Résumé : Avec le développement socio-économique continu, le réseau électrique évolue vers la haute tension et la haute capacité. De nouvelles technologies et de nouveaux équipements apparaissent sans cesse, et la capacité de transport d'électricité ne cesse de s'améliorer. Cependant, la charge électrique à haute tension supportée par ces équipements provoque une élévation de température qui menace la stabilité du réseau. La température des équipements est devenue un paramètre crucial pour le fonctionnement stable des infrastructures de transport d'électricité. Cet article, s'appuyant sur les causes de cette élévation de température, analyse la structure et l'application d'un système de mesure de température sans fil, en examine les avantages et les inconvénients, et propose des exemples d'application pour contribuer au fonctionnement stable et au développement du réseau électrique national.
Mots-clés : Système de mesure de température sans fil ; équipement électrique haute tension ; avantages et inconvénients
Les équipements électriques à haute tension du réseau électrique de notre pays comportent divers points de connexion, tels que des jonctions de sectionneurs, des nœuds de barres omnibus, etc. En raison de problèmes de qualité lors de la fabrication ou du processus de sécurité, de nombreux appareils présentent des problèmes de contact médiocre et une résistance importante est générée pendant leur utilisation, ce qui entraîne des problèmes d'élévation de température.
1. Causes de l'élévation de température des équipements électriques à haute tension
L'application d'un système de mesure de température est indissociable de l'analyse des causes du problème d'échauffement. Premièrement, la qualité et l'installation des équipements électriques haute tension eux-mêmes, notamment au niveau des boulons de fixation, sont des facteurs déterminants. La conformité des points de connexion aux normes et le serrage adéquat influent sur la résistance. De nombreuses connexions présentent des irrégularités et des aspérités lors de l'installation. Un meulage insuffisant entraîne une augmentation de la résistance et un mauvais contact, ce qui affecte le fonctionnement de l'équipement et accentue le problème d'échauffement. Deuxièmement, une protection négligente lors du transport des équipements électriques haute tension peut provoquer des chocs, déformant les points de connexion ou les pièces essentielles et entraînant ainsi un mauvais contact. Troisièmement, la surface métallique des équipements électriques haute tension est sujette à la corrosion et à l'oxydation ; les défauts de surface affectent également le contact. Les conditions de travail difficiles de certains équipements électriques, telles que les températures élevées, la pluie, la neige et les vents violents, accélèrent leur vieillissement et entraînent de graves problèmes de surchauffe. De plus, des facteurs externes peuvent perturber les contacts au niveau des connexions. La complexité de nombreux sites d'exploitation et les erreurs fréquentes lors de l'installation, de l'utilisation et de la maintenance des équipements peuvent engendrer des problèmes de contact au niveau des connecteurs et des sectionneurs, et par conséquent de graves surchauffes. Enfin, une utilisation prolongée sous forte charge peut également être problématique. Les équipements électriques haute tension, qui transportent et utilisent l'électricité haute tension, peuvent présenter des surintensités. Lorsque le courant dépasse leur capacité, combiné à l'effet thermique du courant, la température de l'équipement augmente rapidement.
En fonctionnement, les cinq problèmes mentionnés ci-dessus se produisent généralement au niveau des jonctions des disjoncteurs, sectionneurs, câbles, traversées et barres omnibus, etc. Ces zones présentent de nombreuses défaillances et sont sujettes à des problèmes d'échauffement. Lors des inspections et de la maintenance quotidiennes, le personnel doit se concentrer sur ces points. La mesure de la température des équipements permet non seulement de connaître leur état en fonctionnement, mais aussi de détecter rapidement toute surchauffe due à un mauvais contact ou à une surcharge. En fonctionnement, la température interne peut normalement être supérieure à la température extérieure sous l'effet du courant et de la chaleur. Cependant, toute variation de température due à une défaillance de l'équipement ou à une surcharge doit être surveillée de près. Un tel échauffement accélère le vieillissement de l'équipement, réduisant ainsi sa durée de vie, et peut même entraîner sa destruction. Il est donc essentiel d'utiliser un système de mesure de la température sur les équipements électriques haute tension.
