CA2574780A1 - Optical assemblage for detecting and reading the current in indoor and outdoor low, medium and high voltage systems - Google Patents
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Abstract
La présente invention permet d'effectuer la lecture de l'intensité du couran t et du champ électrique d'un conducteur sous tension (20) en utilisant seulement un lien optique (4&5) de longueur variable entre le conducteur sous tension (20) et l'appareil de lecture. Pour se faire le conducteur sous tension (20) doit être muni d'un transformateur de courant (2). Le signal de sortie du transformateur de courant (2) est convertie électroniquement en un onde lumineuse qui est transmit via un lien en fibre optique (5) jusqu'à un récepteur optique (10) qui la reconvertie soit en signal analogique ou numérique selon l'utilisatio n requise. L'alimentation en énergie pour faire fonctionner le convertisseur électroniq ue (1) qui est localisé à proximité du transformateur de courant (2) est aussi fourni par u n lien optique (4) se qui a pour conséquence qu'aucun lien électrique et galvanique n'existe entre le conducteur sous tension (20) et l'appareil de lecture et ainsi élimine les besoins habituels d'isolation électrique entre le conducteur sous tension (20) et les composantes de lecture.The present invention makes it possible to read the current intensity and the electric field of a live conductor (20) using only an optical link (4 & 5) of variable length between the live conductor (20) and the reading device. To become the live conductor (20) must be equipped with a current transformer (2). The output signal of the current transformer (2) is converted electronically into a light wave which is transmitted via an optical fiber link (5) to an optical receiver (10) which reconverts it into an analog or digital signal according to the invention. required use. The power supply for operating the electronic converter (1) which is located near the current transformer (2) is also provided by an optical link (4) which has the consequence that no electrical and galvanic connection n There exists between the live conductor (20) and the reading apparatus and thus eliminates the usual electrical isolation requirements between the live conductor (20) and the reading components.
Description
2,574,780 MÉMOIRE DESCRIPTIF
En résumé, la présente invention permet d'éliminer le lien électrique et galvanique entre le conducteur sous tension sur lequel on désire prendre des lectures et les composantes de 20 lecture et/ou de commande, donc toutes les structures d'isolation électrique requises dans cette configuration sont éliminées. L'avantage de cette invention est majeur tant du coté
sécurité des personnes que du coté des coûts prohibitifs des installations reliées à la prise de 21 mesure en courant sur des réseaux électriques.
De nombreux brevets ont été déposés concernant l'utilisation de fibre optique pour 22 transmettre la lecture de l'intensité du courant d'un fils sous tension. A
titre d'exemple le brevet CA 1147393 décrit une application avec fibre en utilisant un shunt pour créer une différence de potentiel qui est mesurée et convertie en signaux lumineux par un circuit 23 électronique qui lui-même est alimenté par un générateur électrique, le problème dans cette situation est lié l'utilisation d'un moteur électrique monté sur un isolateur qui contient un arbre qui est raccordé à un générateur cette manière de faire est complexe et nécessite 24 encore des niveaux d'isolation élevés, de plus l'utilisation d'un shunt crée une perte d'énergie sur le réseau. D'autres brevets utilisent aussi la fibre optique soit le principe de la interférométrie (Voir brevet CA 2197716) en mesurant la distorsion causée par le champ magnétique entre deux signaux cela donne une indication proportionnel de l'intensité du 25 courant qui circule dans un conducteur cette manière de faire semble non conventionnel pour la gestion précise d'un réseau électrique.
26 Un des problèmes lorsque l'on désire mesurer l'intensité du courant sur un fils sous haute tension est le respect du niveau d'isolation électrique et galvanique qu'il faut conserver entre le capteur de courant qui lui est au potentiel du réseau et l'appareil de lecture qui est au 27 potentiel de la terre, cela implique l'installation de structure isolante majeure. Pour se soustraire de ce problème l'utilisation de fibre optique a été envisagée par plusieurs personnes compétentes dans le domaine.
Mais cette usage de la fibre optique nous conduit à un autre problème puisque pour être fiable et efficace il faut intégré au capteur de courant un assemblage électronique qui convertit le signal du capteur en onde lumineuse qui elle est transmise via la fibre optique à
2de8 2,574,780 un convertisseur optique/numérique, le problème est comment alimenter les composantes électroniques installées sur le capteur de courant d'une manière fiable et indépendante de 30 réseau à mesurer.
