Calcul de l’incertitude d’une chaîne de mesure de...

Lieu de stage :

Trench Switzerland & France

16 rue du Gnral Cassagnou

BP 80070

F-68302 SAINT-LOUIS Cedex

Tuteur entreprise :

Christian BERHNARD

24, boulevard de la victoire

67084 Strasbourg cedex

Responsable de stage :

Eddie SMIGIEL

Calcul de lincertitude dune chane de

mesure de transformateurs de courant

Stagiaire :

Ping YU

Filire :

Gnie lectrique option nergie

Date de la soutenance :

Le 15 juin 2011

2

GE5E Projet de fin dtude

Fiche dobjectifs

Sous la demande de plus en plus pressante des clients de la socit Trench

France, la direction pris la dcision de faire accrditer les plateformes d'essais par

le COFRAC, suivant la norme ISO/CEI 17025 (prescriptions gnrales concernant la

comptence des laboratoires dtalonnage et dessais) qui sert dfinir les exigences

des comptences des laboratoires dtalonnages et dessais. Cette accrditation sera

mise en place pour les mesures de prcision de rapport de transformation des

rducteurs de mesures (transformateurs de courant et de tension).

Le projet est de raliser la mise en place de la documentation, tel que les

instructions de mesure, spcification, notes de service, et de prparer le dossier de

calcul de incertitudes de la chane de mesure des laboratoires d'essai, etc.

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Introduction

Mon stage de 5me anne gnie lectrique sest droul dans

lentreprise TRENCH France SAS pour une dure de vingt semaines (du 14 Fvrier au

3 Juillet). Durant cette priode jai travaill avec les ingnieurs et techniciens dans le

laboratoire dessai sur le projet de calcul des incertitudes dans la chane de mesure.

Vous trouverez dans ce rapport les diffrentes tapes de mon travail afin datteindre

mes objectifs. Nous verrons dans un premier temps la prsentation de lentreprise

TRENCH France SAS, puis nous nous intresserons aux missions ralises.

Introduction

In order to accomplish my senior year of INSA Strasbourg Electrical

Engineering, I have landed an internship in the company TRENCH FRANCE SAS from

February 14th to July 3th 2011. During this period, I have worked with the engineers

and technicians in the test laboratory together for the uncertainty of the

measurement equipments project. I will show you, in this report, those different

stages of my work. First, we will have an overview of the company TRENCH France

SAS, and then we will focus on the missions that I have done.

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Remerciement

Je tiens remercier la socit Trench France SAS, le directeur de la socit

Trench M. EHRET Jean-Michel et particulirement mon tuteur le responsable de la

plateforme dessais M.BERHNARD Christian, pour m'avoir accueilli et permis

d'effectuer mon stage dans les meilleures conditions durant une dure de 20

semaines.

Je tiens aussi remercier le responsable du service qualit M.MALLET, ainsi

que tout le personnel de la plateforme dessai et de montage qui mont accompagn

et avec qui j'ai travaill, pour les connaissances et les conseils qu'ils m'ont apport,

ainsi que pour lexprience dont j'ai pu bnficier.

Je remercie aussi tous les autres membres de la socit qui m'ont aid durant

cette priode et qui m'ont donn tous les renseignements ncessaires la ralisation

de mes projets, ainsi qu'au bon droulement de mon stage.

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Sommaire Fiche dobjectifs ...................................................................................................... 2

Introduction ............................................................................................................ 3 Remerciement ......................................................................................................... 4

1. Gnralits ........................................................................................................ 6

1.1 Le groupe Trench .............................................................................................. 6

1.2 Trench France ............................................................................................... 6

1.2.1 Historique ................................................................................................ 6

1.2.2 L'entreprise actuelle .................................................................................... 7

1.2.3 Organigramme gnral TSF ........................................................................ 7

1.2.4 Les Moyens techniques et installations ...................................................... 8

1.2.5 Les Moyens humains ................................................................................. 10

1.2.6 Activits de Trench Suisse-France ............................................................. 11

1.2.7 Les Produits .............................................................................................. 11

1.2.8 Les essais de routine dans le laboratoire de test : .................................... 13

2. Mon stage : ...................................................................................................... 15

2.1 Mes missions : ............................................................................................. 15

2.2 Mon planning : ............................................................................................ 15

2.3 Prsentation du transformateur de courant : .............................................. 16

2.4 La norme ISO/CEI 17025 ............................................................................ 18

2.5 Pourquoi la norme 17025 ? ......................................................................... 18

2.6 Comment obtenir un laboratoire accrdit ISO17025? ................................ 19

2.7 Le fonctionnement de la chane de mesure de prcision dun transformateur

de courant :........................................................................................................... 19

3. Part I: Record of performance ..................................................................... 21

3.1 Description du pont de mesure de prcision ................................................... 21

3.2 Description du comparateur de courant .......................................................... 23

3.3 Description de la charge lectronique ............................................................. 25

4. Partie II : Incertitude .................................................................................... 28

4.1 Etape 1 : Spcifier le mesurande .................................................................... 29

4.2 Etape 2 : Identifier toutes les sources dincertitudes ...................................... 29

4.3 Etape 3 : Quantification des composants dincertitudes laide des diffrentes

mthodes .............................................................................................................. 31

4.4 Etape 4 : Calcul de lincertitude compose ...................................................... 37

4.5 Appliquer les mthodes dans notre cas : ........................................................ 37

5. Ce que ce stage ma apport : ........................................................................ 42

6. Conclusion : ..................................................................................................... 43

7. Bibliographie : .................................................................................................. 44

8. Table de figure : ............................................................................................... 45

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1. Gnralits

Trench France est un producteur en France, dappareillage de moyenne trs haute tension, tels que condensateurs, transformateurs de mesure, inductances... Il fait la gamme complte de produits destins au transport et la distribution de l'lectricit sous haute-tension.

1.1 Le groupe Trench

Chiffre daffaire du groupe Trench en 2009 : 490 M Le groupe trench se compose de 11 sites de production pour un effectif

de 2700 personnes :

Canada : Produits bobins et produits de rseaux (3 sites) Brsil : Produits bobins Chine : Produits de rseaux (2 sites) Grande Bretagne : Traverses Autriche : Produits bobins Allemagne : Produits de rseaux Italie : Produits de rseaux France/Suisse : Produits de rseaux

1.2 Trench France

1.2.1 Historique

Emil Haefely, le fondateur de la socit a t l'inventeur de nombreux procds qui ont fortement contribu au dveloppement de l'industrie lectrotechnique au dbut du sicle.

