WO2006008381A1 - Procede et dispositif de transmission d'une information via un reseau de distribution d’electricite - Google Patents

Procede et dispositif de transmission d'une information via un reseau de distribution d’electricite Download PDF

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WO2006008381A1
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voltage
control signal
switch
pulse
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PCT/FR2005/001534
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Paul Bertrand
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Watteco
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Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for transmitting information via an electricity distribution network.
  • the power line has been used for many years as a means of low-speed data transmission, particularly in home automation applications, for remotely controlling electrical equipment (eg electric shutters).
  • Known data transmission methods consist in injecting into the network a carrier signal which is modulated in an appropriate manner to convey data.
  • the disadvantage of these methods is to require the injection of such a carrier signal. They are therefore intrusive and disruptive, and complex to implement.
  • the present invention provides a method for transmitting information via an electricity distribution network that is less intrusive and less disruptive than known methods.
  • the targeted applications include the transmission of binary data but also the transmission of non-binary information, for example a series of pulses having a predetermined profile for identifying an electrical device without requiring a reconstruction of the information in binary form. .
  • any apparatus or electrical element including motor, pump, transformer, light bulb, electrical or electronic circuit, generates at its power on and off a high frequency spurious signal having an electromagnetic origin .
  • This signal being of very short duration, it forms a high frequency spurious pulse emitted naturally by the electric element.
  • Such a parasitic pulse forms a kind of unique signature that is representative of the electrical apparatus and its location on the electricity distribution network.
  • patent EP 1 136 829 proposes to detect and analyze the high frequency pulses transmitted on the network by electrical devices, in order to identify the devices that are powered on or off.
  • the aforementioned patent also teaches to provide a pulse synthesizer capable of providing a pulse replacing the parasitic pulse emitted naturally when it is of an amplitude too small to be validly detected. Also contemplated is the use of a pulse synthesizer for transmitting a sequence of pulses comprising a determined number of pulses forming a single signature.
  • a pulse synthesizer capable of transmitting a series of pulses comprises, for example, a pulse generator HF switch, an HF oscillator, a logic circuit and an output transformer.
  • the HF oscillator provides a high frequency switching signal of the RF switch.
  • the logic circuit provides a coded signal which is mixed with the switching signal to obtain a control signal of the switch.
  • the output transformer allows to reinject into the electricity distribution network the sequences of artificially reconstituted HF pulses.
  • the present invention provides for transmitting information on a power distribution network without using a pulse synthesizer.
  • the present invention provides for transmitting information using the high frequency spurious pulses naturally emitted by an electrical element when it is connected or disconnected from the network.
  • the electrical element is connected to the network by a switch and the switch is controlled by a control signal representative of the information to be transmitted.
  • the high frequency spurious pulses emitted by the electrical element are the image of the control signal which is itself the image of the information to be transmitted.
  • the duration of such pulses, of electromagnetic origin, is very small and is independent of the time flowing between the closing and opening of the switch, which can be significantly longer.
  • the electrical energy to be applied to the network can on the contrary be very low or almost zero (within the limits of the laws of physics and inductive phenomena) because it is not a voltage or current pulse energy carrier that is detected, but a high frequency spurious pulse that accompanies the connection or disconnection of the electrical element.
  • high frequency spurious pulses may be unintentionally transmitted simultaneously with the emission of voltage or current pulses, but such unintentionally transmitted spurious pulses are not used as transmission means of information and are therefore not detected as such.
  • document GB 1 153 908 describes a method of data transmission consisting of discharging a capacitor 4 into the electrical network (see page 2 lines 55-121, FIGS. 1 to 3) and detecting the superimposed discharge pulses. at the alternating voltage of the network.
  • US 4,090,184 also discloses a method of data transmission by capacitor discharge (see column 17 lines 22-34) and detection of discharge pulses.
  • US 5,614,811 also discloses a capacitor discharge data transmission method (see claim 1, last line).
  • this method is disruptive for the electrical network since the capacitor is discharged at times when the AC voltage passes through zero (see Fig. 7, column 3 line 61 to column 4 line 16).
  • GB 2,008,299 also discloses a capacitor discharge data transmission method (see claim 1, last line, Fig. 1). In this process also, the capacitor can be discharged at times when the wave of the AC voltage passes through 0 (see Fig. 18, "signal pulses at zero crossing").
  • US 5,486,805 also discloses a method comprising emitting pulses by discharging a capacitor at the zero crossing of the AC voltage (see Figure 1).
  • US 2002/0024423 discloses a method of injecting coded data over an electrical network using a pseudo-noise code which is modulated by means of a pulse train of electrical energy without using a sinusoidal carrier. This method rests, as the previous ones, on the injection of energy into the electrical network and not on the use of natural parasitic impulses.
  • US Pat. No. 3,714,451 also describes the injection of energy pulses into an electrical network, by discharging a capacitor (see FIG. 2, FIGS. 4, 5, 7, claim 1).
  • Document WO 00/26679 describes a method for detecting the closing of a switch in which peaks of current are injected into a branch of a network (see FIG. 4) controlled by the switch.
  • Current injection is provided by a circuit (see Figures IA or IB) which cyclically discharges a capacitor (see 170 or 260).
  • the current pulses are of short duration in order to limit the appearance, in neighboring network branches, of induced current peaks.
  • the induced current peaks are thus of low amplitude and do not disturb the detection of the main current peak.
  • Detection of the main current peak is provided by a detector (see Fig. 2) which comprises a coil (L1) for detecting the current peak by induction.
  • An amplifier coupled to the coil electrically supplies a buzzer (351) that emits an audible signal when the user approaches the branch where the current peaks are injected.
  • the present invention provides a method of transmitting information through a power distribution network carrying a voltage, comprising the steps of: connecting an electrical element to the network via a switch means, the electrical element naturally emitting a high frequency spurious pulse when it is connected to the network by closing the switch means and / or when it is disconnected from the network by the opening of the switch means, applying to the switch means a shape control signal determined so that the electric element emits a predetermined sequence of high frequency spurious pulses at the rate of the control signal, and detects the high frequency spurious pulses and reconstruct the control signal.
  • the switch means is controlled by a data carrier control signal, so that high-frequency spurious data-carrying pulses are emitted at the rhythm of the control signal.
  • control signal is a coded signal.
  • the electricity distribution network carries an alternating voltage and the control signal is synchronized with the waveform of the alternating voltage, so that the switch is only closed when the alternating voltage is reached. found near its peak value.
  • the AC voltage is considered to be in the vicinity of its peak value when it has an amplitude at least equal to 50% of its peak value.
  • control signal is synchronized to the waveform of the AC voltage so that the switch is only open when the AC voltage is in the vicinity of zero.
  • the control signal is composed of closing / opening pulses of the constant duration switch means, each closing / opening pulse comprising a rising edge and / or a high level causing a change in the open state. or closed the switch and a falling edge and / or a low level causing an inverse change in the state of the switch.
  • the control signal comprises closing / opening pulses of a duration less than 1/8 of the period of the AC voltage.
  • the electrical element is a capacitor, a resistor, a light emitting diode or a combination of at least two of these elements.
  • spurious pulses are neutralized, rejected or ignored, and are not taken into account to reconstitute the control signal.
  • the detection of the spurious pulses comprises the production of an image signal of the voltage carried by the electricity distribution network, the high-pass filtering of the image signal, the sampling of the image signal according to a window of determined sampling, to obtain digital samples of the image signal, and the analysis of the samples of the image signal.
  • the invention also relates to a method for remotely measuring the local electrical consumption of an electrical appliance connected to an electricity distribution network carrying a determined voltage, comprising a step of measuring the electrical consumption of the device by means of an on-board current sensor, an emission step and a step of receiving information relating to the measured electrical consumption implemented in accordance with the method according to the invention.
  • the invention also relates to a method for identifying an electrical apparatus connected to an electricity distribution network carrying a determined voltage, comprising a step of transmitting a series of high frequency spurious pulses forming a code of identification of the apparatus, implemented in accordance with the method according to the invention.
  • the electrical apparatus is a circuit breaker, and the issuance of the identification code is triggered only when the circuit breaker has tripped.
  • the invention also relates to a device for transmitting and receiving information via a power distribution network carrying a voltage, comprising:
  • a device for transmitting pulses on the network comprising an electrical element and a switching means for connecting the element electricity to the electricity distribution network, the electrical element naturally emitting high frequency spurious pulses when it is connected to the network by closing the switch means and / or when it is disconnected from the network by the opening of the switch means , and means for applying to the switch means a shape control signal determined so that the electrical element emits a series of high frequency spurious pulses to the rhythm of the control signal, and
  • a device for receiving high frequency spurious pulses comprising means for reconstituting the control signal.
  • the device comprises means for supplying the switch means with a control signal carrying data.
  • the device comprises means for supplying the switch means with an encoded control signal.
  • the receiving device comprises means for monitoring the amplitude of the AC voltage, providing a pulse emission authorization signal having a value determined when the AC voltage is in the vicinity of its peak value, and means for closing the switch only when the pulse emission authorization signal has the determined value.
  • the monitoring means provide a pulse emission authorization signal having the determined value when the amplitude of the AC voltage is at least 50% of its peak value.
  • the monitoring means comprise a rectifier providing a single or full-wave rectified voltage whose amplitude is representative of the amplitude of the alternating voltage, and a comparator receiving on one input a reference voltage and on a another input the rectified voltage, providing the data transmission authorization signal.
  • the means for supplying the control signal provide a control signal composed of closing / opening pulses of the constant duration switch means, each pulse comprising a rising edge and / or a high level causing a change in the open or closed state of the switch and a front going down and / or a low level causing an inverse change in the state of the switch.
  • the means for supplying the control signal provide closing / opening pulses with a duration at least less than 1/8 of the period of the AC voltage.
  • the electrical element is a capacitor, a resistor, a light emitting diode or a combination of at least two of these elements.
  • the switch means is a triac, a MOS transistor or a relay.
  • control signal is provided by a microcontroller or a microprocessor.