Certain serait tenté de prélever une partie du signal du capteur de courant pour alimenter les composantes électroniques ou dans installé un autre dans le but d'alimenter ces composantes, mais le défaut de cette solution découle du fait que la lecture des valeurs en courant du réseau ne pourrait être utilisée pour protéger ce même réseau puisque la capacité
et la précision de lecture du courant dépend de ce même courant et pourrait conduire à des indications fausses et ne serait pas vérifiable sans prendre un autre appareil de lecture pour la 32 comparer. La solution à ce problème est de fournir une alimentation électrique des composantes électroniques vérifiable et indépendante du réseau à mesurer d'ou découle mon invention soit que pour alimenter en énergie électrique les composantes électroniques 33 localisées sur le capteur de courant on utilise une fibre optique dans la quel on injecte un faisceau laser qui est transformé en énergie électrique via une cellule photovoltaïque installé
dans le convertisseur de signaux. Cette manière de faire possède plusieurs avantages 34 particulièrement celle de l'isolation électrique et galvanique par rapport au réseau à mesurer puisque le lien est en fibre et que la fibre est un très bon isolant, de plus il possible de valider et d'auto diagnostiquer en tout temps le bon fonctionnement de toutes les composantes électroniques, optiques et électriques utilisé dans cette application et cela 35 indépendamment de la présence ou l'absence de la tension sur le réseau à
mesurer.
Donc l'invention se rapporte à un assemblage de pièces électriques, électroniques et optiques 36 qui permettent en temps réel, d'effectuer des lectures de l'intensité du courant et du champ électrique sur des réseaux électriques intérieurs, extérieurs et sous cabinet sans structure mécanique et isolatrice majeure. Notre invention est concentré sur trois composantes : un 37 convertisseur de courant et tension (1), un récepteur numérique optique (10) et un lien de fibre optique (4&5). Ce système peut être multiplié à l'infini pour surveiller l'ensemble d'un réseau monophasé ou polyphasé et peut être utilisé soit pour un installation fixe ou volante 38 tel que dessiné sur les figures 4 et 5.
Description du convertisseur de courant & champ électrique (1) Tel que dessiné à la figure 2 ; Le transformateur de courant (2) conventionnel est installé sur 3de8 2,574,780 le conducteur sous tension (20) à mesurer. Le signal en tension à la sortie du transformateur de courant (2) est raccordé électriquement au convertisseur de courant & champ électrique 40 (1) qui lui est localisé à proximité ou monté à même le transformateur de courant (2). A
l'intérieur du convertisseur (1), le signal en tension du transformateur de courant (2) est converti en signal numérique/optique. Ce signal numérique est retransmis via un 41 optocoupleur (6) à une fibre optique (5) de longueur variable jusqu'au récepteur numérique/
optique (10).
42 L'alimentation électrique du convertisseur (1) est effectuée via un lien formé de fibre optique (4) dans lequel on a injectée un faisceau laser. Cette source lumineuse est, à l'aide d'une cellule photovoltaïque (7) intégré dans le convertisseur (1), convertie en source électrique.
Description sommaire du récepteur numérique optique (10) Tel que dessiné à la figure 3 ; La fonction du récepteur numérique optique (10) est de recevoir le signal numérique/optique provenant du convertisseur de courant &
tension (1) 45 via le lien optique (5) et de le conditionner pour ensuite le retransmettre à l'utilisateur sur le médium de son choix (13).
46 La fonction du Récepteur numérique optique (10) est aussi de générer et de contrôler le faisceau laser injecté dans le lien optique (4), qui fournit l'alimentation électrique pour faire fonctionner le convertisseur de courant & tension (1) et cela indépendamment de la présence ou non tension sur le réseau à mesurer.
La fonction du Récepteur numérique optique (10) est aussi d'afficher les lectures de courant et de tension générées le Convertisseur de courant & tension (1). Il pourrait lorsque 48 incorporer à un réseau électrique se retrouver dans un cabinet conventionnel de mesure et protection du réseau et être alimenté en énergie électrique par celui-ci.
49 Description sommaire du lien fibre optique (4&5) Tel que dessiné à la figure 1, 2 et 3 ; La fonction du lien fibre optique (4&5) est de transmettre les signaux et l'énergie (faisceau laser) entre le récepteur numérique optique (10) et le convertisseur de courant & champ électrique (1). Ce lien est composé
d'un câble 4de8 2,574,780 multifibre monomode ou multi mode de longueur variable selon les configurations requises par l'utilisateur.