La socit fonde en 1904 Ble (Suisse) a rapidement tendu son activit aux domaines des condensateurs, des transformateurs de mesure, des traverses et des quipements destins aux essais haute tension et trs haute tension.

En 1921 fut cre Saint-Louis (France) la Compagnie Franaise des Procds Haefely dnomme Haefely SA jusqu'en 1994.

En 1994, la socit est devenue la proprit d'un groupe multinational

anglais BBA.

En 1997, le groupe BBA a cd le capital et l'ensemble des activits de Haefely Trench au groupe anglais CVC. La raison sociale tait Haefely Trench SA.

En 1999, Trench France SA est devenue la nouvelle raison sociale.

En 2000, les activits de Trench France SA et de Trench Switzerland AG ont t runies sous une mme Direction. Cette unit s'appelle Trench Suisse-France (TSF).

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En 2001, transfert des activits de production de Ble sur le site de Saint-

Louis.

En 2004, Trench Suisse-France devient une filiale de la division PTD (3.66 milliards ) du groupe SIEMENS.

1.2.2 L'entreprise actuelle

Trench Suisse-France est l'entit de gestion qui regroupe Trench France SAS (capital de 10 693 504 Euros) et Trench Switzerland AG (capital de 11 999 812 CHF).

Elle emploie environ 270 personnes et ralise un chiffre d'affaire de 106.3 M (2009).Trench Suisse-France est une socit du groupe Trench rattache la division ENERGY de Siemens.

1.2.3 Organigramme gnral TSF

Fig1 : Lorganigramme gnral

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1.2.4 Les Moyens techniques et installations

Terrain : surface totale du site Saint-Louis est 58838 m Surface couverte 17300 m (dont 14900 m d'ateliers)

Fig2 : Le plan du site

Les quipements de chaque dpartement : a) Dpartement Rducteurs de mesure

2 machines pour le bobinage des transformateurs du type VT-T1 1 machine pour le bobinage des transformateurs TMC 1 machine pour le bobinage des transformateurs du type VT-T11 1 convoyeur pour le montage des transformateurs 8 autoclaves schages partie active 2 autoclaves schages + imprgnation 6 stations d'imprgnation huile automatique (ttes multiples) 3 stations de traitement de l'huile 2 postes souder SAF-MIG + 1 robot de soudure 1 poste de contrle dtanchit 1 cabine de peinture 1 four pour partie active 1 four pour retraitement des appareils 20 postes de scellement

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b) Dpartement Traverses

6 machines enroulement fuseau papier imprgn huile 2 machines enroulement fuseau papier baklis 9 autoclaves (schage - imprgnation) 3 stations de remplissage huile automatique (ttes multiples) 2 stations de traitement de l'huile 1 poste souder SAF-MIG 1 manipulateur (pour traverses du type FdV) 2 cabines de peinture

c) Dpartement Produits Spciaux

7 machines pour le bobinage des lments capacitifs (salle climatise) 3 presses hydrauliques (compression lments capacitifs) 7 autoclaves (schage - imprgnation) 2 stations imprgnation huile synthtique semi-automatique (20 postes

de remplissage) 1 station imprgnation huile minrale semi-automatique (12 postes de

remplissage) 4 stations de traitement de l'huile 1 four schage lments capacitifs 2 fours pour essai d'tanchit 1 cabine de peinture 1 automate de soudure TIG/MIG

d) Atelier Ble

1 machine pour le bobinage des tores pour LPCT 2 fours 1 station de remplissage-pompage SF6 1 machine de production de shunt 1 installation pour le mlange des moulages polyurthanes

e) Principaux quipements de contrle, de mesure et d'essais 1 laboratoire d'analyse chimique 1 local pour le contrle des composants achets 9 plates-formes d'essais lectriques :

mesure dilectrique AC : maxi 1.3 MV CC : maxi 400 kV Tension de choc : jusqu' 2.6 MVolts

mesure de prcision Tension AC : maxi 1.0 MV Courant AC : maxi 5000 A

f) Informatique

L'tude et la conception des produits sont ralises l'aide d'un logiciel de DAO (ME10).

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La documentation interne (normes, plans, procdures et instructions, procs

verbal d'essai lectrique...) est accessible tous les collaborateurs quips d'un PC au travers d'un rseau type intranet appel Web-Access.

Un systme de gestion globale des donnes et informations (MOVEX) type

"Enterprise Ressources Planning" permet d'optimiser la gestion des ressources & des flux des domaines :

ventes et marketing logistique (achat/stockage) production finances

Fig3: Une ligne de production des transformateurs

1.2.5 Les Moyens humains Le personnel est form directement au poste de travail sous la tutelle d'une

personne confirme. Les audits internes sont effectus par des personnes formes et habilites. Les agents de fabrication sont en autocontrle.

Les procds spciaux tels que la soudure MIG aluminium ou des contrles

d'tanchit imposent que le personnel ait satisfait une qualification interne ou par un organisme habilit.

Aire de stockage des porcelaines

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Les mesures et essais lectriques sont sous la responsabilit de techniciens

forms et expriments.

1.2.6 Activits de Trench Suisse-France

L'activit de Trench Suisse-France consiste en : la conception, la production et la commercialisation d'quipements

lectriques pour les rseaux haute tension. assurer le soutien technique auprs des clients et des appareils aprs

mise en service.

1.2.7 Les Produits

Les diffrents produits chez TRENCH France SAS:

a) Les rducteurs de mesure : transformateur de courant (TC)

Fig4 : Transformateur de courant du type IOSK 72.5 kV 550 kV

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transformateur de tension inductive et capacitif

Fig5 : Transformateur de tension

transformateur combin de tension et de courant du type coaxial et

juxtaposs :

Fig6 : Transformateur Combin de tension et de courant

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b) Les traverses pour :

alternateur gnrateur de type FdV murale transformateur de puissance

Fig7 : Les traveres

c) Les produits spciaux chez Trench : Condensateurs :

rservoir d'nergie et de filtrage de couplage pilote diviseurs de tension rsistifs, et / ou capacitifs haute tension (Type RC-

VT)

1.2.8 Les essais de routine dans le laboratoire de test :

Mon stage sest droul dans une plateforme dessai qui sert tester le bon fonctionnement de chaque transformateur de courant et de tension afin de contrler que ses performances soit conforment aux normes.

