EP1254465B1 - Dispositif pour le couplage, avec isolation galvanique, de type "a coupure certaine" - Google Patents

Dispositif pour le couplage, avec isolation galvanique, de type "a coupure certaine" Download PDF

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EP1254465B1
EP1254465B1 EP01904051A EP01904051A EP1254465B1 EP 1254465 B1 EP1254465 B1 EP 1254465B1 EP 01904051 A EP01904051 A EP 01904051A EP 01904051 A EP01904051 A EP 01904051A EP 1254465 B1 EP1254465 B1 EP 1254465B1
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conducting
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings

Definitions

  • the present invention relates to a device for the coupling, with galvanic isolation, type "cut-off" of two electrical circuits.
  • this device involves, in the vicinity of each of the discharge lamps fitted to the candelabra, means for transmitting / receiving current carrying messages conveyed by the power supply lines of these candelabra, these messages from or being transmitted to the transmitting / receiving means associated with other candelabra and / or a central control and control station.
  • the transmitting / receiving means associated with a lamp are coupled, on the one hand, to an ignition control device and extinguishing the lamp, according to instructions issued by the central station and on the other hand , a fault detection circuit of the lamp which prepares if necessary, a fault signal to the central station.
  • the electrical network for supplying the candelabra usually involves at least one transforming substation for transforming the high-voltage electrical current it receives into three-phase low-voltage electrical power for supplying a set of electrical distribution cabinets for parties assigned to public lighting.
  • Each distribution cabinet for lighting receives the three-phase electrical input and feeds a series of single-phase low-voltage power lines. Each of these lines provides power to a plurality of successive candelabra equipped according to the device according to the invention.
  • this electrical network is complex and comprises several transformer stations each connected to a plurality of electrical cabinets, the power lines powered by different transformer stations are isolated from each other vis-à-vis the high frequency currents and can not not communicate with each other by power line.
  • the document FR-A-2,765,735 relates to a non-contact energy transfer device for supplying electrical energy to an apparatus.
  • a small piece of thick glass is centrally located between two coils. This small central element serves only to pass an infrared optical signal for positioning.
  • the element that separates the two coils is a circular induction plate having a coating adapted to the public space and in particular non-slip and discreet.
  • the object of the invention is therefore more particularly to eliminate these drawbacks and to solve these problems by means of coupling devices specially designed to comply with these safety requirements.
  • an electromagnetic coupling device comprising two separate circuits that can constitute alternately a primary circuit and / or a secondary circuit, these two circuits being separated from one another by an electrically insulating material through which performs the coupling.
  • this device is characterized in that said insulating material is optically transparent so that the separation between the two circuits can be seen visually.
  • said insulating material may consist of glass or a transparent plastic material having two opposite parallel faces against which are arranged the two circuits of the coupling device.
  • Each of these windings may be included in a high-pass or band-pass filtering circuit, having a minimum impedance at the frequency of the said signals and a maximum impedance at the frequency of the alternating current of the lines to which this circuit is connected.
  • the network comprises two independent electrical stations 1, 2 each for transforming the high voltage electricity they receive into a three-phase low voltage (220 V). These positions 1, 2 are used to supply two sets of power distribution cabinets 6 1, June 2 to 6 '1 6' 2 some (eg cabinets and 6 1 6 '2) are assigned to public lighting .
  • the cabinet 6 1 receives the three-phase low-voltage current input, and supplies a set of single-phase low-voltage electrical lines 7.
  • Each of these lines 7 comprises two wires 15, 16 for feeding a plurality of discharge lamps each associated with a control and monitoring device 10.
  • This device 10 is designed to transmit and receive carrier current information, in phase modulation, for example at a frequency of 132 KHz, via the lines 7 of the electrical distribution network, to communicate with a central station 3 connected here to the one of the lines of another electrical distribution cabinet 6 ' 2 which supplies electrical lines 17 independent of the lines 7.
  • the central station 3 is equipped with a computer 5, connected to the line 17, by the intermediate of an interface module 4.
  • the invention is intended to allow in particular the communication between the central station 3 and the control devices 10 and associated monitoring discharge lamps supplied by the lines 7 and 17 connected to the distribution cabinets 6 1 and 6 ' 2 .
  • it provides for a coupling connecting the conductors 15, 16 of one of the lines 7 to the conductors of one of the lines 17 connected to the distribution cabinet 2.
  • This coupling is provided by a coupler 18 shown schematically on the figure 1 by a quadrupole connected by two of its terminals B 1 , B 2 to the two conductors 15, 16, and by its two other terminals B 3 , B 4 to the conductors 20, 21 of the line 17.