L'isolation du câble de fibre est adaptée à la tension de réseau selon les besoins de l'utilisateur à l'aide de cônes d'effort diélectrique conçu pour cet usage (voir figure 5). Le câble de fibre optique pourra être harnaché entre la structure portante du réseau électrique à
mesurer jusqu'au fils de ce même réseau sans lien électrique ou galvanique.
5de8 2574780 DESCRIPTIVE MEMORY
In summary, the present invention makes it possible to eliminate the electrical connection and galvanic between live conductor on which it is desired to take readings and components of 20 read and / or command, so all the isolation structures required in this configuration are eliminated. The advantage of this invention is major on the side safety of the people that on the side of the prohibitive costs of the installations related to taking 21 measuring current on electrical networks.
Many patents have been filed concerning the use of optical fiber for 22 transmit the reading of the intensity of the current of a son under tension. AT
example the CA 1147393 discloses an application with fiber using a shunt for create a potential difference that is measured and converted into light signals by a circuit 23 itself which is powered by an electric generator, the problem in this situation is related the use of an electric motor mounted on an insulator which contains a tree that is connected to a generator this way of doing is complex and need 24 still high insulation levels, plus the use of a shunt creates a loss of energy on the network. Other patents also use optical fiber the principle of interferometry (see CA 2197716 patent) by measuring the distortion caused by field magnetic between two signals this gives a proportional indication of the intensity of 25 current flowing in a conductor this way of doing seems no conventional for the precise management of an electrical network.
One of the problems when we want to measure the intensity of the current on a son under high voltage is the respect of the level of electrical and galvanic insulation it must be kept between the current sensor that is at the network potential and the device of reading that is at 27 potential of the earth, this implies the installation of insulating structure major. To subtract from this problem the use of optical fiber was considered by many competent people in the field.
But this use of optical fiber leads us to another problem since to be reliable and efficient it is necessary integrated in the current sensor an assembly electronic that converts the sensor signal into a light wave that is transmitted via the optical fiber to 2de8 an optical / digital converter, the problem is how to power the components electronics installed on the current sensor in a reliable manner and independent of 30 network to measure.
Some would be tempted to take part of the current sensor signal to feed the electronic components or in installed another for the purpose of powering these components, but the flaw of this solution stems from the fact that reading values in network current could not be used to protect this same network since the capacity and the read accuracy of the current depends on this same current and could lead to false indications and would not be verifiable without taking another device reading for the 32 compare. The solution to this problem is to provide a power supply electric electronic components verifiable and independent of the network to be measured from follows my invention is that to supply electrical energy components electronic 33 located on the current sensor we use an optical fiber in the which one injects a laser beam that is transformed into electrical energy via a cell installed photovoltaic in the signal converter. This way of doing things has several advantages 34 especially that of the electrical and galvanic insulation compared to the network to be measured since the link is in fiber and the fiber is a very good insulator, moreover it possible to validate and self diagnose at all times the proper functioning of all the electronic, optical and electrical components used in this application and this 35 regardless of the presence or absence of the voltage on the network to measure.
So the invention relates to an assembly of electrical parts, electronic and optical 36 that allow in real time, perform readings of the intensity of the current and field on electrical networks inside, outside and under cabinet without structure mechanical and major insulator. Our invention is focused on three components: a 37 current and voltage converter (1), an optical digital receiver (10) and a link from optical fiber (4 & 5). This system can be multiplied to infinity to monitor all of one single-phase or polyphase network and can be used for either installation fixed or flying 38 as drawn in Figures 4 and 5.
Description of the power converter & electric field (1) As drawn in Figure 2; Conventional current transformer (2) is installed on 3de8 the live conductor (20) to be measured. The voltage signal at the output of transformer current (2) is electrically connected to the power converter & field electric 40 (1) located near or mounted on the transformer current (2). AT
the inside of the converter (1), the voltage signal of the transformer of current (2) is converted into a digital / optical signal. This digital signal is retransmitted via a 41 optocoupler (6) to an optical fiber (5) of variable length up to digital receiver /
optical (10).
42 The power supply of the converter (1) is made via a link formed of fiber optical (4) in which a laser beam has been injected. This source bright is, using of a photovoltaic cell (7) integrated in the converter (1), converted in source electric.
Brief description of the optical digital receiver (10) As drawn in Figure 3; The function of the optical digital receiver (10) is receive the digital / optical signal from the current converter &
voltage (1) 45 via the optical link (5) and condition it and then retransmit to the user on the medium of his choice (13).
46 The function of the Optical Digital Receiver (10) is also to generate and control the laser beam injected into the optical link (4), which provides the power supply electric to do operate the current & voltage converter (1) independently presence or no voltage on the network to be measured.