Il y a trois types dessais de routine qui peut tre test dans la plateforme dessais : les essais dilectriques en haute tension, en basse tension et les mesure de prcision.

Essai dilectrique Haute Tension Mesure de Dcharges Partielles Mesure de Capacit et de Tan

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Essais dilectriques Basse Tension entre secondaires et terre entre spires (un transformateur de courant) entre enroulements secondaires

Mesure de prcision des tores (Transformateur de courant) des enroulements (Transformateur de tension) de lappareil complet (Transformateur combin de courant et de

tension) Principaux essais de type Pour tous les produits, il faut passer des tests de type: lEssai dilectrique

(sous pluie si Um300kV), choc de manuvre (sous pluie si Um 300 kV), choc de foudre, lessai d'chauffement et lessai mcanique...Il y a aussi des tests supplmentaires pour les diffrents types de transformateurs :

Transformateur de courant: Essai de tenue au court-circuit primaire Prcision des tores

Transformateur de tension : Essai de court-circuit secondaire Transformateur de tension capacitif : Ferro-rsonance

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2. Mon stage :

2.1 Mes missions :

Mon projet chez Trench France est de mettre en uvre avec les ingnieurs

et les techniciens de la plateforme dessai toute la documentation de laccrditation

ISO/CEI 17025. Ce travail se scinde en deux grandes parties, lune technique, lautre

qui couvre lassurance qualit. Je suis en charge de la partie technique. Il faut donc :

Prparer les documents pour raliser laccrditation ISO 17025 (Exigences

gnrales concernant la comptence des laboratoires dtalonnages et dessais).

Calcul de lincertitude dans la chane de mesure des transformateurs

de courant.

Mise en place des instructions et des fiches de vie de tous les

appareils de mesures de prcision des transformateur

(transformateurs de courant et de tension) dans une plateforme

dessais pour faire accrditer celle-ci par le COFRAC (comit franais

accrditation), suivant la norme CEI 17025.

La partie la plus consquente est le calcul de lincertitude. Je vais dtailler

les diffrentes tapes et les mthodes pour raliser ce calcul dans ce rapport.

2.2 Mon planning :

Avec laide de M.BERHNARD Christian (le responsable du laboratoire de test,

et galement la personne qui a suivi mon travail tout au long de ce stage), jai

ralis le planning. Il est important, avant de commencer, pour un projet de cette

ampleur de planifier les diffrentes tapes.

S1 et S2 : Passer laccueil scurit, visiter le site, comprendre le sujet du

stage, chercher la documentation, lire toutes les normes concernant les mesures de

prcision.

S3S8 : Identifier tous les erreurs possibles laide de la mthode 5M ,

faire les mesures sur un transformateur de courant avec les diffrents paramtres

dincertitudes dans la mesure.

S9 et S10 : Calculer les incertitudes suivi du guide ICE 115 et GUM

S11S20 : Rdiger le rapport du projet de fin dtude

S12S14 : Faire les mesures de prcision

S14S19 : Raliser le dossier de calcul des incertitudes et les documents

annexes.

S20 : Prparation de la soutenance

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2.3 Prsentation du transformateur de courant :

Un transformateur de courant est un transformateur de mesure dans

lequel le courant secondaire est, dans les conditions normales d'emploi,

pratiquement proportionnel au courant primaire et dphas par rapport celui-ci

d'un angle approximativement nul pour un sens appropri des connexions.

Un transformateur de courant doit tre raccord une charge de faible

impdance. Sa prcision est a son maximale quand son secondaire est en court-

circuit. Il est trs prcis si la charge connecte est de puissance (au courant nominal)

infrieure une puissance limite cest dire une puissance de prcision. Au

secondaire, hors de la charge, une tension leve peut apparatre aux bornes du

transformateur de courant ; on ne doit donc pas laisser un transformateur de

courant connect un secondaire ouvert. -Wikipdia

Les diffrentes parties dun transformateur de courant :

Fig8 : Reprsentation dun transformateur de courant

http://fr.wikipedia.org/wiki/Transformateur_de_mesurehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Court-circuithttp://fr.wikipedia.org/wiki/Court-circuit

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Il est utilis pour mesurer les forts courants lectriques. Il sert adapter

entre le courant lev circulant dans un circuit lectrique (circuit primaire) (courant

lev) et l'instrument de mesure (circuit secondaire) qui sont prvus pour mesurer

des courants de l'ordre de l'ampre.

Le principe de fonctionnement et la structure dun transformateur de

courant :

Fig9 : La structure dun transformateur

Le rapport de transformation

est lune des caractristiques les plus

importante d'un transformateur de courant, il est souvent exprim sous la forme 600

A/1 A, c'est--dire 600A au primaire dans le circuit lectrique et 1 A au secondaire

dans le circuit de mesure.

Donc dans notre cas, la barre primaire est le circuit primaire du

transformateur de courant qui a n1=1 spire et le circuit secondaire qui est bobin

autour du tore comme dans le schma ci-dessus gale n2 spires. A laide de la

formule du transformateur, si on a le courant du secondaire gale 1 A, le courant

qui traverse dans la barre primaire est gale n2 A. Souvent sur la plaquette dun

transformateur de courant, il est grav 600/1, c'est--dire que le courant primaire

est 600A et le courant dans le secondaire est 1A.

Ma mission est de calculer les incertitudes dans les chanes de mesure de

prcision des transformateurs et les documents dinstruction des instruments de

mesure dans le but dobtenir laccrditation. Il y a deux chanes de mesure de

prcision : une sert mesurer les transformateurs de courant lautre sert mesurer

http://fr.wikipedia.org/wiki/Instrument_de_mesure

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les transformateurs de tension. Je suis en charge de calculer les incertitudes dans le

systme de mesure pour un transformateur de courant.

2.4 La norme ISO/CEI 17025

ISO 17025 est une norme internationale (publi par l'Organisation

internationale de normalisation) qui spcifie les exigences concernant la comptence

pour effectuer des essais et des talonnages. Il y a 15 exigences de gestion et 10

exigences techniques. Ces exigences sont les lignes directrices de ce quun

laboratoire doit pouvoir prsenter pour obtenir cette accrditation.