  • this coupler involves two coils E 1 , E 2 arranged opposite one another, each of these coils E 1 , E 2 being connected to the two conductors 15, 16 - 20, 21 of the corresponding line by the intermediate of two connecting conductors and a filter circuit comprising a set of inductance L 1 , L 2 / capacitor in series C 1 , C 2 and a capacitor in parallel C ' 1 , C' 2 .
  • This circuit constitutes, with the coil E 1 , E 2 , a band pass filter whose bandwidth is centered on the frequency of the signals exchanged between the central station and the control and monitoring devices of the lamps 10 (for example 130 KHz) .
  • each of the coils E 1 , E 2 is made by winding a conductive wire around a ferrite core N 1 , N 2 .
  • the two coils E 1 , E 2 are oriented parallel to each other and are respectively mounted on two coaxial printed circuit disks D 1 , D 2 oriented perpendicular to the coils E 1 , E 2 .
  • Each of these printed circuits D 1, D 2 carries the inductor and the two capacitors of the filter circuit.
  • the two printed circuit disks D 1 , D 2 equipped with their components, are housed in two tubular sleeves M 1 , M 2 for example polyvinyl chloride (PVC) arranged coaxially opposite one another and separated from one another by a thick washer R made of an electrically insulating transparent material.
  • PVC polyvinyl chloride
  • the volume delimited by the printed circuit D 1 , D 2 and the tubular sleeve M 1 , M 2 allows the passage of the connecting wires FL 1 , FL 2 .
  • This volume can be filled by a coating material ensuring the tightness of the assembly.
  • the coupling device has a cylindrical shape having two opaque portions P 1 , P 2 each containing a respective coupling circuit. These two portions P 1 , P 2 are separated by a transparent portion P 3 of larger diameter formed by the washer R.
  • the coils each comprise a winding E ' 1 , E' 2 formed around the central core of ferrite pots PF 1 , PF 2 section E-shaped.
  • the two ferrite pots PF 1 , PF 2 are arranged coaxially facing each other on the opposite side to their bottoms FD 1 , FD 2 , and are separated from each other by a disk of transparent material. DT.
  • Fixing the assembly is obtained by gluing the radial faces of the two pots on the two opposite parallel faces of the disk.
  • the invention is not limited to the control and monitoring of a street lighting. It can be used in many powerline circuits, especially between the transmitting and / or receiving stations and power distribution lines used as transmission lines.

Description

  • La présente invention concerne un dispositif pour le couplage, avec isolation galvanique, de type "à coupure certaine" de deux circuits électriques.
  • Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, à la réalisation de couplages pour la transmission par courants porteurs de signaux à fréquence élevée (moyenne ou haute fréquence), entre plusieurs réseaux de distribution de courant électrique éventuellement indépendants les uns des autres : Grâce à ces couplages, il devient possible d'organiser des échanges d'informations entre des modules d'émission et/ou réception connectés en des points quelconques de réseaux différents.
  • En particulier, l'invention pourra être utilisée dans un dispositif servant à effectuer la commande et la surveillance à distance des ampoules d'un réseau d'éclairage public, tel que celui qui est décrit dans le brevet FR No 95 05748 du 12 mai 1995 (= WO 9636202 A1 ) déposé au nom du Demandeur.
  • On sait que ce dispositif fait intervenir, à proximité de chacune des lampes à décharge équipant les candélabres, un moyen d'émission/réception par courant porteur de messages véhiculés par les lignes électriques d'alimentation de ces candélabres, ces messages provenant ou étant transmis à destination des moyens d'émission/réception associés à d'autres candélabres et/ou d'un poste central de contrôle et de commande.
  • Les moyens d'émission/réception associés à une lampe sont couplés, d'une part, à un dispositif de commande d'allumage et d'extinction de la lampe, en fonction de consignes émises par le poste central et, d'autre part, à un circuit de détection des défaillances de la lampe qui élabore s'il y a lieu, un signal de défaillances à destination du poste central.
  • Le réseau électrique destiné à assurer l'alimentation des candélabres fait habituellement intervenir au moins un poste électrique de transformation permettant de transformer le courant électrique haute tension qu'il reçoit en courant électrique triphasé basse tension destiné à alimenter un ensemble d'armoires de distribution électrique pour parties affectées à l'éclairage public. Chaque armoire de distribution pour l'éclairage reçoit en entrée le courant électrique triphasé et alimente une série de lignes électriques en basse tension monophasée. Chacune de ces lignes assure l'alimentation d'une pluralité de candélabres successifs équipés conformément au dispositif selon l'invention.