The function of the Optical Digital Receiver (10) is also to display the current readings and voltage generated the current & voltage converter (1). He could when 48 incorporate into a power grid end up in a cabinet conventional measurement and protection of the network and to be supplied with electrical energy by it.
49 Brief description of the fiber optic link (4 & 5) As drawn in Figure 1, 2 and 3; The function of the fiber optic link (4 & 5) is transmit signals and energy (laser beam) between the receiver optical digital (10) and the current converter & electric field (1). This link is composed a cable 4de8 multifibre single mode or multi mode variable length depending on required configurations by the user.
The insulation of the fiber cable is adapted to the mains voltage according to the needs of the user using dielectric stress cones designed for this purpose (see Figure 5). The fiber optic cable may be harnessed between the load-bearing structure of the electrical network to measure to the son of this same network without electrical or galvanic link.
5de8
Claims (12)
champ électrique (1) comprenant les variantes suivantes :1.1 L'alimentation en énergie peut être fourni sous la forme d'un faisceau laser injecté dans une fibre optique reliant le récepteur numérique optique (10) et le convertisseur de courant & champ électrique (1) incluant les composants électriques et électroniques s'y rattachant. 1.2 L'alimentation en énergie peut être fourni sous forme de piles rechargeable insérée dans le convertisseur de courant & champ électrique (1) incluant les composants électriques et électroniques s'y rattachant. Cette piles peut être rechargée soit par des piles solaires, soit par un autre transformateur de courant (2) et /ou un faisceau laser sous fibre optique incluant les composants électriques et électroniques s'y rattachant. 1.3 L'alimentation en énergie peut être fourni via un deuxième transformateur de courant (2) en effectuant un prélèvement de la tension incluant les composants électriques et électroniques s'y rattachant.
1.4 L'alimentation en énergie peut être fourni avec des compositions de toutes les variables des points 1.1 à 1.4. 1. The principles of the power source of the converter current &
electric field (1) comprising the following variants: 1.1 The power supply energy can be provided in the form of a laser beam injected into an optical fiber connecting the optical digital receiver (10) and the current converter & field electric (1) including the associated electrical and electronic components. 1.2 Food in energy can be supplied in the form of rechargeable batteries inserted into the converter current & electric field (1) including electrical components and electronic related. This battery can be recharged either by solar cells or by another current transformer (2) and / or an optical fiber laser beam including electrical and electronic components related thereto. 1.3 Food in energy can supplied via a second current transformer (2) by performing a collection of the voltage including the associated electrical and electronic components.
1.4 The power supply can be supplied with compositions from all variables of points 1.1 to 1.4.
1,000,000 Volts sans que cette valeur constitue une limite du champ d'application de cette invention. Malgré ce fait, il peut être utilisé tel quel sur tous les gammes de tension industriel, sans modification.
Si un utilisateur veut effectuer un changement de tension dans son réseau (une conversion), par exemple de passer de 14,400 à 25,000 Volts, il ne sera pas nécessaire de changer le transformateur de courant (2), le convertisseur de courant & champ électrique (1) et le récepteur numérique optique (10). 4. The multi-voltage principle of the power converter & electric field (1) according to which it can be made basic to withstand tensions up to 1,000,000 Volts without this value constitutes a limit of the scope of this invention. Despite this fact, it can be used as it is on all industrial voltage ranges, without modification.
If a user wants to make a voltage change in his network (a conversion), for example to go from 14,400 to 25,000 Volts, it will not be necessary to change the current transformer (2), current converter & electric field (1) and the optical digital receiver (10).
le transformateur de courant (2) avec une précision de +/- 1%. 5. The principle of reading the voltage of the current converter & field electric (1) according to which it can be manufactured as a basis for reading the son tension measured (20) and the transmission of the values of the network on which is installed the transformer of current (2) with an accuracy of +/- 1%.
champ électrique (1) vers les installations de l'utilisateur sous forme binaire et / ou analogique via un réseau optique, un réseau de cuivre ou un réseau hertzien. 7. The principle of optical digital receiver (10) according to which it can convert, receive and retransmit the signals received from the current converter &
electric field (1) to user facilities in binary form and / or analog via a network optical, a copper network or a wireless network.
l'utilisateur les états des composantes (Alarme, défectuosités ou autres informations utiles) . 11. The principle of self-diagnosis, all the components (1,4,5 and 10) described at present can be assembled and programmed in auto diagnostic mode and thus emit to the user the states of the components (Alarm, faults or other useful information).
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Legal Events
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| FZDE | Dead |