ISO 17025 s'applique toutes les organisations effectuant des tests et des

talonnages. Elle s'applique tous les laboratoires, indpendamment du nombre de

personnel ou de l'tendue de la porte des essais et lactivit d'talonnage viss par

cette norme internationale.

Cette norme doit tre utilise par les laboratoires qui laborent leur systme

de management pour la qualit ainsi que les activits administratives et techniques.

Elle peut galement tre utilise par des clients dans des laboratoires, les autorits

rglementaires et les organismes d'accrditation engags dans des activits de

confirmation ou de reconnaissance de la comptence des laboratoires. Cette norme

n'est pas destine tre utilise comme rfrentiel pour la certification des

laboratoires.

2.5 Pourquoi la norme 17025 ?

De manire gnrale, lutilisation des systmes de management est de plus

en plus importante, elle conduit la ncessit grandissante dassurer que les

laboratoires qui font partie dorganisation plus grandes ou qui offrent dautre

prestations puissent fonctionner selon un systme de management de la qualit.

La validation des rsultats dessai et dtalonnage dun pays lautre devrait

tre facilite si les laboratoires se conforment cette norme internationale et sils

ont cette laccrditation auprs dorganismes prenant part des accords de

reconnaissance avec des organismes quivalant qui utilisent cette norme dans

dautre pays.

La norme ISO/CEI 17025, comporte deux grandes parties : lexigence

relatives au management et lexigence technique. Je suis en charge de la partie

technique. Pour prouver la conformit cette norme afin dobtenir laccrditation par

la comite franaise daccrditation, il faut satisfaire aux exigences de ces deux points.

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Cest pour assurer aux clients la bonne dlivrance des rsultats dessais ou

dtalonnage, ainsi que des prestations conformes leur besoins.

2.6 Comment obtenir un laboratoire accrdit ISO17025?

Un laboratoire doit documenter un systme de gestion de la qualit. Un

manuel de qualit document est une exigence fondamentale sur la voie de

l'accrditation des laboratoires. En outre, les procdures de gestion de la qualit

doivent tre tablies de faon ce que le systme soit maintenu. Une fois que le

systme est document il doit tre mis en uvre dans le laboratoire. Il

accompagnera galement la demande du laboratoire d'accrditation. La priode de

mise en uvre ncessitera plusieurs mois pour tablir les dossiers que l'organisme

d'accrditation examinera un audit d'accrditation. Enfin, le laboratoire est soumis

l'valuation ISO 17025 par un organisme d'accrditation qui est certifi pour

effectuer l'accrditation des laboratoires.

2.7 Le fonctionnement de la chane de mesure de prcision dun transformateur de courant :

La chane de mesure est constitue de plusieurs parties : Le transformateur

de courant talon, le transformateur dessai et deux machines de mesure.

Le principe de cette chane de mesure est de comparer les deux courant

secondaires du transformateur de mesure talon et un transformateur de courant en

essai laide du pont de mesure TETTEX 2767 (instrument de mesure automatique

des transformateurs courant) et dune charge lectronique TETTEX type 3691. En

changeant la valeur de charge dans le circuit de mesure, on peut visualiser la

stabilit dun transformateur de courant en essai.

Les deux transformateurs de courant sont aliments en srie avec une

source de courant variable qui peut tre contrle par le banc de test. Un instrument

sert ajouter une charge dans le circuit du transformateur en test. Et un deuxime

instrument (pont de mesure) est utilis pour relever lerreur damplitude et le

dphasage d TC en test en comparant les deux courants secondaires des

transformateurs.

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Fig10 : Schma bloc du circuit de mesure

On doit relever 2 grandeurs mesures laide du pont de mesure TETTEX

3691: lerreur de rapport, diffrence damplitude entre les transformateurs de

courant talon et en essai et le dphasage entre le courant primaire et le courant

secondaire en rgime tabli et la frquence nominale du rseau (50Hz, 60Hz). Il

faut vrifier par comparaison la conformit des rsultats obtenus par rapport aux

normes, spcifications et documents de rfrence.

Source de courant

alternatif variable

Transformateur de courant en test Comparateur de courant talon

Pont de mesure

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Thoriquement les erreurs de rapport et le dphasage du transformateur

talon sont ngligeables. Mais due limperfection des appareils lis aux influences

de lenvironnement, ces valeurs sont entaches derreurs. Il est donc ncessaire de

dfinir lincertitude de mesure dans la chane.

Une autre partie de mon projet de fin dtude est de raliser un dossier

Record of performance qui comporte les spcifications des machines utilises dans

la chane de mesure de prcision. Je vais commencer vous prsenter cette partie

pour que lon puisse comprendre le fonctionnement de lensemble de la chane de

mesure.

3. Part I: Record of performance

Record of performance:

Il faut donc noter toutes les spcifications techniques des instruments dans

la chane de mesures de prcision. Il y a 3 parties principales : la charge

lectronique de type TETTEX 3691, le comparateur de courant talon de type

TETTEX 4764 et le pont de mesure de prcision de type 2767.

Prsentation de la composition de la chane de mesure de la prcision du

courant :

Objet : chane de mesure de prcision des transformateurs de courant

Fabricant : TETTEX Instruments

N de srie :

Comparateur de courant 4764

Pont de mesure de prcision 2767

La charge de courant lectronique 3691

Lensemble des ces machines forme la chane de mesure qui est utilis pour

mesurer lerreur damplitude et le dphasage entre les transformateurs de courant en essai et talon. Le fonctionnement de cette chane de mesure a t prsent dans la deuxime partie de ce rapport. Je commence prsenter le fonctionnement de chaque machine sparment.

3.1 Description du pont de mesure de prcision

Description gnrale : Objet : Pont de mesure de prcision Fabricant : TETTEX Instruments

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Type : Pont de mesure de prcision 2767

Fig11 : Automatic instrument transformer test set Type 2767

Cette machine peut mesurer de prcision dun transformateur de tension ou

dun transformateur de courant, selon son branchement.

Spcification technique de pont de mesure de prcision :

X-input (transformateur dessai) : Courant nominal du secondaire : ISXR Maximum intervalle dopration : 1210%ISXR

N-input (transformateur dtalon) : Courant nominal du secondaire : ISNR

Maximum intervalle dopration : 1210%ISNR Le facteur limite de fonctionnement du pont:

Pour 0,5k2 (prcision max.) Pour 2k10 (prcision tendue)

Valeur limite dentre: Pour le courant primaire : 50mA 1000kA Pour le courant secondaire : 50mA 5A

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Il y a quatre afficheurs situ sur le panneau de ce transformateur dessai

automatique instrument : RATIO ERROR, PHASE ANGLE et EXCITATION. Lafficheur au milieu indique les instructions pour les oprateurs et laffichage des messages erreur. On peut relever directement les valeurs derreur damplitude en% et le dphasage en min laide de ce pont.

