chaque impulsion, les impulsions EL étaient groupées avec deux périodes de temps distinctes entre lesquelles il n'y avait aucune activité EL. Les résultats de ce projet, effectué en collaboration avec un chercheur invité et complètement financé par le gouvernement d'Allemagne, ont été exposés au Symposium international sur les isolants électriques au Symposium IEEE de Montréal en juin 1996 et à la Conférence de l'IEEE sur l'isolation électrique et les phénomènes diélectriques à San Francisco, en octobre 1996.

Experimental setup for electroluminescence under high electric stress measurements.

Un autre projet de collaboration a fait intervenir la détection optique des décharges partielles (PD) sur un modèle à échelle réduite du système isolé au gaz (SIG). Il a été indiqué que la technique optique a plusieurs avantages car elle est beaucoup plus sensi-ble que les techniques de détection conventionnelles à décharge électrique partielle et elle permet aussi la détection des décharges partielles sous des courants de tension transitoires pour lesquels les mesures de décharge électrique partielle sont extrêmement difficiles. La détection optique de décharge partielle a été présentée à la Conférence de l'IEEE sur l'isolation électrique et les phénomènes diélectriques tenue à San Francisco en octobre 1996.

Experimental setup for measurement of the harmonic distortion in the insulation loss current.

Dans un projet de collaboration avec un autre chercheur invité, complètement financé par la société japonaise d'électricité Furukawa Electric Co., la technique d'électroluminescence (EL) élaborée au CNRC a été utilisée pour détecter le vieillissement de l'isolation polymérique utilisée dans les câbles haute tension souterrains. Pour déterminer les divers mécanismes dépendant du temps qui pourraient entraîner une défaillance de l'isolation pendant la tension d'impulsion, du polyéthylène réticulé non vieilli et vieilli a été soumis à des impulsions de polarité alternantes. Pour créer des domaines divergents dans l'isolation, des extrémités semi-conductrices ont été intégrées au polymère. Des mesures à résolution de temps ont été effectuées pour détecter EL émis à différents taux de répétition d'impulsion. Il a été indiqué que plus d'impulsions EL avaient été émises à partir du polymère vieilli que du polymère non vieilli. Ceci a indiqué que les charges piégées dans l'isolation polymérique pendant le vieillissement affectent les phénomènes d'émission de lumière et la détection EL peut être utilisée comme technique diagnostique afin de déterminer la qualité des câbles vieillis.

NRC test cell for water tree material evaluation tests.

La méthode d'étape thermique (TSM) est une technique non destructive pour déterminer la distribution des charges dans l'espace dans des échantillons diélectriques minces et épais. Une charge spatiale injectée à des hauts champs dans le diélectrique peut affecter de façon importante le temps de défaillance. Bien que la méthode expérimentale soit simple, les techniques numériques nécessaires pour analyser les données sont complexes et chronophrages. L'analyse de Fourier est utilisée de façon courante pour analyser les données TSM. Dans le cadre du présent projet, un nouvel algorithme appelé tech-nique matricielle inverse a été utilisé pour simplifier l'analyse des signaux acquis par TSM. La simulation numérique par la technique matricielle inverse a été comparée avec l'analyse de Fourier utilisé de façon courante. Des échantillons chargés par effet de couronne ainsi que les échantillons XLPE à composantes polaires c.c. ont fait l'objet d'essais pour confirmer la validité de la technique matricielle inverse. Un article qui indique que cette technique donne de meilleurs résultats et exige moins de temps de calcul que d'autres techniques utilisées d'ordinaire pour la TSM, a été présenté et accepté aux fins de publication dans les projections sur les diélectriques de l'IEEE.

Mesure de courant haut et de capacitance haut

Transformateurs de courant à assistance électronique
D.A. Bennett, E. So

Ce projet de recherche et développement porte sur les transformateurs de courant c.a./c.c. à assistance électronique et à âme ouvrable pour l'étalonnage sur place des gros et moyens systèmes de mesure des courants c.a./c.c., y compris ceux qui renferment les tous nouveaux transformateurs de courant optique. Un article décrivant un transformateur portatif à pince pour des courants à étapes multi-ples plus faibles avec des rapports d'erreurs inférieurs à 50 x 10 -6 a été présenté à la Conférence de 1996 sur les mesures électromagnétiques de précision à Braunschweig, en Allemagne.

Example of an openable core current transformer.

Étalons de perte de charge à comparateur de courant

D. Angelo, D.A. Bennet, E. So, N. Wise

Ce projet est axé sur la recherche et le développement d'un étalon de perte de charge pour l'essai et l'étalonnage sur place des appareils industriels de mesure des pertes à haute tension.