  • Lorsque ce réseau électrique est complexe et comprend plusieurs postes de transformation reliés chacun à une pluralité d'armoires électriques, les lignes électriques alimentées par des postes de transformation différents sont isolées les unes des autres vis-à-vis des courants haute fréquence et ne peuvent pas communiquer les unes avec les autres par courant porteur.
  • Pour pouvoir assurer une telle communication entre deux lignes alimentées par des postes de transformation différents, il est alors nécessaire de prévoir un dispositif de couplage apte à assurer une transmission des signaux haute fréquence entre ces deux lignes tout en garantissant une isolation parfaite pour les courants basse fréquence véhiculés par les deux lignes.
  • Or, il s'avère que compte tenu des niveaux de tensions véhiculées par ces lignes et des risques encourus par les opérateurs chargés de l'installation et de la maintenance de ces dispositifs de couplage (courts-circuits - électrocution - chocs électriques) il est souhaitable que les conducteurs-électriques de liaison connectés aux deux lignes soient séparés les uns des autres de manière à garantir une insolation suffisante, et à faciliter l'identification de ces conducteurs et donc à supprimer tout risqué de confusion entre ces derniers.
  • Toutefois, ces différents problèmes subsistent au voisinage des dispositifs de couplage vers lesquels convergent les conducteurs électriques de liaison.
  • Le document FR-A-2 765 735 concerne un dispositif de transfert d'énergie sans contact servant à l'alimentation en énergie électrique d'un appareil. Un petit élément de verre épais est situé au centre entre deux bobines. Ce petit élément centrale a uniquement pour fonction de laisser passer un signal optique infrarouge destiné au positionnement. L'élément qui sépare les deux bobines est une plaque à induction circulaire disposant d'un revêtement adapté à l'espace public et notamment antidérapant et discret.
  • L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer ces inconvénients et de résoudre ces problèmes grâce à des dispositifs de couplage spécialement conçus pour respecter ces exigences de sécurité.
  • Elle propose donc à cet effet un dispositif de couplage électromagnétique comprenant deux circuits séparés pouvant constituer alternativement un circuit primaire et/ou un circuit secondaire, ces deux circuits étant séparés l'un de l'autre par une matière électriquement isolante au travers de laquelle s'effectue le couplage.
  • Selon l'invention, ce dispositif est caractérisé en ce que ladite matière isolante est optiquement transparente de manière à ce que l'on puisse constater visuellement la séparation entre les deux circuits.
  • Ainsi, ladite matière isolante pourra consister en du verre ou en une matière plastique transparente présentant deux faces parallèles opposées contre lesquelles sont disposés les deux circuits du dispositif de couplage.
  • Avantageusement, ce dispositif de couplage pourra être de type électromagnétique et comprendre deux enroulements (un par circuit) accordés à la fréquence des signaux haute ou moyenne fréquence à transmettre.
  • Chacun de ces enroulements pourra être inclus dans un circuit de filtrage passe haut ou passe bande, présentant une impédance minimum à la fréquence des susdits signaux et une impédance maximale à la fréquence du courant alternatif des lignes auxquelles ce circuit est connecté.
  • Des modes d'exécution de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
    • La figure 1 est une représentation schématique de l'architecture d'un réseau de distribution d'électricité équipé d'un dispositif de commande et de surveillance d'un éclairage public ;
    • La figure 2 est un schéma électrique d'un dispositif de couplage ;
    • La figure 3 est une coupe axiale schématique d'un premier mode d'exécution du dispositif de couplage ;
    • La figure 4 est une vue en perspective de ce dispositif ;
    • La figure 5 est une coupe schématique d'un deuxième mode d'exécution du dispositif.
  • Tel que représenté sur la figure 1, le réseau comprend deux postes électriques indépendants 1, 2 permettant chacun de transformer l'électricité en haute tension qu'ils reçoivent, en un courant triphasé basse tension (220 V). Ces postes 1, 2 servent à alimenter deux ensembles d'armoires de distribution électrique 61, 62 - 6'1, 6'2 dont certaines (par exemple les armoires 61 et 6'2) sont affectées à l'éclairage public.
  • L'armoire 61 reçoit en entrée le courant basse tension triphasée, et alimente un ensemble de lignes électriques 7 en basse tension monophasée. Chacune de ces lignes 7 comprend deux fils 15, 16 permettant d'alimenter une pluralité de lampes à décharge associées chacune à un dispositif de commande et de surveillance 10.