En Chine, les méthodes de mesure de température les plus courantes pour les équipements électriques haute tension sont l'affichage de la température par puce de cire, la mesure de température infrarouge, la mesure de température par fibre optique et les systèmes de mesure de température sans fil. L'affichage de la température et le thermomètre infrarouge sont manuels et ne permettent pas la collecte de données en temps réel. La mesure par fibre optique, quant à elle, permet d'obtenir des résultats en temps réel. Cependant, en cas de variations de tension (haute et basse), elle ne permet pas une isolation complète des facteurs environnementaux et ne répond pas aux exigences des spécifications d'instrumentation électrique pour les appareils haute tension. De plus, son installation en armoire électrique est complexe, notamment en raison de la sensibilité de la fibre optique aux hautes températures et de la difficulté de câblage. La technologie de mesure de température sans fil actuelle repose principalement sur la transmission sans fil pour s'affranchir des problèmes de connexion et de raccordement des boucles primaire et secondaire, améliorant ainsi la sécurité d'utilisation des réseaux haute tension.
2. Analyse de la structure et des applications des équipements des systèmes de mesure de température sans fil
La composition d'un système de mesure de température sans fil se divise en deux parties : les capteurs de température, l'affichage et l'analyse des résultats de surveillance, ainsi que le matériel et le logiciel du système. La structure d'un tel système pour équipements électriques haute tension, illustrée à la figure 1, prévoit généralement l'installation de capteurs de température aux jonctions d'armoires électriques, aux points de jonction de câbles, aux fusibles, etc. Afin de garantir la précision des mesures, le capteur est généralement positionné au même potentiel que l'objet testé. Le signal collecté est ensuite transmis et affiché sans fil. Pour assurer la sécurité des mesures, les parties haute et basse tension sont isolées afin de prévenir les fuites et autres accidents. Plusieurs canaux sont généralement disponibles en surface pour la surveillance en temps réel et le traitement des données provenant de différents points. Les données reçues par le récepteur sont ensuite transmises à l'ordinateur via un port série ou parallèle, puis analysées et traitées par un programme préprogrammé.
Figure 1 Schéma de la structure du système de mesure de température sans fil pour équipements électriques haute tension
2.1 Capteur de température
Le rôle du capteur de température est de convertir le signal thermique en signal électrique. On utilise généralement un thermocouple PT100, dont la précision de mesure peut atteindre 0,1 degré Celsius. Un capteur de courant miniature à flux nul peut également être utilisé, offrant une grande valeur applicative. Techniquement, le capteur magnétique utilise un noyau de fer en permalloy à faibles pertes et emploie une technologie de pression négative et des moyens de protection spécifiques pour assurer une compensation automatique du noyau, garantissant ainsi un flux magnétique nul. Outre le dispositif de mesure de température, le capteur de température sans fil comprend une alimentation, un circuit de mesure, un circuit de commande logique et un circuit de communication radio à une fréquence spécifique. Afin de s'adapter à des conditions de fonctionnement plus exigeantes, il est généralement conditionné dans une gaine thermorétractable haute température et haute pression, offrant une certaine étanchéité à l'eau et à la poussière pour une utilisation durable. La zone de fonctionnement des appareils de mesure de température sans fil étant généralement réduite, leur taille doit être minimisée pour s'adapter aux conditions d'utilisation. Lors de l'utilisation d'un capteur de température, un fil de collage résistant à la chaleur ou une technique de collage peuvent être utilisés pour fixer l'élément thermosensible à la surface de l'objet. Il convient cependant de veiller à ce que les points de contact soient proches les uns des autres afin de réduire les erreurs de mesure. Le capteur doit présenter une large plage de fonctionnement linéaire. Généralement, on utilise un élément sensible à la température de -55 à 130 °C, le choix du capteur étant déterminé par les exigences de précision et d'erreur de mesure dans diverses conditions de fonctionnement.
2.2 Détecteur de température sans fil
Le système de détection de température sans fil possède plusieurs canaux de réception, permettant le traitement et l'affichage en temps réel de multiples points de mesure. Il intègre des fonctions de diagnostic et de gestion des pannes. Une zone de sécurité est préalablement définie par le personnel, et les données collectées sont comparées au seuil prédéfini par le détecteur. Si la température dépasse ce seuil, le système active le module de traitement des pannes qui génère un message d'avertissement et déclenche l'alarme sonore et lumineuse par des seuils haut et bas. Outre ces fonctions de détection et d'alarme, le détecteur peut également transmettre des informations. Connecté à un ordinateur via un câble de données ou une puce de communication série/parallèle, il permet aux opérateurs de surveiller en temps réel plusieurs interrupteurs et contacts, et de contrôler leur état de fonctionnement afin de détecter rapidement tout problème de sécurité.