  • the device for transmitting pulses comprises means for measuring current and is arranged to transmit in the form of high frequency spurious pulses information relating to a measured current.
  • the reception device comprises means for filtering, rejecting or ignoring spurious pulses in order not to take into account such pulses in the reconstitution of the control signal.
  • the reception device comprises means for providing an image signal of the alternating voltage, and means for high-pass filtering of the image signal, in order to extract the high frequency spurious pulses.
  • the receiving device comprises an antenna for detecting high frequency spurious pulses by using an electromagnetic component of the spurious pulses.
  • the receiving device comprises means for sampling the received signal, and means for analyzing the samples of the received signal, to detect the presence of high frequency spurious pulses.
  • the invention also relates to a circuit-breaker device having a closed state and an open state, and a pulse-emitting device according to the invention for transmitting a determined series of pulses when the circuit-breaker device is in the open state.
  • the device comprises a control switch which switches from the open state to the closed state when the circuit-breaker device switches from the closed state to the open state, and all or part of the pulse-emitting device is electrically powered via the control switch, so that the transmission device of pulse is inactive as long as the circuit breaker is in the closed state.
  • FIG. 1 represents the appearance of a high-frequency spurious pulse
  • FIG. 2 diagrammatically represents a device implementing the method according to the invention
  • FIG. 3A, 3B are timing diagrams generally illustrating the method according to the invention.
  • FIG. 3C represents the waveform of a voltage distributed by an electricity distribution network
  • FIGS. 3D and 3E are timing diagrams of signals illustrating a first embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 4A represents, with an expanded time scale, the waveform of a voltage distributed by an electricity distribution network
  • FIGS. 4B and 4C are timing diagrams of signals illustrating a second embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 5 is the electrical diagram of an exemplary embodiment of a device for transmitting pulses according to the invention.
  • FIG. 6 represents in the form of blocks another exemplary embodiment of a device for transmitting pulses according to the invention.
  • FIG. 7 shows in block form a circuit breaker according to 1'invention.
  • FIG. 1 represents the appearance of a parasitic pulse I naturally emitted by an electric element when it is powered up.
  • a parasitic pulse is independent of the electrical consumption of the electrical element and takes the form of a high frequency alternating wave train, typically of a frequency of the order of 20.
  • This parasitic pulse is a few hundred nanoseconds, typically 250 nanoseconds. Its amplitude U can range from ten millivolt up to a few volts (under a voltage of 220 volts) depending on the reactive component of the element and the power it absorbs. At the reception, because of the limitations of the bandwidth of the measuring channels (measuring equipment and distribution network), the collected pulses are wider and of the order of ten microseconds, or a spreading by a factor of 40%. initial impulse.
  • the present invention proposes to control the emission, by an electrical element, of high frequency spurious pulses, to obtain a series of pulses having a desired profile, instead of artificially reproducing such pulses.
  • FIG. 2 illustrates the method according to the invention.
  • An electrical element 1 is connected via a switch 2 to a power distribution network 3 carrying an alternating voltage Uac.
  • the network 3 is here single-phase and the electric element 1 is connected to the phase wire (PH) and the neutral wire (NL) of the network, the switch 2 being interposed between the phase wire and the corresponding terminal of the electric element.
  • the switch 2 comprises a control terminal to which is applied a control signal CS ensuring the control of the closing and opening of the switch.
  • the switch 2 is of any suitable type, for example a monostable switch normally open type (MOS or bipolar transistor, monostable relay ...) or a bistable switch (triac, bistable relay ).
  • the element 1 can be any type of electrical element producing parasitic pulses of desired shape (duration, amplitude, ...), for example a light bulb, a light-emitting diode (LED diode), a capacitor, a resistance of strong value or a combination of these elements.
  • the electrical element preferably has a high impedance to prevent the appearance of a high switching current on the network.
  • the control signal CS is a two-state signal "1" and "0", the "1" corresponding to a determined control voltage and the "0" corresponding to another determined control voltage, which can be the the the the the the control signal CS
  • the switch is closed (on) when the signal CS is at 1 (monostable switch) or when the signal CS goes from 0 to 1 (bistable switch) and when the switch is open (not running) when the signal CS is as 0 or goes from 1 to 0.
  • the CS signal may be applied directly to the control terminal of the switch or through an adaptation stage.
  • the signal CS thus represents, in the sense of the invention, the logic control signal of the switch. It can constitute the primary control signal of the switch, that is to say the signal that is actually applied to the control terminal of the switch, if it is compatible with the electrical characteristics of this control terminal .
  • the method according to the invention is based on the emission of high frequency pulses referred to herein and in the claims as “spurious" pulses, to distinguish them from artificially generated pulses.
  • the term "parasite” does not mean that the process according to the invention is a producer of pests and is therefore incompatible with the legislation aimed at regulating pollution on electricity networks.
  • the method according to the invention is less “intrusive” and less disruptive than conventional methods based on the injection into the electrical network of a carrier signal or the injection of capacitor discharge pulses.
  • FIG. 3A represents an example of any form of signal CS and FIG. 3B represents the amplitude, in Volt, of the high frequency spurious pulses produced on the network 3.
  • FIG. 3C represents the waveform of the voltage Uac at the moment where the spurious pulses are emitted.
  • the switch 2 becomes ON, the electrical element 1 receives the voltage Uac and a parasitic closing pulse II, 13, 15 (or pulse connection) is issued.
  • switch 2 goes into open state (OFF), element 1 is disconnected from the network and a parasitic opening pulse 12, 14, 16 (or pulse disconnect) is issued.
  • parasitic pulses here the parasitic opening (disconnection) pulses
  • parasitic opening (disconnection) pulses may have a lower amplitude than that of the parasite closing pulses and not exceeding 10% of the amplitude of the parasitic closing pulses.
  • the parasitic closure pulse II is maximum because it is transmitted at a time t1 when the voltage Uac is equal to its peak value Umax (a parasitic pulse of same amplitude would be obtained with the peak value -Umax).
  • the parasitic closing pulses 13 ,, 15 are emitted at times t3, t5 where the voltage Uac has a low amplitude, and have a much smaller amplitude than that of the pulse II.
  • the parasitic opening pulse 14 is emitted at a time t4 when the voltage Uac is lower than its peak value Umax or -Umax, and has a smaller amplitude than that of the parasitic opening pulse 12.
  • the parasitic opening pulse 12 although emitted at a time t2 where the voltage Uac is maximum (under the same conditions) , has a significantly lower amplitude than the parasitic pulse II.
  • the parasitic opening pulse 16 is emitted at a time t6 where the voltage Uac is maximum (-Umax) and has a greater amplitude than those of the closing parasitic pulses 13, 15 which are transmitted under unfavorable conditions, and this despite the fact that the latter would be of greater amplitude if they were issued under the same conditions.
  • the parasitic opening impulses are not considered here as "exploitable”, having a too small amplitude relative to the parasitic closing pulses. So, these impulses are neutralized on transmission, or rejected on reception in a manner described below.
  • the closing parasitic pulses are emitted when the voltage Uac is close to the maximum value, that is to say when the voltage Uac has an amplitude greater than or equal to x% of the value Umax, x being a parameter to define experimentally and preferably at least 50.
  • FIGS. 3D and 3E illustrate a first embodiment of the method in which the parasitic opening pulses are neutralized on transmission.
  • FIG. 3D represents the shape of the signal CS and
  • FIG. 3E represents the amplitude of the pulses obtained.
  • the signal CS is synchronized with the waveform of the voltage Uac, represented in FIG. 3C. More particularly, the signal CS goes to 1 when the voltage Uac is equal to Umax or -Umax and goes to 0 when the voltage Uac is zero. In other words, the switch 2 goes from the closed state to the open state when the voltage Uac is zero and the opening parasitic pulses are never transmitted, as appears in Figure 3E.
  • the amplitude of the parasite closing pulses is maximum since the switch is closed only at the moments when the voltage Uac is maximum.
  • the signal profile CS represented in FIG. 3 is of course only a template determining the authorized times for closing and opening of the switch 2.
  • various series of pulses each having a specific profile can be emitted, each profile that can be assigned to the identification of a specific electrical device, as envisaged by EP 1136 829 but using synthetic pulses.
  • this template is used to transmit data.
  • DTx data to be transmitted possibly in coded form, are applied to a circuit 4 which supplies the control signal CS while monitoring the voltage Uac.
  • the sending of data can be done bit by bit or in the form of a frame comprising for example a start bit and 8 data bits, and possibly a signature field, for example a parity bit.
  • a closing of the switch 2 ie the emission of a spurious pulse
  • the absence of closing of the switch at the moment imposed by the template, ie no parasitic pulse corresponds to the sending of a bit to 0.
  • the period T of the voltage Uac is 20 ms, so that 100 spurious pulses (ie 100 uncoded bits) can be sent in one second. Although this pulse rate is slow, it is sufficient for some applications of identification or data transmission, including an application to the management of a public lamp post park described below.
  • a second embodiment of the method is provided for sending data or pulse trains with a higher rate.
  • This embodiment is illustrated by FIGS. 4A, 4B, 4C.
  • the parasitic closing pulses are not neutralized on transmission and are ignored on reception, thanks to an appropriate setting of a detection threshold.
  • a threshold U1 close to the peak value Umax is chosen, for example a threshold equal to 0.66 Umax.
  • this threshold makes it possible to define two transmission authorization time windows TW1, TW2 at each half-period T / 2 of the voltage Uac.
  • the window TW1 includes the values of the voltage Uac positive and greater than Ul and the window TW2 includes the values of the voltage Uac negative and lower than -Ul (ie greater than Ul in absolute value).
  • Figure 4B shows the template of the control signal CS.
  • This includes closing / opening pulse trains that are applied to the switch 2 within each time window TW1, TW2.
  • each closing / opening pulse causes the transmission on the network of two high frequency spurious pulses, namely a parasitic closing pulse on the rising edge of the closing / opening pulse and a spurious pulse of opening on the falling edge of the closing / opening pulse.
  • the parasitic opening pulses are of a much lower amplitude than that of the closing parasitic pulses and are intended to be filtered on reception.