3.2 Description du comparateur de courant Le schma lectrique du comparateur de courant :

Fig12 : Schma lectrique du comparateur de courant

Description gnrale : Objet : Comparateur de courant Fabricant : TETTEX Instruments N de srie : Comparateur de courant 4764

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Fig13 : Comparateur de courant

Les erreurs dun transformateur de courant standard dpendent de la charge.

Le flux magntique dans le tore va crer une force lectromotrice qui alimente le courant secondaire dans la charge. Mais cet inconvnient peut tre limin par ce comparateur de courant type 4764. Un circuit indicateur mesure le flux magntique dans le tore quand le courant est rgul par le circuit de compensation, ce qui assure le flux dans le tore autour de zro.

Dimensions et plaque signaltique du comparateur de courant

Intervalle de courant : Secondaire : 1 - 8A Primaire : 5500A 5005000A Prcision: Erreur de prcision dans lintervalle de 1 ... 200 % IN:

0.001 %

Dphasage: 0.05 min

Frquence : 47 ... 62 Hz Lintervalle de 500 ... 5000 A sont produits par 2 or 1 tours. Secondaire: 1 - 5 A Output: max. 5 VA Alimentation: 115/230 V, 50/60Hz, 20VA Les rapports entre les positions des interrupteurs et la valeur de courant

primaire du comparateur de courant :

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3.3 Description de la charge lectronique La spcification de la charge lectronique :

Puissance variable: 0.1 75 VA Facteur de puissance : 0.5 1

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Intervalle opration : 1 200% In Frquence des essais de tension : 48Hz 62Hz Prcision : 1%

Fig14 : Charge de courant lectronique Tettex type 3691

Cette charge est utilise pour tester lefficacit des instruments des

transformateurs de courant. Quand il est utilis avec le pont de mesure de type 2767, cette charge peut tre intgre dans un systme dessai contrl par un PC.

Il y a trois afficheurs en haut sur cet appareil : le premier pour la puissance

apparente, le second pour le facteur de puissance et le dernier pour laffichage du courant au secondaire.

La charge lectronique peut tre remplace par une charge passive

traditionnelle : la rsistance et linductance. La plupart des charges standards nationales et internationales ou les besoins spcifiques des clients peuvent tre rgls par cette charge lectronique.

Le placement des machines de mesure :

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Fig15 : Le placement des machines de mesure

Pour obtenir laccrditation ISO17025, il est aussi ncessaire de dfinir le

placement des chaque appareil de mesure pour minimiser linfluence de champ

magntique entre eux. Pour avoir le niveau de scurit exig, il faut sparer les

parties sous tension des oprateurs laide dune paroi.

paroi

paroi

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4. Partie II : Incertitude Dans cette deuxime partie, je vais prsenter la dmarche pour valuer

lincertitude dans notre systme.

Dmarche pour lestimation de lincertitude des mesures et des

rsultats dessais :

A laide de la guide FD X 07-021, on peut trouver la dmarche pour

lestimation de lincertitude des mesures qui peut tre appliqu dans lestimation de

notre chane de mesure.

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Fig16 : Diagramme pour estimer lincertitude

Afin de raliser le dossier de calcul de lincertitude, nous avons simplifi la

dmarche de lestimation de cette incertitude de la norme FD X 07-021 laide des

tapes suivantes :

Etape 1 : Spcifier le mesurande

Etape 2 : Identifier toutes les sources dincertitudes

Etape 3 : Quantification des composants dincertitudes laide des

diffrentes mthodes.

Etape 4 : Calcul de lincertitude combine la loi de propagation de

lincertitude

4.1 Etape 1 : Spcifier le mesurande

Lorsquon ralise un mesurage, la premire tape consiste spcifier le

mesurande, cest--dire la grandeur mesurer. Le mesurande dans notre cas est de

mesurer lerreur de rapport E (%) et de dphasage (min) qui doivent conformer

aux diffrentes normes.

Ici il nous faut prciser deux dfinitions dans ce rapport :

Mesurage :

Une srie doprations ayant pour but de dterminer la valeur dune

grandeur.

Mesurande :

Grandeur particulire soumise mesurage

4.2 Etape 2 : Identifier toutes les sources dincertitudes

Il y a plusieurs mthodes pour identifier les incertitudes dans une chane de

mesure de prcision, jai choisi dutiliser la mthode des 5M , plus facile mettre

en uvre. La mthode 5M est : Mthode, Moyen, Milieu, Main duvre et

Matire. Suivant ces cinq lignes, je cherche les causes derreurs possibles dans le

systme de mesure.

Les causes derreurs possibles dans notre chaine de mesure laide de cette

mthode 5M sont rpertori ci dessous:

30


Aprs avoir analys toute les incertitudes dans la chane de mesure de

prcisons, je peux supprimer certaines causes qui ont moins dinfluence que les

autres paramtres.

Nombre de mesure (stabilit de mesure)

La section du cble (valeur de rsistance insignifiante)

La dure de mesure (stabilit de mesure)

Nombre de points de mesure

La stabilit daffichage de la machine

La pression (le paramtre qui ne varie pas beaucoup dans la

plateforme dessais)

Habilet, exprience, stabilit dans la journe et connaissance (trs

peu dimpact li loprateur)

Le vieillissement des instruments de mesure (calibration)

Mesurande Variation sur

le rsultat

Main d'uvre Matire

Frquence de la source dalimentation

Pression

Temprature

Hygromtrie

Nombre de mesure

Dure de mesure

Ordre de mesure

Rsistance interne

Section du cble

Nombre points de mesure

Milieu Moyen Mthode

Reproductibilit

Habilet de loprateur

Exprience

Stabilit dans la journe

Connaissance

(prcision)

Banc

de

test

Drive

Justesse

Stabilit

daffichage

de la

machine

Incertitude des

appareils

Vieillissement

31


4.3 Etape 3 : Quantification des composants dincertitudes laide des diffrentes mthodes Il faut distinguer deux types d'incertitudes :

Erreurs systmatiques : elle modifie toujours le rsultat de la mme

manire. Comme le vieillissement des composants ou encore le rglage du zro des

appareils, etc. Donc l'erreur systmatique est une dviation, par rapport la valeur

la plus prcise pouvant tre mesure, qui possde la mme valeur chaque fois que

la mesure est effectue.