2.3 Système de surveillance de la température en temps réel
Comparativement aux équipements matériels mentionnés précédemment, tels que les capteurs et les détecteurs, le système de surveillance de température en temps réel est davantage axé sur le logiciel au sein du système de mesure de température sans fil. Ce système intègre l'ensemble des fonctions liées au matériel de mesure de température sans fil : fonctionnement, traitement des données, acquisition des signaux, etc. Il communique avec le personnel via une interface client et diffuse des instructions. Afin de réduire la charge de travail des opérateurs, les techniciens ont développé un système de surveillance de température en temps réel répondant à cette description, permettant d'analyser et de traiter les résultats des mesures matérielles. Ce système offre des fonctions d'affichage de la température, de stockage des données, d'analyse et de comparaison de l'historique des données, d'alerte et d'analyse des pannes, ainsi que d'analyse de l'état de fonctionnement des équipements. Il complète ainsi les fonctions du matériel. Lors de la conception du système, des méthodes de conception modulaire peuvent être utilisées pour le traitement des données redondantes. Chaque module est décomposé selon sa fonction, et les données sont stockées et traitées par catégorie. Cette conception modulaire confère au système de surveillance de température en temps réel une applicabilité et une sécurité accrues. Ce système aide les techniciens à collecter, extraire, comparer et analyser un grand volume de données, et à signaler en temps réel diverses anomalies en fonction des températures des différents équipements, garantissant ainsi leur bon fonctionnement. Par ailleurs, ce système offre d'excellentes performances en matière de calcul et de visualisation, permettant d'afficher les données d'une période donnée sous forme de graphique et de les annoter pour faciliter la maintenance ultérieure.
3. Avantages et inconvénients d'un système de mesure de température sans fil appliqué aux équipements électriques à haute tension
3.1 Avantages techniques du système de mesure de température sans fil appliqué aux équipements électriques
Avec les progrès scientifiques et technologiques, le système de mesure de température sans fil a bénéficié de nombreuses améliorations et mises à jour, renforçant sans cesse ses performances et améliorant la précision de la surveillance. Les infrastructures électriques actuelles exigent une réactivité et une précision accrues de ce système, notamment pour les équipements haute tension. Le système de mesure de température sans fil est d'ailleurs constamment adapté à l'utilisation de ces équipements. En termes de réception du signal, il exploite une fréquence plus élevée, adaptée aux caractéristiques des équipements haute tension, ce qui lui confère une grande stabilité et une faible sensibilité aux perturbations externes. La transmission du signal s'effectue par une technologie de communication sans fil, relativement simple, peu énergivore et économique. Les données reçues peuvent être analysées et traitées, permettant ainsi une surveillance en temps réel de l'état de fonctionnement de l'instrument, indépendamment des conditions météorologiques. La surveillance en temps réel de la température de l'instrument permet d'éviter les détections manquées. Parallèlement, l'alarme de surchauffe de l'appareil peut être réglée selon les besoins de l'utilisateur, et l'opérateur peut être informé de l'emplacement précis de l'équipement par un signal sonore et visuel.
3.2 Application insuffisante des systèmes de mesure de température sans fil dans les équipements électriques
La mesure de température des équipements électriques haute tension à l'aide d'un système de mesure sans fil réduit la charge de travail des opérateurs de sous-station et améliore simultanément la sécurité des équipements. Cependant, ce système présente certains inconvénients en pratique. Tout d'abord, il s'agit d'une technologie active, alimentée par une batterie intégrée. Lorsque celle-ci est déchargée, le système s'arrête automatiquement, privant le personnel de la possibilité de visualiser la température. La seule solution pour rétablir la connexion est de débrancher le câble et de remplacer la batterie, ce qui augmente considérablement le nombre de manœuvres et les risques de coupures de courant imprévues dans la sous-station. Pour pallier ce problème, une amélioration technologique consiste à remplacer la batterie intégrée par une alimentation passive, utilisant l'onde électromagnétique générée par le courant de point fixe comme source d'énergie. La fiabilité de l'ensemble du système s'en trouve ainsi améliorée. Ensuite, il arrive fréquemment que certains indicateurs de contrôle de température de l'alimentation tombent en panne, ce qui laisse supposer que la batterie du capteur de température sans fil est insuffisante. Après une panne de courant et le remplacement du capteur de température sans fil, ce problème persiste. Il est alors nécessaire d'identifier le site, de vérifier l'installation du récepteur, de réduire la distance entre le point de mesure et le système de mesure sans fil afin d'éviter ce dysfonctionnement. Par ailleurs, le capteur de température sans fil, doté d'une technologie active, ne dispose pas de batterie remplaçable. Si le capteur détecte une batterie faible, il doit être remplacé, ce qui augmente non seulement les coûts de maintenance, mais aussi la consommation de ressources de l'équipement.