  • the duration of windows TW1, TW2 is of the order of 6 to 7 ms and the number of closing / opening pulses that can be sent is high.
  • the minimum duration of each closing / opening pulse must be at least twice the duration of the spurious pulses, ie of the order of 10 to 20 microseconds.
  • each time window may contain about 300 closing / opening pulses and thus offers a high data rate relative to the first embodiment of the method of the invention, of the order of 30000 pulses per second.
  • the data can be sent in raw form, a bit then corresponding to a pulse, or in coded form by any appropriate coding protocol, a bit then corresponding to several pulses.
  • the coded or non-coded data may be sent in the form of individual bits or in the form of a frame comprising a frame start field, a data field, and possibly an end-of-frame field that may comprise a CRC type check field or a check field. parity.
  • the emission of high frequency spurious pulses may be provided only once per period instead of twice per period, for example when the voltage Uac is equal to + Umax (first embodiment) or is greater to + Ul (second embodiment).
  • FIG. 2 also diagrammatically shows two exemplary embodiments of pulse detectors 10 and 15 according to the invention.
  • the detector 10 is an inductive reception device whose operating principle has already been described in EP 1 136 829. It comprises an input transformer for extracting from the voltage Uac an image signal which is analyzed to detect the high frequency spurious pulses. .
  • the transformer may simply be formed by a coil 11 arranged around the phase wire (PH) of the network, at a source point of the current distribution, for example near an electric meter. The coil provides the image signal that is applied to a high pass filter 12 to suppress its low frequency AC component.
  • sample hold AD converter sample hold analog digital converter 13
  • the filter output is applied to a sample-and-hold analog digital converter 13 ("sample hold AD converter ") which provides digital samples of the filtered voltage Uac, in synchronization with a sampling period defining an observation window
  • the choice of the sampling period and the duration of the observation window depends on the period of emission of the high frequency spurious pulses, ie the period between two closing / opening pulses If the spurious pulses are transmitted with a high frequency, according to the second embodiment of the method of the invention, the window of observation is chosen short enough to obtain a fineness of analysis for differentiating the pulses within the trains of pulses emitted.
  • the analysis of the samples of the voltage Uac is provided by an analysis circuit 14, generally a specific logic circuit, which analyzes the amplitude of the received samples and detects the pulses of an amplitude greater than the rejection threshold parasitic closing pulses, to retain only the parasitic opening pulses.
  • the circuit 14 thus reconstructs the control signal CS, and also der
  • the detector 15 is a non-contact device comprising an antenna 16, an antenna amplifier 17 and a high-pass filter 18 for eliminating the signals of lower frequency than the pulses to be detected.
  • This embodiment of a pulse detector according to the invention is based on the fact that the pulses High-frequency noise can be found both as electrical impulses on the network and as electromagnetic impulses that can be detected in the same way as any radio frequency signal.
  • the detector 15 is preferably arranged near the pulse transmitter equipment, for example in the premises where the equipment is installed.
  • FIG. 5 represents a simple and inexpensive embodiment of a device 20 for transmitting pulses according to the invention, intended to be embedded in devices or in electrical equipment.
  • the device 20 comprises two terminals T1, T2 for connection to the electricity distribution network 3, a switching circuit 30, a the
  • the terminal T1 is connected to the phase wire (PH) and the terminal T2 connected to the neutral wire
  • the switching circuit 30 comprises an electric element 31, here a capacitor, and a switch 32.
  • the switch 32 is for example a triac or a MOS transistor (a triac being shown in Figure 5).
  • the switch 32 has a terminal connected to the terminal T1, another terminal connected to a terminal of the capacitor 31, and a control terminal
  • the power supply circuit 40 comprises a diode rectifier bridge 41 having two input terminals connected to the terminals II, 12 via resistors 42, 43, a terminal connected to ground and an output terminal providing a rectified voltage.
  • the voltage Ur is applied to an input of a regulator block 46 which is connected to ground via an overvoltage clipping diode 44 and a smoothing capacitor 45.
  • the output of FIG. Regulator block 46 is connected to a stabilizing capacitor 47 and supplies a supply voltage Vcc to circuits 50, 60.
  • the monitoring circuit 50 comprises a diode rectifier bridge 51 having two input terminals connected to the terminals II, 12 via resistors 52, 53, respectively, a grounded terminal and an output terminal providing a voltage rectified double alternation Ur 1 .
  • the rectified voltage Ur ' is applied to the positive input of a differential amplifier 56 which is connected to ground via an overvoltage clipping diode 54 and a load resistor 55.
  • the input negative of the amplifier 56 receives a reference voltage Vref provided by the midpoint of a potentiometer 57 whose anode receives the voltage Vcc and whose cathode is grounded.
  • the differential amplifier 56 operating here as a comparator, provides an ENB ("Enable") signal which is at 1 (Vcc) when the full-wave rectified voltage Ur 'is greater than the reference voltage Vref, and is at 0 (mass ) on the other hand.
  • ENB Enable
  • the monitoring circuit 50 may comprise only a half-wave rectifier if it is expected that pulses are emitted only on one of the two half-periods of the voltage Uac.
  • the circuit 60 supplies the control signal CS applied to the control terminal of the switch 32.
  • the circuit 60 comprises a microcontroller 61 at low cost, incorporating on the same silicon chip a microprocessor and its input / output ports PO , P1, P2, P3 ..., a program memory, data memories, a crystal oscillator ...
  • the port PO receives the signal ENB
  • the port P1 supplies the control signal CS
  • the ports P2 P3 are , optionally, used as communication ports of the microcontroller for test, maintenance, programming, ... and are connected to auxiliary terminals AT1, AT2 of the device 20.
  • the microcontroller detects the transition to 1 of the signal ENB by polling the port PO or interrupt declared on this port.
  • the port P1 drives the switch 32 via an adapter stage comprising a control block 62 and a transistor 63.
  • the control block 62 has an output connected to the control terminal of the switch 32 and an input connected to the collector of transistor 63, whose emitter is connected to ground and whose base receives the control signal CS.
  • the device 20, once embedded in an electrical apparatus, is usable for transmitting data or, more simply, for transmitting a series of non-data carrying pulses having a predetermined invariable profile, serving for example for the identification of the 'electrical appliance.
  • the circuit 60 may be a logic circuit of a rudimentary architecture, comprising a synchronization input receiving the signal ENB and providing the control signal CS.
  • the device 20 can thus be the subject of various applications.
  • An example of application is the control of lampposts in an agglomeration.
  • each lamp is equipped with such a device and cyclically sends information about its on or off status.
  • This information can be sent at a low rate according to the first embodiment of the method of the invention, since it has no urgency and can be processed over periods of time of several minutes.
  • hundreds of streetlights can be equipped with devices according to the invention.
  • 60 streetlights can emit information in one minute.
  • a reception unit arranged at a source point of the urban electricity distribution network or at a branch node is sufficient to receive the information sent by a plurality of streetlights.
  • the pulse emitting device according to the invention may also be the subject of various embodiments depending on the intended applications.
  • FIG. 6 shows a device 20 'which comprises, in addition to the circuits 30, 40, 50 and 60 which have just been described, a current sensor 70 connected to a measurement circuit 71.
  • the measurement circuit 71 sends to the circuit 60 of the data relating to current measurements made by means of the sensor 70.
  • the microcontroller of the device 60 analyzes the results of the measurements and decides to send them or not according to what is provided in the application program loaded into its memory program.
  • This program may for example provide that the microcontroller sends on the network information relating to the current measured only when it passes from 0 to a non-zero value, then moves from one consumption section to another, for example from the slice ranging from 0 to 1 A to the range of 1 to 2 A, the range from 1 to 2 A to the range of 2 to 3 A, etc.
  • This information can take the form of an eight-bit word (byte) having a first value when the measured current changes from 0 to a non-zero value, then a second value when the current changes from 0-1 A to the slice 1-2 A, etc.
  • an application makes it possible to perfect the method for measuring the electrical consumption of electrical appliances described in EP 1136829. Indeed, when the current goes from 0 to a non-zero value, the transmission of the first byte makes it possible to identify on the the device or device group that is powered on. Next, the emission of bytes in relation to the consumption slice change makes it possible to confirm the consumption and location measurements made on the network in the manner proposed by EP 1136 829.
  • circuit breakers grouped together in electrical cabinets, whose closed (latched) or open (tripped) state must be monitored.
  • breakers have been developed in the state of the art equipped with a control switch which, by means of a mechanical actuator, switches from the open state to the closed state when the circuit breakers switch off.
  • the circuit breakers arranged in large numbers in electrical cabinets each have a witness switch connected by two wires to a centralizer, which monitors the state of the circuit breakers for the detection of power outages.
  • the present invention proposes to eliminate the amounts of electrical son connecting the control switches to the centralizer, by boarding a circuit breaker a device according to the invention which is arranged to monitor the state of the circuit breaker and send information when the circuit breaker is in the circuit breaker. open state.
  • This information may for example consist in a circuit breaker identification code, whose only transmission means that the circuit breaker has tripped.
  • FIG. 7 represents an exemplary embodiment of a circuit breaker 90 according to the invention, comprising a combination of a conventional circuit breaker 80 and a device 20 according to the invention.
  • the structure of the device 20 is identical to that described with reference to FIG. 5 and will not be described again.
  • the circuit breaker 80 comprises input terminals T3, T4 connected to the phase and neutral wires of the upstream portion of the electricity distribution network, and output terminals T5, T6 connected to the phase and neutral wires of the downstream part of the electricity distribution network.
  • the circuit breaker 80 also comprises control terminals T7, T8 connected to the terminals of a 81.
  • the terminals T1 and T2 of the device 20 are connected to the terminals T3 and T4 of the circuit breaker 80 so that the device 20 is electrically powered when the circuit breaker is in the open state.
  • the detection by the device 20 of the state of the circuit breaker 80 is ensured here by means of the control switch.
  • the microcontroller of the control circuit 60 may comprise two input / output ports connected to the terminals T7, T8 to cyclically monitor the on or off state of the control switch.
