CA2574780A1 - Un assemblage optique permettant la detection et la lecture de courant sur les reseaux de basse, moyenne et haute tension interieur et exterieur - 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.
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
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
Claims (12)
1. Les principes de la source d'alimentation électrique du convertisseur de courant &
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.
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.
2. Le principe selon lequel, que lorsque le convertisseur de courant & champ électrique (1) est alimenté en énergie électrique par un deuxième transformateur de courant installé sur le réseau à mesurer, lui permettrait avec l'intégration composantes électroniques requises d'émettre le faisceau laser via la fibre jusqu'au récepteur numérique/optique (10). Dans cette situation la source d'alimentation électrique du récepteur numérique/optique viendrait du convertisseur de courant & champ électrique (1). Cette configuration permettra des mesures volantes et autonomes des courants et tension de réseau sans aucune source externe.
3. Le principe Multi ratio du convertisseur de courant & champ électrique (1) selon lequel il peut être télécommandé à distance via le lien de fibre optique (4 & 5) pour permettre des changements de ratio de lecture du courant en fonction des besoins des utilisateurs sans effectuer le changement de transformateur de courant (2). De plus, il peut automatiquement se s'autoprogrammer et choisir de lui même le ratio le mieux adapter au courant mesuré.
4. Le principe multi tension du convertisseur de courant & champ électrique (1) selon lequel il peut être fabriqué de base pour supporter des tensions jusqu'à
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).
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).
5. Le principe de lecture de la tension du convertisseur de courant & champ électrique (1) selon lequel il peut être fabriqué de base pour effectuer la lecture de la tension du fils mesuré (20) et la transmission des valeurs du réseau sur lequel est installé
le transformateur de courant (2) avec une précision de +/- 1%.
le transformateur de courant (2) avec une précision de +/- 1%.
6. Le principe du récepteur numérique optique (10) de génération et de transmission de la source d'alimentation électrique du convertisseur de courant & champ électrique (1) sous forme de faisceau laser injecté dans la fibre optique, ainsi que la réception et le conditionnement des signaux numériques pour des lectures monophasées ou polyphasées reçu via un réseau optique (4 & 5) venant du convertisseur de courant & champ électrique (1) ou de plusieurs convertisseur de courant & champ électrique (1) selon les spécifications suivantes : Selon les besoins de l'utilisateur, le récepteur numérique optique (10) peut être alimenté électriquement par un autre récepteur numérique optique (10) via un lien optique (4 & 5), par une source électrique câblée en cuivre et/ou par une piles, cette piles peut être rechargée soit par des piles solaires, soit par un autre transformateur de courant (2) via un convertisseur de courant & champ électrique (1) ou un autre récepteur numérique optique (10).
7. Le principe du récepteur numérique optique (10) selon lequel il peut convertir, recevoir et retransmettre les signaux reçus du convertisseur de courant &
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.
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.
8. Le principe du récepteur numérique optique (10) selon lequel il récepteur numérique optique (10) peut être programmé à pieds d' uvre ou à distance sous différents protocoles et configurations selon le réseaux de communication requis par l'utilisateur, soit sans si limité : ControlNet, DeviceNet, RS232, RS432, RS485, IP, analogique, numérique, optique ou tout autre protocole.
9. Le principe du lien de fibre optique (4&5) pour le transport de l'information et du faisceau laser qui est utilisé comme source d'énergie stable et réversible.
10. Le principe de la redondance du convertisseur de courant & champ électrique (1), du récepteur numérique optique (10) et du lien de fibre optique (4&5). Selon les besoins de l'utilisateur, l'ensemble des composantes décrites à la présente peut être doublé en asymétrique pour effectuer une redondance à partir d'un comparateur numérique, ce qui dicte que notre invention sera redondante.
11. Le principe de l'auto diagnostique, l'ensemble des composantes (1,4,5 et 10) décrites à la présente peut être assemblé et programmé en mode auto diagnostique et ainsi émettre à
l'utilisateur les états des composantes (Alarme, défectuosités ou autres informations utiles) .
l'utilisateur les états des composantes (Alarme, défectuosités ou autres informations utiles) .
12. Le principe que l'ensemble formé du convertisseur de courant & champ électrique (1), du récepteur numérique optique (10) et du lien de fibre optique (4&5) peut être utilisé soit sur un installation permanente ou volante.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA 2574780 CA2574780A1 (fr) | 2007-02-13 | 2007-02-13 | Un assemblage optique permettant la detection et la lecture de courant sur les reseaux de basse, moyenne et haute tension interieur et exterieur |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA 2574780 CA2574780A1 (fr) | 2007-02-13 | 2007-02-13 | Un assemblage optique permettant la detection et la lecture de courant sur les reseaux de basse, moyenne et haute tension interieur et exterieur |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA2574780A1 true CA2574780A1 (fr) | 2008-08-13 |
Family
ID=39687845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA 2574780 Abandoned CA2574780A1 (fr) | 2007-02-13 | 2007-02-13 | Un assemblage optique permettant la detection et la lecture de courant sur les reseaux de basse, moyenne et haute tension interieur et exterieur |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CA (1) | CA2574780A1 (fr) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2700957A1 (fr) * | 2012-08-21 | 2014-02-26 | Ricerca Sul Sistema Energetico - RSE S.p.A. | Dispositif optique destiné à générer un signal synchrone |
| WO2016203026A1 (fr) * | 2015-06-17 | 2016-12-22 | Bia | Transmission d'informations et d'énergie entre un capteur mobile et un élément fixe |
-
2007
- 2007-02-13 CA CA 2574780 patent/CA2574780A1/fr not_active Abandoned
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