4. Exemples d'application d'un système de mesure de température sans fil
Comparativement aux systèmes de mesure de température sans fil étrangers, le développement des technologies de mesure de température en Chine accuse un certain retard. Cependant, grâce à l'attention soutenue que leur porte l'industrie nationale ces dernières années, les investissements, les ressources humaines et matérielles dans ce domaine se sont améliorés. Dans le secteur de l'énergie, de nombreux équipements auxiliaires, notamment des dispositifs de surveillance de l'exploitation, sont utilisés. Ces dispositifs coupent automatiquement l'alimentation électrique en cas de surcharge ou de température élevée afin de prévenir les accidents. Ces nouveaux produits, principalement utilisés dans les équipements électriques à haute tension, possèdent des interfaces préinstallées et non remplaçables. Bien qu'ils réduisent la résistance, leur fonctionnement prolongé peut entraîner des pannes, augmentant ainsi la résistance interne et la chaleur dégagée. À terme, cela peut provoquer des accidents et mettre en danger la sécurité des personnes et des biens. Face à cette situation, certaines entreprises nationales ont appliqué la technologie de mesure de température sans fil à la production d'énergie. Grâce à la popularité de cette technologie, elle est désormais largement utilisée non seulement dans le secteur de l'énergie, mais aussi dans d'autres industries confrontées à des problèmes d'élévation de température.
5. Scénarios d'application
Le dispositif de mesure de température en ligne par contact électrique est adapté à la surveillance de la température des jonctions de câbles dans les armoires électriques haute et basse tension, les contacts de disjoncteurs, les interrupteurs à couteau, les têtes intermédiaires de câbles haute tension, les transformateurs secs et les équipements basse tension et haute intensité. Il permet de prévenir les risques potentiels liés à une résistance de contact excessive et à l'échauffement dû à l'oxydation, au desserrage, à la poussière et à d'autres facteurs en cours de fonctionnement, améliorant ainsi la sécurité des équipements, reflétant en temps réel, en continu et avec précision leur état de fonctionnement et réduisant le taux d'accidents.
Figure 7 Mesure électrique du système CC et de la batterie
6. Configuration matérielle du système
Le système de surveillance en ligne de la température est principalement composé d'un capteur de température et d'une unité d'acquisition/affichage de température au niveau de l'équipement, d'une passerelle informatique de périphérie au niveau de la communication et d'un hôte du système de mesure de température au niveau de la station de contrôle afin de réaliser la surveillance en ligne de la température des principaux éléments électriques du système de transformation et de distribution d'énergie.
| Nom | Apparence | Taper | Description des paramètres |
| logiciel de configuration système |  | Acrel-2000/T | Matériel : mémoire 4G, disque dur 500G, port Ethernet. Écran : 21 pouces, résolution 1280*1024. Système d'exploitation : Windows 7 64 bits chinois simplifié Ultimate. Système de base de données : Microsoft SQL Server 2008 R2. Protocoles de communication : IEC 60870-5-103, IEC 60870-5-104, Modbus RTU, Modbus TCP et autres protocoles de communication standard internationaux |
| Machine de gestion des communications intelligentes |  | Anet-2E4SM | Passerelle universelle, port réseau bidirectionnel, port RS485 quadridirectionnel, LORA unidirectionnel en option, fonction d'alarme en direct. prise en charge de l'extension du module esclave 4G et 485 |
| Équipement de collecte centralisé pour la mesure de température sans fil |  | Acrel-2000T/A | fixation murale Une interface 485 standard, un port Ethernet Alarme sonore intégrée Dimensions du meuble : 480*420*200 (unité mm) |
 | Acrel-2000T/B | Configuration matérielle : mémoire 4 Go, disque dur 128 Go, port Ethernet Écran : 12 pouces, résolution 800*600 Système d'exploitation : Windows 7 Système de base de données : Microsoft SQL Server 2008 R2 Serveur de plateforme Web/d'applications optionnel Dimensions du meuble : 480*420*200 (unité : mm) | |
| Terminal d'affichage |  | ATP007/ ATP010 | Alimentation CC 24 V ; interface RS485 unidirectionnelle (liaison montante) ; interface RS485 unidirectionnelle (liaison descendante) ; Recevoir 20 unités ATC200/1 unité ATC400/ 1 pc ATC450-C. |