  • this solution has the disadvantage that the device 20 must be permanently energized, and involves an electrical consumption.
  • an advantageous solution, shown in FIG. 7, is that the supply voltage Vcc supplied by the circuit 40 is applied to the monitoring circuit 50 and to the control circuit 60 by means of the control switch 81.
  • the Device 20 remains off as long as the circuit breaker is in the on state.
  • the control switch 81 closes, the circuits 50, 60 are electrically powered and the control circuit 60 "implicitly knows, when turned on, that information must be transmitted on the electrical network.
  • the control circuit 60 is simply programmed to, when undervoltage, emit a series of pulses to identify the circuit breaker.
  • the integration of the device 20 in a circuit breaker 80 to obtain the circuit breaker 90 according to the invention involves a small increase in the cost price of the circuit breaker, and in return saves significant cabling savings due to the elimination of electrical wires connecting the centralizer and the circuit breakers.
  • a pulse receiver of the type described above allows for a wireless centralizer capable of handling hundreds of circuit breakers and providing in real time an indication on circuit breakers in the tripped state.
  • the present invention is susceptible of various other embodiments and applications.
  • various applications of the method of the invention have been described to an electrical network carrying an alternating voltage
  • the present invention is also applicable to DC networks, including 400V DC networks used in industry or on board ships, 200V DC networks, including 12V DC low voltage networks in motor vehicles.
  • the method according to the invention can be used to cause a vehicle body (for example a car headlight) to transmit information concerning its state (on, off, out of service, etc.).
  • a vehicle body for example a car headlight
  • the monitoring of the waveform of the voltage carried by the network is no longer necessary since this voltage, being continuous, always has an optimum value for the emission of high frequency spurious pulses. .
  • the invention being based on a phenomenon little studied so far, it is up to those skilled in the art to complete the teaching just described by experimental observations.
  • complementary experiments have revealed that the amplitude of the parasitic connection pulses may be equal to or even greater than that of the disconnection spurious pulses.
  • a low-value resistor for example a few ohms, which is cyclically connected to the network with a very short connection time, for example a few microseconds, and which is thus traversed by a high current, for example several amperes, which does not disturb the network because of its short duration.
  • the amplitude of the spurious pulses emitted when the resistance is disconnected from the network is substantially greater than that of the spurious pulses emitted when the resistor is connected to the network.
  • the disconnection pulses can also be used as means for transmitting information, instead of the connection pulses.
  • the pulses of both types, of connection and disconnection can both be detected to obtain redundant pulse detection information for reconstructing the control signal with increased reliability.

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Abstract

L'invention concerne un procédé pour émettre une suite prédéterminée d'impulsions (I1, I2, I3) sur un réseau (3) de distribution d'électricité véhiculant une tension déterminée (Uac), dans lequel les impulsions sont des impulsions parasites haute fréquence émises naturellement par un élément électrique (1) qui est relié au réseau de distribution par un moyen interrupteur (2), le moyen interrupteur étant piloté par un signal de contrôle (CS), de sorte que les impulsions parasites haute fréquence sont émises au rythme du signal de contrôle. Selon un mode de réalisation, le signal de contrôle est porteur de données, de sorte que des impulsions parasites haute fréquence porteuses de données sont émises au rythme du signal de contrôle.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRANSMISSION D'UNE INFORMATION VIA UN RESEAU DE
DISTRIBUTION D1KT1ECTRICITE
La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour transmettre -une information par l'intermédiaire d'un réseau de distribution d'électricité.
La ligne électrique est utilisée depuis de nombreuses années comme moyen de transmission de données à faible débit, notamment dans les applications domotiques, pour contrôler à distance des équipements électriques (par exemple des volets électriques) . Les procédés de transmission de données connus consistent dans l'injection, dans le réseau, d'un signal de porteuse qui est modulé d'une manière appropriée pour véhiculer des données. L'inconvénient de ces procédés est de nécessiter l'injection d'un tel signal de porteuse. Ils sont donc intrusifs et perturbateurs, et complexes à mettre en oeuvre.
La présente invention vise un procédé pour la transmission d'une information via un réseau de distribution d'électricité qui soit moins intrusif et moins perturbateur que les procédés connus. Les applications visées sont notamment la transmission de données binaires mais également la transmission d'une information non binaire, par exemple une suite d'impulsions ayant un profil prédéterminé permettant d'identifier un appareil électrique sans nécessiter une reconstruction de l'information sous forme binaire.
Comme exposé dans le brevet EP 1136829, tout appareil ou élément électrique, notamment moteur, pompe, transformateur, ampoule électrique, circuit électrique ou électronique, génère à sa mise sous tension et à sa mise hors tension un signal parasite haute fréquence ayant une origine électromagnétique. Ce signal étant de très courte durée, il forme une impulsion parasite haute fréquence émise naturellement par l'élément électrique. Une telle impulsion parasite forme une sorte de signature unique qui est représentative de l'appareil électrique et de sa localisation sur le réseau de distribution d'électricité. Ainsi, le brevet EP 1 136 829 propose de détecter et d'analyser les impulsions haute fréquence émises sur le réseau par des appareils électriques, afin d'identifier les appareils qui sont mis sous tension ou hors tension. Le brevet précité enseigne également de prévoir un synthétiseur d'impulsions capable de fournir une impulsion se substituant à l'impulsion parasite émise naturellement lorsque celle-ci est d'une amplitude trop faible pour être valablement détectée. Est également envisagée l'utilisation d'un synthétiseur d'impulsions pour émettre une suite d'impulsions comprenant un nombre d'impulsions déterminé formant une signature unique.
Classiquement, un synthétiseur d'impulsions capable d'émettre une suite d'impulsions comprend par exemple un interrupteur HF générateur d'impulsions, un oscillateur HF, un circuit logique et un transformateur de sortie. L'oscillateur HF fournit un signal haute fréquence de commutation de l'interrupteur HF. Le circuit logique fournit un signal codé qui est mélangé avec le signal de commutation pour obtenir un signal de contrôle de l'interrupteur. Le transformateur de sortie permet de réinjecter dans le réseau de distribution d'électricité les suites d'impulsions HF artificiellement reconstituées.
Toutefois, un tel synthétiseur d'impulsions présente un prix de revient et un encombrement qui ne ,sont pas négligeables dans le contexte des applications visées, lesquelles concernent les marchés de masse et exigent des prix de revient très faibles.
Ainsi, la présente invention prévoit de transmettre une information sur un réseau de distribution d'électricité sans utiliser un synthétiseur d'impulsions.
Plus particulièrement, la présente invention prévoit de transmettre une information en utilisant les impulsions parasites haute fréquence émises naturellement par un élément électrique lorsque celui- ci est connecté ou déconnecté du réseau. A cet effet, l'élément électrique est relié au réseau par un interrupteur et l'interrupteur est piloté par un signal de contrôle représentatif de l'information à transmettre. Ainsi, les impulsions parasites haute fréquence émises par l'élément électrique sont l'image du signal de contrôle qui est lui-même l'image de l'information à transmettre. La durée de telles impulsions, d'origine électromagnétique, est très faible et est indépendante du temps s'écoulant entre la fermeture et l'ouverture de l'interrupteur, qui peut être nettement plus long.
Dans l'art antérieur, on a déjà proposé divers procédés de transmission de données basés sur l'émission d'impulsions dans un réseau de distribution d'électricité. Il s'agit généralement d'impulsions de tension ou de courant générées par la décharge d'un condensateur, la durée de la décharge formant la durée de l'impulsion. Ces impulsions de tension ou de courant sont directement injectées dans le réseau au moyen d'un interrupteur ou sont injectées par couplage inductif. Pour être détectées, elles nécessitent l'injection dans le réseau d'une énergie électrique non négligeable.
Avec l'invention, l'énergie électrique devant être appliquée au réseau peut au contraire être très faible voire quasiment nulle (dans la limite des lois de la physique et des phénomènes inductifs) car ce n'est pas une impulsion de tension ou de courant porteuse d'énergie qui est détectée, mais une impulsion parasite haute fréquence qui accompagne la connexion ou la déconnexion de l'élément électrique.
Dans l'art antérieur, des impulsions parasites haute fréquence sont peut-être involontairement émises simultanément à l'émission d'impulsions de tension ou de courant, mais de telles impulsions parasites émises involontairement ne sont pas utilisées en tant que moyen de transmission d'information et ne sont donc pas détectées en tant que telles.
Ainsi, le document GB 1 153 908 décrit un procédé de transmission de données consistant à décharger un condensateur 4 dans le réseau électrique (Cf. page 2 lignes 55-121, figures 1 à 3) et à détecter les impulsions de décharge qui se superposent à la tension alternative du réseau.
Le document US 4 090 184 décrit également un procédé de transmission de données par décharge de condensateur (Cf. colonne 17 lignes 22-34) et détection des impulsions de décharge.
Le document US 5 614 811 décrit également un procédé de transmission de données par décharge de condensateur (Cf. revendication 1, dernière ligne) . De plus, ce procédé est perturbateur pour le réseau électrique puisque le condensateur est déchargé à des moments où la tension alternative passe par zéro (Cf. fig. 7, colonne 3 ligne 61 à colonne 4 ligne 16) .
Le document GB 2 008 299 décrit également un procédé de transmission de données par décharge de condensateur 20 (Cf. revendication 1, dernière ligne, figure 1) . Dans ce procédé également, le condensateur peut être déchargé à des moments où l'onde de la tension alternative passe par 0 (Cf. fig. 18, "signal puises at zéro crossing") . Le document US 5 486 805 décrit également un procédé comprenant l'émission d'impulsions par décharge d'un condensateur au passage à zéro de la tension alternative (Cf. figure 1) .
Le document US 2003/0156014 décrit un procédé de transmission de données sur un réseau électrique utilisant une pluralité de fréquences sous-porteuses (Cf. paragraphe 011) qui sont injectées dans le réseau au moyen d'un circuit de couplage (Cf. 121, fig. 3) .