Le Groupe a poursuivi ses recherches sur les moyens d'accroître le rendement et d'élargir les capacités de l'étalon de perte de charge destiné à l'étalonnage sur place de différents modèles de systèmes de mesure des pertes à haute tension. Un nouveau pont d'impédance fondé sur le comparateur de courant à haute tension pour la mesure des inducteurs, des condensateurs et des résistances à haute tension est en voie d'élaboration. Le pont sera utilisé pour la mesure des impédances de haute tension sous des conditions d'exploitation difficiles.

On site calibration of in-plant load loss measuring system using NRC travel standard.

La demande d'étalonnage sur place des systèmes industriels de mesure de haute tension à l'aide des étalons de perte de charge du CNRC se poursuit en Amérique du Nord et en Europe. Deux étalonnages et essais sur place, l'un en Europe et l'autre en Asie, ont été effectués par le Groupe en 1996-1997.

Les travaux se poursuivent sur un nouveau prolongateur de plage de courant, d'exactitude élevée qui fera partie d'un système informatisé de mesure des pertes de tension à haute tension triphasées. Le nouveau prolongateur de plage de courant permettra des mesures d'intensité pouvant atteindre 2 000 A aux hautes tensions d'exploitation pouvant atteindre 200 kV et améliorant donc de façon importante les plages d'exploitation du système actuel. Ce système de mesure des pertes triphasées permettra de compléter l'application des étalons de perte de charge pour fournir le raccordement des mesures de perte de puissance sous haute tension à des étalons d'échelon supérieur.

MDAC 25 bits À Comparateur de courant

N. Wise, E. So

Ce projet de recherche et de développement porte sur un instrument dont la principale composante est le convertisseur numérique/analogique multiplicateur MDAC 25 bits à comparateur de courant.

Les efforts visant à appliquer le MDAC 25 bits à un étalonneur c.c. et un pont de résistance commandé par ordinateur se poursuivent. Un logiciel a été élaboré pour contrôler les fonctions des composants et du circuit du pont. Des nouveaux outils informatiques ont été ajoutés pour rendre la méthode de mise au point plus efficace.

Étalons voyageur de kW de kVa du CNRC - Phase II

R. Arseneau, J. Zelle

Il s'agit d'un projet en collaboration avec l'Association canadienne d'électricité (ACÉ - Contrat SD-252L) qui a été achevé en 1996 et un rapport final a été présenté à l'ACÉ. L'équipement amélioré a été utilisé dans le cadre des essais et de l'étalonnage sur place pour Hydro-Québec ainsi que pour le réseau électrique de la ville de Calgary.

Micro-ondes à haute puissance (HPM)

M. M. Kekez and A. Roitman

Dans le domaine de l'électromagnétisme ultra rapide, deux systèmes aux caractéristiques imposées par le consommateur sont en voie de développement. Chaque système comprend: un accélérateur haute tension (puissance pulsée) et le convertisseur correspondant haute tension - micro-ondes à haute puissance (HPM). L'accélérateur renferme le générateur Marx construit sous forme des réseaux formant des impulsions avec les sous-systèmes correspondants de compression et de conditionnement des impulsions. Les diagnostics nécessaires pour spécifier l'exploitation des accélérateurs sont achevés. L'échelle de durée diagnostique pour l'accélérateur va d'une durée d'élévation en picosecondes à une durée d'impulsion en sous-microsecondes à des niveaux de tension pouvant atteindre 1 MV. Le système no1 produira des impulsions HPM de 50 ns par des champs magnétiques pulsés (enroulements) d'une intensité de 3 Tesla. Les bobines ont été construites. L'essai du système est en cours. Dans le système no2, l'objectif est de produire un appareillage de pointe capable de produire des impulsions HPM à 1 GHz. Les travaux sont financés par la Division électronique du Centre de recherches pour la défense Ottawa du MDN.

Accélérateur électrothermique

M. M. Kekez

Un plasma (d'énergie) à haute température injecté axialement est produit par une batterie de condensateurs pour effectuer les travaux nécessaires relatifs à l'allumage de certains matériaux énergétiques. Des générateurs de puissance pulsée à haute intensité (< 500 kA) avec une durée d'impulsion de 0,02 à 500 microsecondes sont utilisés dans les expériences. La dynamique de formation de jet de plasma et les interactions du jet avec les cibles appropriées font l'objet d'étude. Les travaux font partie d'un programme de collaboration avec le Centre de recherches pour la défense Valcartier du MDN.

Biophysique

M. M. Kekez

Ces travaux sont en cours pour comprendre la biophysique de EMP/HPM et des effets de l'ozone sur les microorganismes pour réaliser la stérilisation à froid (des aliments et des drogues) ainsi que pour l'élimination des virus dans les liquides organiques, respectivement. Les travaux relatifs à l'inactivation des agents d'infection dans les liquides corporels biologiques ont été exécutés en collaboration avec l'Université d'Ottawa. En vue d'élargir l'utilisation des technologies EMP/HPM, les travaux sur la stérilisation à froid des aliments ont été exécutés au cours des quelques dernières années en collaboration avec l'Université et l'Université d'Ottawa.