 | ARTM-Pn | Cadre de surface 96*96*17 mm, profondeur 65 mm ; diamètre d'alésage 92*92 mm ; Alimentation électrique AC85-265V ou DC100-300V ; Interface RS485 unidirectionnelle, protocole Modbus ; Recevoir 60 pièces ATE100/200/300/400;correspond à ATC200/300/450. | |
 | ASD320/ ASD300 | Cadre de surface 237,5*177,5*15,3 mm, profondeur 67 mm ; diamètre d'alésage 220*165 mm ; Alimentation électrique AC85-265V ou DC100-300V ; Interface RS485 unidirectionnelle, protocole Modbus ; Recevoir 12 pièces ATE100/200/300/400 ; correspondance ATC200/300/450 | |
| instrument intelligent de contrôle de température |  | ARTM-8 | Diamètre d'alésage 88*88 mm, installation encastrée ; Alimentation électrique AC85-265V ou DC100-300V ; Interface RS485 unidirectionnelle, protocole Modbus ; Peut être connecté à des capteurs PT100 à 8 voies, convient à la mesure de température des contacts électriques des appareillages de commutation basse tension, des enroulements de transformateurs, des enroulements de cliquet, etc. ; |
 | ARTM-24 | Installation sur rail DIN 35 mm ; Alimentation électrique AC85-265V ou DC100-300V ; Interface RS485 unidirectionnelle, protocole Modbus ; 24 canaux de NTC ou PT100, 1 canal de mesure de température et d'humidité, 2 canaux de sortie d'alarme de relais, utilisés pour la mesure de température des contacts électriques basse tension, des enroulements de transformateur, des enroulements de cliquet et autres endroits ; | |
| Émetteur-récepteur sans fil |  | ATC450-C | Réception des données de 60 capteurs ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P |
 | ATC600 | L'ATC600 possède deux spécifications : l'ATC600-C peut recevoir les données de 240 unités ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ Capteur ATE100P/ATE200P. L'ATC600-Z assure la transmission transparente. | |
| Capteur de température sans fil à type de batterie |  | ATE100M | Alimentation par batterie, durée de vie ≥ 5 ans ; -50 °C à +125 °C ; précision ±1 °C ; 470 MHz, portée en champ libre 150 mètres ; 32,4 × 32,4 × 16 mm (longueur × largeur × hauteur) |
 | ATE200 | Alimentation par batterie, durée de vie ≥ 5 ans ; -50 °C à +125 °C ; précision ±1 °C ; 470 MHz, portée 150 mètres ; 35 x 35 x 17 mm, L = 330 mm (longueur x largeur x hauteur, bracelet tricolore). | |
 | ATE200P | Alimenté par batterie, durée de vie ≥ 5 ans ; -50 °C à +125 °C ; précision ±1 °C ; 470 MHz, portée 150 mètres, indice de protection IP68 ; 35 x 35 x 17 mm, L = 330 mm (longueur x largeur x hauteur, bracelet tricolore). | |
| Capteur de température sans fil à alimentation CT |  | ATE400 | Alimentation par induction CT, courant de démarrage ≥5A ; -50℃~+125℃ ; précision ±1℃ ; 470 MHz, distance de fonctionnement 150 mètres ; tôle d’alliage fixe, alimentation ; boîtier tricolore ; 25,82*20,42*12,8 mm (longueur*largeur*hauteur). |
| Capteur de température filaire |  | PT100 | Lorsqu'il est utilisé pour la mesure de température par contact basse tension, veuillez contacter le fournisseur pour connaître l'emballage spécifique, la précision, le système de câblage, le matériau du fil et la longueur du fil ; Lorsqu'il est utilisé pour la mesure de température des enroulements de transformateurs et de moteurs, il est recommandé d'intégrer préalablement le capteur Pt100 à l'intérieur du transformateur ou du moteur. |
 | NTC | Lorsqu'il est utilisé pour la mesure de température par contact basse tension, veuillez contacter le fournisseur pour connaître l'emballage spécifique, la précision, le système de câblage, le matériau du fil et la longueur du fil ; Lorsqu'il est utilisé pour la mesure de la température des enroulements de transformateurs et de moteurs, il est recommandé que le transformateur ou le moteur soit pré-encastré. |
7. Conclusion
Grâce au développement continu des capteurs, de la communication de données sans fil, de l'exploration de données et d'autres technologies, le système de surveillance en temps réel de la température des lignes électriques à haute tension gagnera en précision. L'application et la généralisation du système de mesure de température sans fil contribueront à la stabilité et à la sécurité du secteur énergétique chinois, et les progrès technologiques réalisés participeront au développement du pays.
Références :
[1] Manuel de conception et d'application des microréseaux d'entreprise Acrel. Version 2022.05
Date de publication : 2 mai 2025