Le document US 2002/0024423 décrit un procédé d'injection sur un réseau électrique de données codées au moyen d'un code pseudo bruité qui est modulé au moyen d'un train d'impulsions d'énergie électrique sans utiliser une porteuse sinusoïdale. Ce procédé repose, comme les précédents, sur l'injection d'énergie dans le réseau électrique et non sur l'utilisation d'impulsions parasites naturelles.
Le document US 3 714 451 décrit également l'injection d'impulsions d'énergie dans un réseau électrique, par décharge d'un condensateur (Cf. 25a figure 2, figures 4, 5, 7, revendication 1) .
Le document WO 00 /26679 décrit un procédé de détection de la fermeture d'un interrupteur dans lequel on injecte des pics de courant dans une branche d'un réseau (Cf. figure 4) contrôlée par l'interrupteur. L'injection de courant est assurée par un circuit (Cf. figures IA ou IB) qui décharge cycliquement un condensateur (Cf. 170 ou 260) . Les impulsions de courant sont de courte durée afin de limiter l'apparition, dans des branches de réseau voisines, de pics de courants induits. Les pics de courant induits sont ainsi de faible amplitude et ne perturbent pas la détection du pic de courant principal. La détection du pic de courant principal est assurée par un détecteur (Cf. fig. 2) qui comporte une bobine (Ll) permettant de détecter le pic de courant par induction. Un amplificateur couplé à la bobine alimente électriquement un avertisseur sonore (351) qui émet un signal sonore lorsque l'utilisateur se rapproche de la branche où les pics de courant sont injectés.
Enfin, le document US 4 982 175 décrit un système de télémétrie qui injecte sur un réseau électrique des impulsions (Cf. 32, figure 3) provoquées par la décharge d'un condensateur (Cf. 26, figure 2) . Ces impulsions ne sont pas des impulsions parasites haute fréquence au sens de l'invention et sont détectées par induction au moyen de bobines (Cf. 41a à 42b, figure 6) . A±nsi, la présente invention prévoit un procédé de transmission d'une information par l'intermédiaire d'un réseau de distribution d'électricité véhiculant une tension, comprenant les étapes suivantes : relier un élément électrique au réseau par l'intermédiaire d'un moyen interrupteur, l'élément électrique émettant naturellement une impulsion parasite haute fréquence lorsqu'il est connecté au réseau par la fermeture du moyen interrupteur et/ou lorsqu'il est déconnecté du réseau par l'ouverture du moyen interrupteur, appliquer au moyen interrupteur un signal de contrôle de forme déterminée de manière que l'élément électrique émette une suite prédéterminée d'impulsions parasites haute fréquence au rythme du signal de contrôle, et détecter les impulsions parasites haute fréquence et reconstituer le signal de contrôle.
Selon un mode de réalisation, le moyen interrupteur est piloté par un signal de contrôle porteur de données, de sorte que des impulsions parasites haute fréquence porteuses de données sont émises au rythme du signal de contrôle.
Selon un mode de réalisation, le signal de contrôle est un signal codé.
Selon un mode de réalisation, le réseau de distribution d'électricité véhicule une tension alternative et le signal de contrôle est synchronisé à la forme d'onde de la tension alternative, de manière que l'interrupteur ne soit fermé que lorsque la tension alternative se trouve au voisinage de sa valeur crête.
Selon un mode de réalisation, la tension alternative est considérée comme au voisinage de sa valeur crête lorsqu'elle présente une amplitude au moins égale à 50% de sa valeur crête.
Selon un mode de réalisation, le signal de contrôle est synchronisé à la forme d'onde de la tension alternative de manière que l'interrupteur ne soit ouvert que lorsque la tension alternative se trouve au voisinage de zéro.
Selon un mode de réalisation, le signal de contrôle est composé d'impulsions de fermeture/ouverture du moyen interrupteur de durée constante, chaque impulsion de fermeture/ouverture comprenant un front montant et/ou un niveau haut provoquant un changement dans l'état ouvert ou fermé de l'interrupteur et un front descendant et/ou un niveau bas provoquant un changement inverse de l'état de l'interrupteur. Selon un mode de réalisation, le signal de contrôle comprend des impulsions de fermeture/ouverture d'une durée inférieure au l/8ième de la période de la tension alternative.
Selon un mode de réalisation, l'élément électrique est un condensateur, une résistance, une diode électroluminescente ou une combinaison d'au moins deux de ces éléments.
Selon un mode de réalisation, des impulsions parasites sont neutralisées, rejetées ou ignorées, et ne sont pas prises en compte pour reconstituer le signal de contrôle.
Selon un mode de réalisation, la détection des impulsions parasites comprend la production d'un signal image de la tension véhiculée par le réseau de distribution d'électricité, le filtrage passe haut du signal image, l'échantillonnage du signal image selon une fenêtre d'échantillonnage déterminée, pour obtenir des échantillons numériques du signal image, et l'analyse des échantillons du signal image.
L'invention concerne également un procédé de mesure à distance de la consommation électrique locale d'un appareil électrique connecté à un réseau de distribution d'électricité véhiculant une tension déterminée, comprenant une étape de mesure de la consommation électrique du dispositif au moyen d'un capteur de courant embarqué, une étape d'émission et une étape de réception d'une information relative à la consommation électrique mesurée mise en œuvre conformément au procédé selon l'invention.
L'invention concerne également un procédé d'identification d'un appareil électrique connecté à un réseau de distribution d'électricité véhiculant une tension déterminée, comprenant une étape d'émission d'une suite d'impulsions parasites haute fréquence formant un code d'identification de l'appareil, mise en œuvre conformément au procédé selon l'invention.
Selon un mode de réalisation, l'appareil électrique est un disjoncteur, et l'émission du code d'identification n'est déclenchée que lorsque le disjoncteur a disjoncté.
L'invention concerne également un dispositif d'émission et de réception d'une information via un réseau de distribution d'électricité véhiculant une tension, comprenant :
- un dispositif d'émission d'impulsions sur le réseau comprenant un élément électrique et un moyen interrupteur pour relier l'élément électriqμe au réseau de distribution d'électricité, l'élément électrique émettant naturellement des impulsions parasites haute fréquence lorsqu'il est connecté au réseau par la fermeture du moyen interrupteur et/ou lorsqu'il est déconnecté du réseau par l'ouverture du moyen interrupteur, et des moyens pour appliquer au moyen interrupteur un signal de contrôle de forme déterminée de manière que l'élément électrique émette une suite d'impulsions parasites haute fréquence au rythme du signal de contrôle, et
- un dispositif de réception des impulsions parasites haute fréquence comprenant des moyens de reconstitution du signal de contrôle.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend des moyens pour fournir au moyen interrupteur un signal de contrôle porteur de données.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend des moyens pour fournir au moyen interrupteur un signal de contrôle codé.
Selon un mode de réalisation prévu pour un réseau de distribution d'électricité véhiculant une tension alternative, le dispositif de réception comprend des moyens de surveillance de l'amplitude de la tension alternative, fournissant un signal d'autorisation d'émission d'impulsions ayant une valeur déterminée lorsque la tension alternative se trouve au voisinage de sa valeur crête, et des moyens pour ne fermer l'interrupteur que lorsque le signal d'autorisation d'émission d'impulsions présente la valeur déterminée.
Selon un mode de réalisation, les moyens de surveillance fournissent un signal d'autorisation d'émission d'impulsions ayant la valeur déterminée lorsque l'amplitude de la tension alternative vaut au moins 50% de sa valeur crête.
Selon un mode de réalisation, les moyens de surveillance comprennent un redresseur fournissant une tension redressée simple ou double alternance dont l'amplitude est représentative de l'amplitude de la tension alternative, et un comparateur recevant sur une entrée une tension de référence et sur une autre entrée la tension redressée, fournissant le signal d'autorisation d'émission de données.
Selon un mode de réalisation, les moyens pour fournir le signal de contrôle fournissent un signal de contrôle composé d'impulsions de fermeture/ouverture du moyen interrupteur de durée constante, chaque impulsion comprenant un front montant et/ou un niveau haut provoquant un changement dans l'état ouvert ou fermé de l'interrupteur et un front descendant et/ou un niveau bas provoquant un changement inverse de l'état de l'interrupteur.
Selon un mode de réalisation, les moyens pour fournir le signal de contrôle fournissent des impulsions de fermeture/ouverture d'une durée au moins inférieure au l/8ième de la période de la tension alternative.
Selon un mode de réalisation, l'élément électrique est un condensateur, une résistance, une diode électroluminescente ou une combinaison d'au moins deux de ces éléments.
Selon un mode de réalisation, le moyen interrupteur est un triac, un transistor MOS ou un relais.
Selon un mode de réalisation, le signal de contrôle est fourni par un microcontrôleur ou un microprocesseur.
Selon un mode de réalisation, le dispositif d'émission d'impulsions comprend des moyens de mesure de courant et est agencé pour émettre sous forme d'impulsions parasites haute fréquence une information relative à un courant mesuré.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de réception comprend des moyens pour filtrer, rejeter ou ignorer des impulsions parasites afin de ne pas prendre en compte de telles impulsions dans la reconstitution du signal de contrôle.
Selon un mode de réalisation prévu pour un réseau de distribution d'électricité véhiculant une tension alternative, le dispositif de réception comprend des moyens pour fournir un signal image de la tension alternative, et des moyens de filtrage passe-haut du signal image, pour en extraire les impulsions parasites haute fréquence.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de réception comprend une antenne pour détecter les impulsions parasites haute fréquence en utilisant une composante électromagnétique des impulsions parasites.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de réception comprend des moyens d'échantillonnage du signal reçu, et des moyens d'analyse des échantillons du signal reçu, pour détecter la présence d'impulsions parasites haute fréquence.
L'invention concerne également un dispositif disjoncteur présentant un état fermé et un état ouvert, et un dispositif d'émission d'impulsions selon l'invention, pour émettre une suite d'impulsions déterminée lorsque le dispositif disjoncteur est dans l'état ouvert.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend un interrupteur témoin qui bascule de l'état ouvert à l'état fermé lorsque le dispositif disjoncteur bascule de l'état fermé à l'état ouvert, et tout ou partie du dispositif d'émission d'impulsions est alimenté électriquement par l'intermédiaire de l'interrupteur témoin, de sorte que le dispositif d'émission d'impulsions est inactif tant que le disjoncteur est dans l'état fermé.
Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante du procédé selon l'invention et de divers exemples d'application décrits sous forme de dispositifs mettant en œuvre le procédé, faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
- la figure 1 représente l'aspect d'une impulsion parasite haute fréquence,
- la figure 2 représente schématiquement un dispositif mettant en œuvre le procédé selon l'invention,
- la figure 3A, 3B sont des chronogrammes illustrant de façon générale le procédé selon l'invention,
- la figure 3C représente la forme d'onde d'une tension distribuée par un réseau de distribution d'électricité,
- les figures 3D, 3E sont des chronogrammes de signaux illustrant un premier mode de réalisation du procédé selon l'invention,
- la figure 4A représente avec une échelle temporelle dilatée la forme d'onde d'une tension distribuée par un réseau de distribution d'électricité,
- les figures 4B, 4C sont des chronogrammes de signaux illustrant un second mode de réalisation du procédé selon l'invention,
- la figure 5 est le schéma électrique d'un exemple de réalisation d'un dispositif d'émission d'impulsions selon l'invention,
- la figure 6 représente sous forme de blocs un autre exemple de réalisation d'un dispositif d'émission d'impulsions selon l'invention, et
- la figure 7 représente sous forme de blocs un disjoncteur selon 1'invention.
La figure 1 représente l'aspect d'une impulsion parasite I émise naturellement par un élément électrique lors de sa mise sous tension. Une telle impulsion parasite est indépendante de la consommation électrique de l'élément électrique et prend la forme d'un train d'ondes alternatif haute fréquence, typiquement d'une fréquence de l'ordre de 20 l'
MHz. La durée de cette impulsion parasite est de quelques centaines de nanosecondes, typiquement 250 nanosecondes. Son amplitude U peut aller de la dizaine de millivolt jusqu'à quelques Volt (sous une tension de 220 Volt) selon la composante réactive de l'élément et la puissance qu'il absorbe. A la réception, en raison des limitations de la bande passante des canaux de mesure (appareillage de mesure et réseau de distribution) , les impulsions recueillies sont plus larges et de ordre de la dizaine de microsecondes, soit un étalement par un facteur 40 de l'impulsion initiale.
Comme cela est indiqué plus haut, la présente invention propose de contrôler l'émission, par un élément électrique, d'impulsions parasites haute fréquence, pour obtenir une suite d'impulsions ayant un profil recherché, au lieu de reproduire artificiellement de telles impulsions.
La figure 2 illustre le procédé selon l'invention. Un élément électrique 1 est relié par l'intermédiaire d'un interrupteur 2 à un réseau 3 de distribution d'électricité véhiculant une tension alternative Uac. Le réseau 3 est ici monophasé et l'élément électrique 1 est relié au fil de phase (PH) et au fil de neutre (NL) du réseau, l'interrupteur 2 étant interposé entre le fil de phase et la borne correspondante de l'élément électrique. L'interrupteur 2 comporte une borne de contrôle à laquelle est appliqué un signal de contrôle CS assurant le contrôle de la fermeture et de l'ouverture de l'interrupteur. L'interrupteur 2 est de tout type approprié, par exemple un interrupteur monostable de type normalement ouvert (transistor MOS ou bipolaire, relais monostable...) ou un interrupteur bistable (triac, relais bistable...).
L'élément 1 peut être tout type d'élément électrique produisant des impulsions parasites de forme souhaitée (durée, amplitude,...), par exemple une ampoule électrique, une diode électroluminescente (diode DEL) , un condensateur, une résistance de forte valeur ou une combinaison de ces éléments. L'élément électrique présente de préférence une forte impédance pour éviter l'apparition sur le réseau d'un courant de commutation élevé. L'élément électrique est par exemple un condensateur 250V de faible valeur (C) ayant une impédance Z élevée (Z=l/2πFC) à la fréquence (F) de la tension Uac, généralement 50 ou 60 Hz.
Le signal de contrôle CS est un signal à deux états "1" et "0", le "1" correspondant à une tension de contrôle déterminée et le "0" correspondant à une autre tension de contrôle déterminée, pouvant être l'l'l'l'
le potentiel de masse. Par convention, on considère que interrupteur est fermé (passant) lorsque le signal CS est à 1 (interrupteur monostable) ou lorsque le signal CS passe de 0 à 1 (interrupteur bistable) et que interrupteur est ouvert (non passant) lorsque le signal CS est à 0 ou passe de 1 à 0. Comme cela sera vu plus loin, le signal CS est susceptible d'être appliqué directement à la borne de contrôle de l'interrupteur ou par l'intermédiaire d'un étage d'adaptation. Le signal CS représente ainsi, au sens de l'invention, le signal de contrôle logique de l'interrupteur. Il peut constituer le signal de contrôle primaire de l'interrupteur, c'est-à-dire le signal qui est effectivement appliqué à la borne de contrôle de l'interrupteur, s'il est compatible avec les caractéristiques électriques de cette borne de contrôle.
En résumé, le procédé selon l'invention est basé sur l'émission d'impulsions haute fréquence désignées ici et dans les revendications comme étant des impulsions "parasites", pour les distinguer d'impulsions produites artificiellement. Toutefois, le terme "parasite" ne signifie pas que le procédé selon l'invention est producteur de parasites et se trouve de ce fait incompatible avec les législations visant à réglementer la pollution sur les réseaux électriques. Au contraire, en raison de la durée très brève des impulsions parasites le procédé selon l'invention est moins "intrusif" et moins perturbateur que les procédés classiques basés sur l'injection dans le réseau électrique d'un signal de porteuse ou l'injection d'impulsions de décharge de condensateur.
Les figures 3A, 3B, 3C illustrent plus en détail le procédé selon l'invention. La figure 3A représente un exemple de forme quelconque de signal CS et la figure 3B représente l'amplitude, en Volt, des impulsions parasites haute fréquence produites sur le réseau 3. La figure 3C représente la forme d'onde de la tension Uac au moment où les impulsions parasites sont émises. A chaque passage de l'état 0 à l'état 1 du signal CS, l'interrupteur 2 devient passant (ON), l'élément électrique 1 reçoit la tension Uac et une impulsion parasite de fermeture II, 13, 15 (ou impulsion de connexion) est émise. A chaque passage de l'état 1 à l'état 0 du signal CS, l'interrupteur 2 passe dans état ouvert (OFF) , élément 1 est déconnecté du réseau et une impulsion parasite d'ouverture 12, 14, 16 (ou impulsion de déconnexion) est émise. En observant conjointement les figure 3B et 3C, il apparaît que l'amplitude des impulsions parasites n'est pas constante et dépend, notamment, des moments où ces impulsions sont émises. Plus particulièrement, les observations expérimentales suivantes ont été faites :
- observation N°l : l'amplitude des impulsions parasites de fermeture ou d'ouverture dépend de l'amplitude de la tension Uac au moment où intervient la fermeture ou l'ouverture de l'interrupteur,
- observation N°2 : dans des conditions d'émission similaires, certaines impulsions parasites, ici les impulsions parasites d'ouverture (de déconnexion) , peuvent présenter une amplitude inférieure à celle des impulsions parasites de fermeture et n'excédant pas 10% de l'amplitude des impulsions parasites de fermeture.
Ainsi, conformément à l'observation N°l, il apparaît en figure 3B que l'impulsion parasite de fermeture II est maximale car elle est émise à un instant tl où la tension Uac est égale à sa valeur crête Umax (une impulsion parasite de même amplitude serait obtenue avec la valeur crête -Umax) . Par ailleurs., les impulsions parasites de fermeture 13,, 15 sont émises à des instants t3, t5 où la tension Uac présente une amplitude faible, et présentent une amplitude très inférieure à celle de l'impulsion II. De même l'impulsion parasite d'ouverture 14 est émise à un instant t4 où la tension Uac est inférieure à sa valeur crête Umax ou -Umax, et présente une amplitude inférieure à celle de l'impulsion parasite d'ouverture 12. Conformément à l'observation N0 2, il apparaît que l'impulsion parasite d'ouverture 12, bien qu'émise à un instant t2 où la tension Uac est maximale (soit dans les mêmes conditions), présente une amplitude nettement inférieure à celle de l'impulsion parasite II. Enfin, l'impulsion parasite d'ouverture 16 est émise à un instant t6 où la tension Uac est maximale (-Umax) et présente une amplitude supérieure à celles des impulsions parasites de fermeture 13, 15 qui sont émises dans des conditions défavorables, et ce malgré le fait que ces dernières seraient d'une amplitude supérieure si elles étaient émises dans les même conditions.
Dans un mode de réalisation de l'invention reposant sur ces observations, les règles suivantes sont appliquées :
1) les impulsions parasites d'ouverture ne sont pas considérées ici comme "exploitables", ayant une amplitude trop faible relativement aux impulsions parasites de fermeture. Ainsi, ces impulsions sont neutralisées à l'émission, ou rejetées à la réception d'une manière décrite plus loin.
2) les impulsions parasites de fermeture sont émises lorsque la tension Uac est proche de la valeur maximale, c'est-à-dire lorsque la tension Uac présente une amplitude supérieure ou égale à x% de la valeur Umax, x étant un paramètre à définir expérimentalement et de préférence au moins égal à 50.
Les figures 3D, 3E illustrent un premier mode de réalisation du procédé dans lequel les impulsions parasites d'ouverture sont neutralisées à l'émission. La figure 3D représente la forme du signal CS et la figure 3E représente l'amplitude des impulsions obtenues. Le signal CS est synchronisé à la forme d'onde de la tension Uac, représentée en figure 3C. Plus particulièrement, le signal CS passe à 1 lorsque la tension Uac est égale à Umax ou -Umax et passe à 0 lorsque la tension Uac est nulle. En d'autres termes, l'interrupteur 2 passe de l'état fermé à l'état ouvert lorsque la tension Uac est nulle et les impulsions parasites d'ouverture ne sont jamais émises, comme cela apparaît en figure 3E. Par contre, l'amplitude des impulsions parasites de fermeture est maximale puisque l'interrupteur n'est fermé qu'aux instants où la tension Uac est maximale.