La moyenne derreur systmatique est diffrent de zro donc le mesurage

donne une valeur qui sloigne toujours de la vritable valeur.

Lerreur systmatique nest pas une variable alatoire, elle peut tre difficile

trouver comme une erreur de parallaxe pour la lecture dun rsultat (bille dun

dbitmtre, aiguille).

L'erreur systmatique intervient dans la notion de justesse : pour quune

mthode d'analyse soit juste il faut liminer l'erreur systmatique. Il est alors

possible de corriger les valeurs mesures en leur ajoutant une correction

compensant pour l'erreur systmatique .Cette correction se ralise le plus souvent

grce des talons qui ne doivent pas contenir eux-mmes une erreur.

En rgle gnrale, on peut conclure que lerreur systmatique nest jamais

value car elle est :

- Soit inconnue,

- Soit connue et donc corrige.

Erreurs accidentelles : rpter les mesures, calculer la moyenne et

valuer l'incertitude en utilisant la statistique. Par exemple : temprature, humidit,

pression atmosphrique, Lorsqu'on rpte plusieurs fois le mesurage d'une

grandeur physique ou chimique constante, on a gnralement diffrentes valeurs

plus ou moins diffrente (et qui sont souvent distribues suivant une loi normale,

voir plus loin) : partir de cette "population" (rsultats des mesurages), on va

pouvoir estimer la qualit du mesurage et faire un certain nombre de tests.

Ces deux types d'erreurs peuvent tre illustrs par le schma suivant :

32


Par dfinition, la valeur moyenne de lerreur alatoire est nulle et la valeur

moyenne de lerreur systmatique est non nulle.

Souvent, les erreurs accidentelles suivirent une distribution normale. Cette

hypothse de distribution normale est valable dans 99% des cas, provient du fait

que plusieurs sources indpendantes contribuent cette erreur. Or le Thorme

Central Limite nous dmontre qu'une combinaison linaire de nombre suffisamment

grand de variables de distributions quelconques tend vers une distribution normale.

Donc pour le rsultat final, nous avons lquation suivante :

Rsultat = valeur vraie + erreur systmatique + erreur alatoire

Nous devons dabord tablir quelques dfinitions dans cette tape : Incertitudes absolues et relatives

Lincertitude absolue: Si une grandeur vraie est u et la valeur mesure est u0, u est lincertitude absolue. Le rsultat peut s'crire: u u (u et u ont la mme unit de mesure).

Incertitude relative: il est souvent exprim en pourcentage, et le rsultat est toujours suivi de son incertitude. Incertitude relative = (incertitude absolue) /

rsultat

33


Les mthodes pour calculer les incertitudes :

Il existe deux mthodes pour valuer les incertitudes : le type A et le type B.

Type A : dans le cas de plusieurs mesures indpendantes, lincertitude se

calcule laide de lcart-type :

Cette estimation de la variance ainsi que sa racine carre appele cart type

exprimental, caractrisent la variabilit des valeurs observes ou leur dispersion autour de leur moyenne .

La valeur moyenne des n mesures :

La variance de la moyenne est donne par :

cart type:

Incertitude sur la moyenne :

Lvaluation de type A est calcule laide dune srie dobservations rptes qui utilisent des mthodes statistiques, on utilise cette mthode pour calculer lincertitude sur la rptabilit.

34


Type B :

Pour les grandeurs n'ont pas t obtenue partir d'observations rptes, on applique la mthode de type B.

Il y a quatre mthodes principales pour calculer les incertitudes du type B :

Loi normale :

On peut appliquer cette loi dans le cas dune grande partie des mesures, on peut estimer l'erreur donc lincertitude due des phnomnes alatoires par une srie de n mesures: u1, u2, , ui, , un

Lorsque le nombre des mesures indpendantes, si n augmente, la

distribution des mesures tend vers une courbe gaussienne qui montre dessous.

Si lincertitude suit la loi normale, alors on peut trouver une expression suivante :

K est lincertitude du rapport d'talonnage : si k=2, on aura un intervalle de

confiance 95% et si lIncertitude du rapport d'talonnage k=3, on aura un

intervalle de une confiance 99%.

35


Loi rectangulaire :

La loi rectangulaire rpond une fonction de densit de probabilit

d'quation gnrale :

Pour les valeurs dans [v-a ; v+a], on a une densit de probabilit est 1/2a, et pour

les valeurs dans (x < (v-a)) ou (x > (v+a)), on a une densit de probabilit de 0.

La probabilit des valeurs qui sont compris entre v-a et v+a est de 1 (c'est dire

aussi x compris entre vu*3). Dans ce cas a est lincertitude type.

La probabilit de x infrieur v-a (c'est dire aussi v-u*3) est nulle.

La probabilit de x suprieur v+a (c'est dire aussi v+u*3) est nulle.

Lincertitude type u peut tre exprime avec la loi rectangulaire :

Loi triangulaire :

La loi triangulaire est une loi de probabilit discrte.

La loi triangulaire rpond une fonction de densit de probabilit p

d'quation gnrale :

p(x) = 1/a2 * x + (a - v)/a2 Pour les valeurs x dans [v - a ; v] p(x) = -1/a2 * x + (a + v)/a2 Pour les valeurs x dans [v ; v + a] et p(x) = 0pour les valeurs (x < (v-a)) ou (x > (v+a))

Lincertitude peut tre exprime avec la loi de triangulaire :

La loi en forme de U :

La loi en forme de U est souvent utilise pour le contrle climatique et de lhumidit.

Donc lincertitude u peut tre obtenir par :

http://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_de_probabilit%C3%A9

36


-a

-a

-a

-a

Donc on a fait un tableau pour distinguer lutilisation des diffrentes

mthodes dans les diffrents paramtres :

Lois Reprsentation Variance Ecart-type Cas dapplication

Normale

9

au

3

au

La loi normale est assigne

quand lincertitude est tire.

Rectangulaire

u =3

a

u =3

a

Si lincertitude type est dj

donne.