  • Ce dispositif 10 est conçu pour émettre et recevoir des informations par courant porteur, en modulation de phase, par exemple à une fréquence de 132 KHz, via les lignes 7 du réseau de distribution électrique, pour communiquer avec un poste central 3 connecté ici à l'une des lignes d'une autre armoire de distribution électrique 6'2 qui alimente des lignes électriques 17 indépendantes des lignes 7. A cet effet, le poste central 3 est équipé d'un calculateur 5, connecté à la ligne 17, par l'intermédiaire d'un module d'interface 4.
  • Comme précédemment mentionné, l'invention a pour but de permettre notamment la communication entre le poste central 3 et les dispositifs de commande et de surveillance 10 associés aux lampes à décharge alimentées par les lignes 7 et 17 connectées aux armoires de distribution 61 et 6'2. A cet effet, elle prévoit d'effectuer un couplage reliant les conducteurs 15, 16, de l'une des lignes 7 aux conducteurs de l'une des lignes 17 raccordés à l'armoire de distribution 2.
  • Ce couplage est assuré par un coupleur 18 représenté schématiquement sur la figure 1 par un quadripôle connecté par deux de ses bornes B1, B2 aux deux conducteurs 15, 16, et par ses deux autres bornes B3, B4 aux conducteurs 20, 21 de la ligne 17.
  • Dans exemple représenté sur les figures 2 à 4, ce coupleur fait intervenir deux bobines E1, E2 disposées en regard l'une de l'autre, chacune de ces bobines E1, E2 étant connectée aux deux conducteurs 15, 16 - 20, 21 de la ligne correspondante par l'intermédiaire de deux conducteurs de liaison et d'un circuit de filtrage comprenant un ensemble inductance L1, L2/condensateur en série C1, C2 et un condensateur en parallèle C'1, C'2. Ce circuit constitue, avec la bobine E1, E2, un filtre passe bande dont la bande passante est centrée sur la fréquence des signaux échangés entre le poste central et les dispositifs de commande et de surveillance des lampes 10 (par exemple 130 KHz).
  • Dans cet exemple, chacune des bobines E1, E2 est réalisée par enroulement d'un fil conducteur autour d'un noyau de ferrite N1, N2. Les deux bobines E1, E2 sont axées parallèlement l'une par rapport à l'autre et sont respectivement montées sur deux disques de circuit imprimé coaxiaux D1, D2 axés perpendiculairement aux bobines E1, E2. Chacun de ces circuits imprimés D1, D2 porte l'inductance et les deux condensateurs du circuit de filtrage.
  • Les deux disques de circuits imprimés D1, D2, munis de leurs composants, sont logés dans deux manchons tubulaires M1, M2 par exemple en chlorure de polyvinyle (PVC) disposés coaxialement l'un en regard de l'autre et séparés l'un de l'autre par une rondelle épaisse R réalisée en une matière transparente électriquement isolante.
  • La fixation de l'ensemble est assurée :
    • d'une part, par collage des bords en regard des manchons M1, M2 sur les faces opposées de la rondelle R, et
    • d'autre part, par des vis V1, V2 en matière électriquement isolante qui s'étendent axialement dans les manchons M1, M2 en passant par des orifices coaxiaux prévus dans la rondelle R et dans les circuits imprimés D1, D2 ; les têtes de ces vis V1, V2 viennent en appui sur la face extérieure de l'un des circuits imprimés D2, tandis que des écrous vissés sur les extrémités filetées des vis viennent porter sur la face extérieure de l'autre circuit imprimé D1, l'écartement entre les circuits imprimés et la rondelle R est imposé par des entretoises tubulaires ET par lesquelles passent les vis V1, V2.
  • Du côté opposé à la rondelle R, le volume délimité par le circuit imprimé D1, D2 et le manchon tubulaire M1, M2 permet le passage des fils de liaison FL1, FL2. Ce volume peut être comblé par une matière d'enrobage garantissant l'étanchéité de l'ensemble.
  • Une fois monté, le dispositif de couplage présente une forme cylindrique présentant deux portions opaques P1, P2 contenant chacune un circuit de couplage respectif. Ces deux portions P1, P2 sont séparées par une portion transparente P3 de plus grand diamètre constituée par la rondelle R.