Le profil de signal CS représenté en figure 3D ne constitue bien entendu qu'un gabarit déterminant les instants autorisés de fermeture et d'ouverture de l'interrupteur 2. Ainsi, diverses séries d'impulsions ayant chacun un profil propre peuvent être émises, chaque profil pouvant être affecté à l'identification d'un appareil électrique déterminé, comme cela était envisagé par EP 1136 829 mais en utilisant des impulsions de synthèse.
Selon un aspect de l'invention, ce gabarit est utilisé pour transmettre des données. Par exemple, comme illustré en figure 2, des données DTx à émettre, éventuellement sous forme codée, sont appliquées à un circuit 4 qui fournit le signal de contrôle CS tout en surveillant la tension Uac. L'envoi de données peut se faire bit à bit ou sous forme de trame comprenant par exemple un bit de start et 8 bits de données, et éventuellement un champ de signature, par exemple un bit de parité. En l'absence de codage, une fermeture de l'interrupteur 2 (soit l'émission d'une impulsion parasite) correspond à l'envoi d'un bit à 1, tandis que l'absence de fermeture de l'interrupteur au moment imposé par le gabarit, soit une absence d'impulsion parasite, correspond à l'envoi d'un bit à 0.
Dans un réseau 50Hz, la période T de la tension Uac est de 20 ms, de sorte que 100 impulsions parasites (soit 100 bits non codés) peuvent être envoyées en une seconde. Bien que ce débit d'impulsions soit lent, il est suffisant pour certaines applications d'identification ou de transmission de données, notamment une application à la gestion d'un parc de lampadaires publics décrite plus loin.
Un second mode de réalisation du procédé est prévu pour l'envoi de données ou de trains d'impulsions avec un débit plus élevé. Ce mode de réalisation est illustré par les figures 4A, 4B, 4C. Ici, les impulsions parasites de fermeture ne sont pas neutralisées à l'émission et sont ignorées à la réception, grâce à un réglage adéquat d'un seuil de détection. Pour déterminer les instants d'autorisation d'émission des impulsions parasites, un seuil Ul proche de la valeur crête Umax est choisi, par exemple un seuil égal à 0,66 Umax. Comme représenté en figure 4A, ce seuil permet de définir deux fenêtres temporelles d'autorisation d'émission TWl, TW2 à chaque demi-période T/2 de la tension Uac. La fenêtre TWl englobe les valeurs de la tension Uac positives et supérieures à Ul et la fenêtre TW2 englobe les valeurs de la tension Uac négatives et inférieures à -Ul (soit supérieures à Ul en valeur absolue) . La figure 4B représente le gabarit du signal de contrôle CS. Celui-ci comprend des trains d'impulsions de fermeture/ouverture qui sont appliqués à l'interrupteur 2 à l'intérieur de chaque fenêtre temporelle TWl, TW2. Comme cela apparaît en figure 4C, chaque impulsion de fermeture/ouverture provoque l'émission sur le réseau de deux impulsions parasites haute fréquence, soit une impulsion parasite de fermeture lors du front montant de l'impulsion de fermeture/ouverture et une impulsion parasite d'ouverture lors du front descendant de l'impulsion de fermeture/ouverture. Comme indiqué plus haut, les impulsions parasites d'ouverture sont d'une amplitude très inférieure à celle des impulsions parasites de fermeture et sont destinées à être filtrées à la réception.
Avec une tension Uac de fréquence 50 Hz, la durée des fenêtres TWl, TW2 est de l'ordre de 6 à 7 ms et le nombre d'impulsions de fermeture/ouverture pouvant être envoyé est élevé. Ainsi, si chaque impulsion de fermeture/ouverture provoque l'émission de deux impulsions parasites haute fréquence d'une durée de l'ordre de 10 microsecondes chacune (largeur d'impulsion à la réception, signal utile), la durée minimale de chaque impulsion de fermeture/ouverture doit au moins être égale à deux fois la durée des impulsions parasites, soit de l'ordre de 10 à 20 microsecondes. Dans ces conditions, en choisissant cette durée minimale d'impulsion en tant que gabarit, et sans tenir compte des limitations éventuelles de l'interrupteur en terme de fréquence de commutation, chaque fenêtre temporelle peut contenir environ 300 impulsions de fermeture/ouverture et offre ainsi un débit de données élevé relativement au premier mode de réalisation du procédé de l'invention, de l'ordre de 30000 impulsions par seconde.
Comme précédemment, les données peuvent être envoyées sous forme brute, un bit correspondant alors à une impulsion, ou sous forme codée par tout protocole de codage approprié, un bit correspondant alors à plusieurs impulsions. Les données codées ou non peuvent être envoyées sous forme de bits individuels ou sous forme de trame comprenant un champ de début de trame, un champ de données, et éventuellement un champ de fin de trame pouvant comprendre un champ de vérification de type CRC ou de parité.
Il apparaîtra clairement à l'homme de l'art que ce procédé est susceptible de diverses variantes de réalisation et applications. Par exemple, l'émission des impulsions parasites haute fréquence peut n'être prévue qu'une fois par période au lieu de deux fois par période, par exemple lorsque la tension Uac est égale à +Umax (premier mode de réalisation) ou est supérieure à +Ul (second mode de réalisation) .
La figure 2 représente également, de façon schématique, deux exemples de réalisation de détecteurs d'impulsions 10, 15 selon l'invention.
Le détecteur 10 est un dispositif à réception inductive dont le principe de fonctionnement a déjà été décrit dans EP 1 136 829. Il comprend un transformateur d'entrée pour extraire de la tension Uac un signal image qui est analysé pour détecter les impulsions parasites haute fréquence. Le transformateur peut être simplement formé par une bobine 11 agencée autour du fil de phase (PH) du réseau, à un point source de la distribution du courant, par exemple à proximité d'un compteur électrique. La bobine fournit le signal image qui est appliqué à un filtre passe haut 12 pour supprimer sa composante alternative basse fréquence. La sortie du filtre est appliquée à un convertisseur analogique numérique échantillonneur-bloqueur 13 ("sample hold AD converter") qui fournit des échantillons numériques de la tension Uac filtrée, en synchronisation avec une période d'échantillonnage définissant une fenêtre d'observation. Le choix de la période d'échantillonnage et de la durée de la fenêtre d'observation est fonction de la période d'émission des impulsions parasites haute fréquence, soit la période entre deux impulsions de fermeture/ouverture. Si les impulsions parasites sont émises avec une fréquence élevée, conformément au second mode de réalisation du procédé de l'invention, la fenêtre d'observation est choisie suffisamment courte pour l'obtention d'une finesse d'analyse permettant de différencier les impulsions au sein des trains d'impulsions émis. L'analyse des échantillons de la tension Uac est assurée par un circuit d'analyse 14, généralement un circuit logique spécifique, qui analyse l'amplitude des échantillons reçus et détecte les impulsions d'une amplitude supérieure au seuil de réjection des impulsions parasites de fermeture, pour ne retenir que les impulsions parasites d'ouverture. Le circuit 14 reconstitue ainsi le signal de contrôle CS, et en déduit également les données Dix quand le signal CS est porteur de données. Les données Dix, si elles sont recrues sous forme codée, peuvent également être décodées par le circuit 14.
Le détecteur 15 est un dispositif sans contact comportant une antenne 16, un amplificateur d'antenne 17 et un filtre passe-haut 18 pour éliminer les signaux de fréquence inférieure à celle des impulsions à détecter. En sus de ces éléments sont prévus, comme précédemment, un convertisseur analogique numérique échantillonneur-bloqueur 13 et un circuit d'analyse 14. Ce mode de réalisation d'un détecteur d'impulsions selon l'invention se base sur le fait que les impulsions parasites haute fréquence se retrouvent aussi bien en tant qu'impulsions électriques sur le réseau qu'en tant qu'impulsions électromagnétiques pouvant être détectées de la même manière que tout signal radiofréquence. Le détecteur 15 est de préférence agencé à proximité des équipements émetteurs d'impulsions, par exemple dans les locaux où sont installés les équipements.
La figure 5 représente un mode de réalisation simple et peu coûteux d'un dispositif 20 d'émission d'impulsions selon l'invention, destiné à être embarqué dans des appareils ou dans des équipements électriques.
Le dispositif 20 comprend deux bornes Tl, T2 de connexion au réseau de distribution d'électricité 3, un circuit de commutation 30, un l'
circuit d'alimentation électrique 40, un circuit 50 de surveillance de la tension alternative Uac et un circuit de contrôle 60. La borne Tl est connectée au fil de phase (PH) et la borne T2 connectée au fil de neutre
(NL) du réseau 3. Conformément au procédé de invention, le circuit de commutation 30 comprend un élément électrique 31, ici un condensateur, et un interrupteur 32. L'interrupteur 32 est par exemple un triac ou un transistor MOS (un triac étant représenté sur la figure 5) . L'interrupteur 32 a une borne connectée à la borne Tl, une autre borne connectée à une borne du condensateur 31, et une borne de contrôle
(gâchette du triac ou grille du transistor MOS) pilotée par le circuit de contrôle 60. L'autre borne du condensateur 31 est connectée à la borne T2.
Le circuit d'alimentation 40 comprend un pont redresseur 41 à diodes ayant deux bornes d'entrée connectées aux bornes II, 12 par l'intermédiaire de résistances 42, 43, une borne reliée à la masse et une borne de sortie fournissant une tension redressée double alternance Ur. La tension Ur est appliquée sur une entrée d'un bloc régulateur 46 qui est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une diode 44 d'écrêtage des surtensions et d'un condensateur de lissage 45. La sortie du bloc régulateur 46 est reliée à un condensateur de stabilisation 47 et fournit une tension Vcc d'alimentation des circuits 50, 60.