Par exemple pour les balances

analytiques lecture

numrique, les certificats

d'talonnage indiquent la

linarit

Triangulaire

u =6

2a

6

au

Par exemple pour de

nombreuses verreries

volumtriques, les certificats

d'talonnage indiquent un

volume V a mL.

En forme de

U

u =2

a

u =2

a

Electromagntique

3

+a

3 3

+a 3 3

+a

3

3 3 +a

37


4.4 Etape 4 : Calcul de lincertitude compose Incertitude-type :

Cest lincertitude du rsultat dun mesurage exprime sous la forme dun cart-type.

Incertitude type compose :

Cest lincertitude-type du rsultat dun mesurage, quand ce rsultat est

obtenu partir des valeurs dautres grandeurs, et quelle sont gale la racine

carre dune somme de termes ; ces termes sont les variances ou covariances de

ces grandeurs, pondres selon la dispersion du rsultat en fonction de celle de

leurs grandeurs.

Lincertitude type compose peut tre calcule par la formule suivante avec lincertitude des diffrents paramtres dinfluence :

Incertitude largie :

Cest une Grandeur qui dfinit un intervalle, autour du rsultat dun

mesurage, dont on puisse sattendre ce quil comprenne une fraction leve de la

distribution des valeurs qui pourraient tre attribues raisonnablement au

mesurande.

Lincertitude largie sobtient en multipliant lincertitude-type compose par

un facteur dlargissement k.

U = k *u avec k = 2 pour un intervalle de confiance 95 %. k = 3 pour un intervalle de confiance 99 %.

4.5 Appliquer les mthodes dans notre cas :

On peut calculer lincertitude type des diffrents paramtres laide des

diffrentes mthodes prsentes dessus. On va simplifier lvaluation de lincertitude

de mesure pour mieux comprendre.

Normalement on doit mesurer deux valeurs la fois : le dphasage et

lerreur damplitude. Pour chaque changement de paramtre dincertitude, il nous

faut six points de mesure. Jai effectu au moins cinquantaine mesures en tout. Pour

allger ce rapport jai choisis de ne prsenter que les incertitudes sur le dphasage

et lerreur damplitude entre le transformateur en essai et le comparateur en

changeant quun seul paramtre derreur :

38


1) Identification des facteurs dinfluence significatifs :

Grandeur Source dincertitude

U1 Reproductibilit

U2 Temprature

U3 Humidit

U4 Ordre de mesure

U5 Certificat dtalonnage

2) Rptabilit de mesure :

Jai choisis de calculer lincertitude sur le paramtre de la rptabilite de

mesure, cest une incertitude due une ralisation rpte de la mme condition

de mesure il suit la mthode du type A avec loi normale qui est prsente dans le

dernire chapitre.

est lincertitude type la moyenne.

est la valeur moyenne dune srie de mesures.

n est le nombre de mesure.

Par exemple, on relve 4 fois les mesures avec la mme condition de

mesure : les valeurs derreur damplitude entre transformateur dtalon et le

transformateur en test et le dphasage entre eux 50Hz :

I : Courant secondaire du transformateur en test

In : Courant secondaire nominal du transformateur en test

Enroulement Calibre I/Inx100(%) Charge (VA) E(%)

Dphasage (min)

2S1-2S2 600/1 200 30cosb=0,8 -0.036 -0.37

1re mesure

120 30cosb=0,8 -0.069 -0.03

100 30cosb=0,8 -0.084 0.21

20 30cosb=0,8 -0.222 4.32

5 30cosb=0,8 -0.298 10.54

1 30cosb=0,8 -0.261 14.52


Dphasage (min)

39


2me

mesure 2S1-2S2 600/1 200 30cosb=0,8 -0.036 -0.37

120 30cosb=0,8 -0.067 0.02

100 30cosb=0,8 -0.082 0.09

20 30cosb=0,8 -0.219 4.18

5 30cosb=0,8 -0.293 10.27

1 30cosb=0,8 -0.264 14.46


Dphasage (min)

3me mesure

2S1-2S2 600/1 200 30cosb=0,8 -0.036 -0.35

120 30cosb=0,8 -0.069 -0.07

100 30cosb=0,8 -0.081 0.13

20 30cosb=0,8 -0.224 4.37

5 30cosb=0,8 -0.299 10.60

1 30cosb=0,8 -0.272 14.81


Dphasage (min)

4me mesure

2S1-2S2 600/1 200 30cosb=0,8 -0.036 -0.38

120 30cosb=0,8 -0.069 -0.28

100 30cosb=0,8 -0.081 -0.02

20 30cosb=0,8 -0.224 3.87

5 30cosb=0,8 -0.299 10.04

1 30cosb=0,8 -0.272 14.30

On dtermine lcart-type de cette srie laide des formulaires de la

mthode du type A ci dessus :

Ecart type I/Inx100(%) Charge (VA) E(%) Dphasage

(min)

200 30cosb=0,8 0.000 0.013

120 30cosb=0,8 0.001 0.132

100 30cosb=0,8 0.001 0.096

20 30cosb=0,8 0.002 0.225

5 30cosb=0,8 0.003 0.259

1 30cosb=0,8 0.006 0.213

E(%) (min)

50Hz 20% >20% 20% >20%

Valeur moyenne -0.254 -0.030 9.403 -0.227

Erreur max // l'talon de ref 0.006 0.001 0.259 0.132

40


Donc on peut obtenir dans ce tableau lincertitude sur le paramtre

dinfluence de rptabilit :

Sur lerreur damplitude :

E(%)

50Hz 20% >20%

Valeur moyenne -0.254 -0.030

Erreur max // l'talon de ref 0.006 0.001

Sur le dphasage :

(min)

50Hz 20% >20%

Valeur moyenne 9.403 -0.227

Erreur max // l'talon de ref 0.259 0.132

3) Budget dincertitude :

On peut calculer tous les incertitudes des paramtres dinfluences avec la

mme faon. On peut raliser le tableau suivant avec tous les paramtres

dincertitudes laide des incertitudes type calcul.