  • Ainsi, un opérateur pourra vérifier visuellement l'isolation entre les deux circuits de couplage. En séparant physiquement les conducteurs de liaison respectivement connectés aux deux extrémités des dispositifs de couplage, on écarte en outre toute possibilité d'erreur de câblage et on garantit une parfaite isolation entre ces conducteurs.
  • Dans l'exemple représenté sur la figure 5, les bobines comprennent chacune un enroulement E'1, E'2 réalisé autour du noyau central de pots de ferrite PF1, PF2 de section en forme de E.
  • Les deux pots de ferrite PF1, PF2 sont disposés coaxialement en regard l'un de l'autre du côté opposé à leurs fonds FD1, FD2, et sont séparés l'un de l'autre par un disque en matière transparente DT.
  • La fixation de l'ensemble est obtenu par collage des faces radiales des deux pots sur les deux faces parallèles opposées du disque.
  • Bien entendu, l'invention ne se limite pas à la commande et à la surveillance d'un éclairage public. Elle peut être utilisée dans de nombreux circuits à courant porteur, notamment entre les postes d'émission et/ou de réception et les lignes de distribution de courant électrique utilisées en tant que lignes de transmission.

Claims (11)

  1. Dispositif pour le couplage, avec isolation galvanique, de type "à coupure certaine" de deux réseaux de distribution de courant électrique éventuellement indépendants les uns des autres servant à la fois au transport de courant continu ou basse fréquence et à la transmission de signaux à moyenne ou à haute fréquence, ce dispositif comprenant deux circuits de couplage primaire et/ou secondaire, séparés l'un de l'autre par une matière solide électriquement isolante au travers de laquelle s'effectue le couplage,
    caractérisé en ce que ladite matière isolante (R) est optiquement transparente de manière à ce que l'on puisse constater visuellement la séparation physique des deux circuits (E1, E2).
  2. Dispositif selon la revendication 1,
    caractérisé en ce que ladite matière isolante (R) consiste en du verre ou en une matière plastique transparente présentant deux faces opposées contre lesquelles sont disposés les deux circuits (E1, E2) du dispositif de couplage.
  3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2,
    caractérisé en ce qu'il est de type électromagnétique, et en ce que chacun des circuits de couplage comprend une bobine (E1, E2) accordée à la fréquence des signaux à transmettre.
  4. Dispositif selon la revendication 3,
    caractérisé en ce que chacune des susdites bobines (E1, E2) est incluse dans un circuit de filtrage passe haut ou passe bande (L1, L2, C1, C2, C'1, C'2) qui présente une impédance minimum à la fréquence des susdits signaux.
  5. Dispositif selon la revendication 3,
    caractérisé en ce que chacune des bobines (E1, E2) est réalisée par enroulement d'un fil conducteur autour d'un noyau de ferrite (N1, N2).
  6. Dispositif selon la revendication 5,
    caractérisé en ce que les deux bobines (E1, E2) sont axées parallèlement l'une par rapport à l'autre et sont respectivement montées sur deux disques de circuit imprimé coaxiaux (D1, D2) axés perpendiculairement aux bobines (E1, E2), ces disques portant chacun les composants du circuit de filtrage.
  7. Dispositif selon la revendication 6,
    caractérisé en ce que les deux disques de circuit imprimé (D1, D2) sont logés dans deux manchons tubulaires (M1, M2) disposés coaxialement, l'un en regard de l'autre et séparés l'un de l'autre par une rondelle (R) réalisée en une matière transparente électriquement isolante.
  8. Dispositif selon la revendication 7,
    caractérisé en ce que les bords en regard des manchons (M1, M2) sont collés sur les faces opposées de la rondelle, tandis que les disques de circuit imprimé sont solidarisés l'un à l'autre grâce à des vis (V1, V2) en matière isolante passant par des orifices coaxiaux prévus dans la rondelle (R) et dans lesdits circuits imprimés (D1, D2).
  9. Dispositif selon la revendication 8,
    caractérisé en ce que l'écartement entre les circuits imprimés (D1, D2) et la rondelle (R) est imposé par des entretoises tubulaires (ET) par lesquelles passent les vis (V1, V2).
  10. Dispositif selon la revendication 3,
    caractérisé en ce que les bobines comprennent chacune un enroulement (E'1, E'2) réalisé autour du noyau central de pots de ferrite (PF1, PF2), de section en forme de E.
  11. Dispositif selon la revendication 10,
    caractérisé en ce que lesdits pots (PF1, PF2) sont disposés coaxialement en regard l'un de l'autre du côté opposé à leurs fonds (FD1, FD2) et sont séparés l'un de l'autre par un disque en matière transparente (DT).
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