Erreur de l'amplitude (%) 50Hz

Le courant secondaire du transformateur en essai 20%* le courant nominal

composant d'incertitude

Mode d'estimation

Ecart type exprimental

(max)

Incertitude type=Ecart type

exprimental / racine de n (n: nombre de

mesure)

Rptabilit Loi du type A 0.006 0.0028

Prcision Loi uniforme 0.015 0.0105

Temprature Loi uniforme 0.005 0.0026

Hygromtrie Loi uniforme 0.009 0.0053

Charge interne (perte) Loi uniforme 0.008 0.0060

Certificat d'talonnage Loi normale 0.013 0.0067

41


d) Incertitude compos :

Lincertitude type compose peut tre calcule par la formule suivante avec les diffrents paramtres dinfluence :

Donc 50Hz lincertitude sur lerreur damplitude est :

e) Incertitude largie :

Elle sobtient en multipliant lincertitude-type compose par un facteur

dlargissement k.

On prend k = 2 pour avoir un intervalle de confiance 95 %.

Le rsultat final peut tre nonc sous la forme :

E= (E mesur U)%

42


5. Ce que ce stage ma apport :

Sur le plan technique :

Ce stage ma permis de dcouvrir le domaine de la haute tension et courant,

et surtout les mthodes de mtrologie pour trouver les incertitudes dans la chane

de mesure. En effet mes connaissances acquises mon cole mont aid :

A comprendre plus rapidement le fonctionnement des transformateurs de

tension et de courant.

A comprendre le fonctionnement de la mesure prcision.

Mais toutes ces connaissances ntaient pas suffisantes pour mener bien

mon projet.

Ainsi grce ce stage jai pu dcouvrir des mthodes de travail et un

nouveau domaine que lon napprend pas lcole.

Cette exprience ma permis dapprofondir mes connaissances sur les

transformateurs en haute tension et courant ainsi que sur les chanes de mesure de

prcision. Jai galement demand de suivre la chane production. Ce fut pour moi

trs intressant.

Sur le plan relationnel :

Tout au long de mon stage jai rencontr beaucoup de personnes : de

loprateur au chef du site et du plus jeune entrant dans lentreprise au plus ancien

(plus de 15 ans dexprience). Il ma fallu chaque fois madapter la personne que

javais en face de moi. Ce stage reste pour moi une exprience trs enrichissante sur

le plan relationnel.

Du fait de la sympathie du personnel dans la plateforme dessais ainsi que

les autres plateformes de lusine, mon intgration a t facile et rapide, et jai li des

relations amicales.

43


6. Conclusion :

Ce stage au sein du Trench France SAS fut pour moi une exprience qui je

lespre, se renouvellera. La vie que jai dcouverte dans lentreprise est trs

agrable et cela se ressent sur le travail.

Cette exprience ma fait progresser sur le plan technique et sur le plan

relationnel. Ce stage ma permis dapprofondir mes connaissances dans le domaine

de la haute tension, des transformateurs et sur laccrditation ISO 17025. Jai pu

mapercevoir galement des enjeux et des difficults dans les domaines.

Avec ce stage jai pu travailler sur un projet dune dure de 20 semaines

avec des objectifs remplir, en terme de qualit et de dlai. Tous les objectifs que

lon mavait fix ont pratiquement tous t atteints ; jai termin de calculer

lincertitude dune chane de mesure mais galement finit le dossier record of

performance .

En dfinitive, ce stage a t pour moi un excellent complment ma

formation dingnieur en mapportant une vision encore plus large du domaine gnie

lectrique au sein dune entreprise que je navais pas encore pu dcouvrir. Je garde

un trs bon souvenir de ce stage qui ma permis de minsrer dans la vie active, et

qui a t une exprience agrable et trs enrichissante.

44


7. Bibliographie :

[1] GUM : Guide pour l'expression de l'incertitude de mesure,

[2] ISO/CEI 17025 (septembre 2005) Exigences gnrales concernant la comptence

des laboratoires d'talonnages et d'essais,

[3] ISO 15189 (aout 2007) Laboratoires de biologie mdicale - Exigences

particulires concernant la qualit et la comptence,

[4] ISO 10012 (septembre 2003) Systmes de management de la mesure -

Exigences pour les processus et les quipements de

[5] X 07-018 (dcembre 1997) Mtrologie - Mtrologie dans l'entreprise - Fiche de

vie des quipements de mesure, de contrle et d'essai,

[6] FD X 07-021 (octobre 1999) Normes fondamentales - Mtrologie et application

de la statistique - Aide la dmarche pour l'estimation et l'utilisation de l'incertitude

de mesure et des rsultats d'essais,

[7] FD X 07-022 (dcembre 2004) Mtrologie et application de la statistique -

Utilisation des incertitudes de mesure : prsentation de quelques cas et pratiques

usuelles,

[8] Organisation Internationale de Mtrologie Lgale (OIML), Vocabulaire

International des Termes de Mtrologie Lgale (VIML) , 2000

[9] Organisation Internationale de Mtrologie Lgale (OIML), lments pour une

loi de mtrologie, document OIML D 1 , 2004

[10] ILAC - International Laboratory Accreditation Cooperation, ILAC Policy on

Traceability of Measurement Results (ILAC P10:2002) , 2002

http://www.oiml.org/publications/V/V001-ef00.pdfhttp://www.oiml.org/publications/V/V001-ef00.pdfhttp://www.oiml.org/publications/D/D001-f04.pdfhttp://www.oiml.org/publications/D/D001-f04.pdfhttp://www.ilac.org/documents/ILAC_P10_2002_ILAC_Policy_on_Traceability_of_Measurement_Result.pdfhttp://www.ilac.org/documents/ILAC_P10_2002_ILAC_Policy_on_Traceability_of_Measurement_Result.pdf

45


8. Table de figure :

Fig1 : Lorganigramme gnral

Fig2 : Le plan du site

Fig3 : Une ligne de production des transformateurs

Fig4 : Transformateur de courant du type IOSK 72.5 kV 550 kV

Fig5 : Transformateur de tension inductif du type VEOT et VEOS 72,5 kV to 550 kV

Fig6 : Transformateur Combin de tension et de courant

Fig7 : Les traveres

Fig8 : Reprsentation dun transformateur de courant

Fig9 : La structure dun transformateur

Fig10 : Schma bloc du circuit de mesure

Fig11 : Automatic instrument transformer test set Type 2767

Fig12 : Schma lectrique du comparateur de courant

Fig13 : Comparateur de courant

Fig14 : Charge de courant lectronique Tettex type 3691

Fig15 : Le placement des machines de mesure

Fig16 : Diagramme pour estimer lincertitude

Calcul de l’incertitude d’une chaîne de mesure de...

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