Le circuit de surveillance 50 comprend un pont redresseur 51 à diodes ayant deux bornes d'entrée connectées aux bornes II, 12 par l'intermédiaire de résistances 52, 53, respectivement, une borne reliée à la masse et une borne de sortie fournissant une tension redressée double alternance Ur1. La tension redressée Ur' est appliquée sur l'entrée positive d'un amplificateur différentiel 56 qui est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une diode 54 d'écrêtage des surtensions et d'une résistance de charge 55. L'entrée négative de l'amplificateur 56 reçoit une tension de référence Vref fournie par le point milieu d'un potentiomètre 57 dont l'anode reçoit la tension Vcc et dont la cathode est à la masse. L'amplificateur différentiel 56, fonctionnant ici en comparateur, fournit un signal ENB ("Enable") qui est à 1 (Vcc) lorsque la tension redressée double alternance Ur' est supérieure à la tension de référence Vref, et est à 0 (masse) dans le cas contraire. Le potentiomètre 57 permet de régler la tension Vref afin de définir la largeur des fenêtres temporelles d'autorisation d'émission TWl, TW2. En augmentant la tension Vref, la largeur des fenêtres diminue et l'on obtient finalement deux instants d'autorisation correspondant à Uac≈Umax et Uac=-Umax, correspondant à la mise en oeuvre du premier mode de réalisation du procédé selon l'invention (soit une impulsion par demi- période de la tension Uac) . A noter que le circuit de surveillance 50 peut ne comprendre qu'un redresseur simple alternance s'il est prévu que des impulsions ne sont émises que sur l'une des deux demi-périodes de la tension Uac.
Le circuit 60 fournit le signal de contrôle CS appliqué à la borne de contrôle de l'interrupteur 32. Le circuit 60 comprend un microcontrôleur 61 à bas coût, incorporant sur la même microplaquette de silicium un microprocesseur et ses ports d'entrée/sortie PO, Pl, P2, P3..., une mémoire programme, des mémoires de données, un oscillateur à quartz... Le port PO reçoit le signal ENB, le port Pl fournit le signal de contrôle CS, et les ports P2 P3 sont, de façon optionnelle, utilisés en tant que ports de communication du microcontrôleur pour des opérations de test, de maintenance, de programmation, ... et sont reliés à des bornes auxiliaires ATl, AT2 du dispositif 20.
Le microcontrôleur détecte le passage à 1 du signal ENB par scrutation (polling) du port PO ou par interruption déclarée sur ce port. Le port Pl pilote l'interrupteur 32 par l'intermédiaire d'un étage adaptateur comprenant un bloc de commande 62 et un transistor 63. Le bloc de commande 62 a une sortie connectée à la borne de contrôle de l'interrupteur 32 et une entrée connectée au collecteur du transistor 63, dont l'émetteur est connecté à la masse et dont la base reçoit le signal de contrôle CS.
Le dispositif 20, une fois embarqué sur un appareil électrique, est utilisable pour transmettre des données ou, plus simplement, pour émettre une suite d'impulsions non porteuse de données, ayant un profil prédéterminé invariable, servant par exemple à l'identification de l'appareil électrique. Dans ce dernier cas, le circuit 60 peut être un circuit logique d'une architecture rudimentaire, comprenant une entrée de synchronisation recevant le signal ENB et fournissant le signal de contrôle CS. La prévision d'un microcontrôleur ou microprocesseur permet de mettre en œuvre des applications plus complexes nécessitant de traiter et de transmettre des données, comme cela apparaîtra dans les exemples d'application décrits plus loin.
Le dispositif 20 peut ainsi faire l'objet de diverses applications. Un. exemple d'application est le contrôle de lampadaires publics dans une agglomération. A cet effet, chaque lampadaire est équipé d'un tel dispositif et envoie cycliqμement -une information concernant son état allumé ou éteint. Cette information peut être envoyée à faible débit conformément au premier mode de réalisation du procédé de l'invention, puisqu'elle ne présente aucun caractère d'urgence et peut être traitée sur des périodes de temps de plusieurs minutes. Avec un investissement raisonnable, des centaines de lampadaires peuvent être équipés de dispositifs selon l'invention. En accordant à chaque lampadaire une seconde toutes les minutes pour émettre des impulsions représentatives de l'état du lampadaire, 60 lampadaires peuvent émettre des informations en une minute. Une unité de réception agencée en un point source du réseau de distribution d'électricité urbaine ou à un nœud de dérivation, est suffisante pour recevoir les informations envoyées par une pluralité de lampadaires.
Le dispositif d'émission d'impulsions selon l'invention peut par ailleurs faire l'objet de diverses variantes de réalisation en fonction des applications visées.
La figure 6 représente un dispositif 20' qui comprend, en sus des circuits 30, 40, 50 et 60 qui viennent d'être décrits, un capteur de courant 70 relié à un circuit de mesure 71. Le circuit de mesure 71 envoi au circuit de contrôle 60 des données relatives à des mesures de courant effectuées au moyen du capteur 70. Le microcontrôleur du dispositif 60 analyse les résultats des mesures et décide de les envoyer ou non en fonction de ce qui est prévu dans le programme application chargé dans sa mémoire programme. Ce programme peut par exemple prévoir que le microcontrôleur envoie sur le réseau une information relative au courant mesuré uniquement lorsque celui-ci passe de 0 à une valeur non nulle, puis passe d'une tranche de consommation à une autre, par exemple de la tranche allant de 0 à 1 A à la tranche allant de 1 à 2 A, de la tranche allant de 1 à 2 A à la tranche allant de 2 à 3 A, etc. Cette information peut prendre la forme d'un mot de huit bits (octet) présentant une première valeur lorsque le courant mesuré passe de 0 à une valeur non nulle, puis une deuxième valeur lorsque le courant passe de la tranche 0-1 A à la tranche 1-2 A, etc..
Le dispositif 20' peut être agencé dans une prise électrique, notamment une prise gigogne utilisée pour alimenter électriquement un ou plusieurs appareils, ou être embarqué dans un appareil électrique, afin de mesurer le courant traversant la prise électrique ou le courant consommé par l'appareil dans lequel il est embarqué. Une telle application permet de perfectionner le procédé de mesure de la consommation électrique d'appareils électriques décrit par EP 1136829. En effet, lorsque le courant passe de 0 à une valeur non nulle, l'émission du premier octet permet d'identifier sur le réseau l'appareil ou le groupe d'appareil qui est mis sous tension. Ensuite, l'émission d'octets en relation avec le changement de tranche de consommation permet de confirmer les mesures de consommation et de localisation effectuées sur le réseau de la manière proposée par EP 1136 829.
Qn décrira maintenant encore un autre exemple d'application du procédé et du dispositif selon l'invention.
De nombreuses installations industrielles comprennent des disjoncteurs regroupés dans des armoires électriques, dont l'état fermé (enclenché) ou ouvert (disjoncté) doit être surveillé. A cet effet, on a développé dans l'état de la technique des disjoncteurs équipés d'un interrupteur témoin qui, par le biais d'un actionneur mécanique, bascule de l'état ouvert à l'état fermé lorsque les disjoncteurs disjonctent. Ainsi, dans de telles installations, les disjoncteurs agencés en grand nombre dans des armoires électriques ont chacun un interrupteur témoin relié par deux fils à un centralisateur, qui surveille l'état des disjoncteurs pour la détection des coupures de courant.
La présente invention propose de supprimer les quantités de fils électriques reliant les interrupteurs témoins au centralisateur, en embarquant dans un disjoncteur un dispositif selon l'invention qui est agencé pour surveiller l'état du disjoncteur et envoyer une information lorsque le disjoncteur est dans l'état ouvert. Cette information peut par exemple consister dans un code d'identification du disjoncteur, dont la seule émission signifie que le disjoncteur a disjoncté.
La figure 7 représente un exemple de réalisation d'un disjoncteur 90 selon l'invention, comprenant une combinaison d'un disjoncteur classique 80 et d'un dispositif 20 selon l'invention. La structure du dispositif 20 est identique à celle décrite en relation avec la figure 5 et ne sera pas décrite à nouveau. Le disjoncteur 80 comprend des bornes d'entrées T3, T4 connectées aux fils de phase et de neutre de la partie amont du réseau de distribution d'électricité, et des bornes de sortie T5, T6 connectées aux fils de phase et de neutre de la partie aval du réseau de distribution d'électricité. Le disjoncteur 80 comprend également des bornes de contrôle T7, T8 reliées aux bornes d'un interrupteur témoin 81. Les bornes Tl et T2 du dispositif 20 sont connectées aux bornes T3 et T4 du disjoncteur 80 de manière que le dispositif 20 soit alimenté électriquement quand le disjoncteur est dans l'état ouvert.
La détection par le dispositif 20 de l'état du disjoncteur 80, est assurée ici au moyen de l'interrupteur témoin. Une telle détection peut être assurée de diverses manières. Par exemple, le microcontrôleur du circuit de contrôle 60 peut comprendre deux ports d'entrée/sortie connectés aux bornes T7, T8 pour surveiller de façon cyclique l'état passant ou non passant de l'interrupteur témoin. Cette solution présente toutefois l'inconvénient que le dispositif 20 doit être en permanence sous tension, et implique une consommation électrique. une solution avantageuse, représentée sur la figure 7, est que la tension d'alimentation Vcc fournie par le circuit 40 soit appliquée au circuit de surveillance 50 et au circuit de contrôle 60 par l'intermédiaire de l'interrupteur témoin 81. Ainsi, le dispositif 20 reste hors tension tant que le disjoncteur est dans l'état enclenché. Lorsque l'interrupteur témoin 81 se ferme, les circuits 50, 60 sont alimentés électriquement et le circuit de contrôle 60 "sait" implicitement, à sa mise sous tension, qu'une information doit être émise sur le réseau électrique. Le circuit de contrôle 60 est donc simplement programmé pour, lorsqu'il est sous-tension, émettre une suite d'impulsions permettant d'identifier le disjoncteur. De façon générale, l'intégration du dispositif 20 dans un disjoncteur 80 pour obtenir le disjoncteur 90 selon l'invention implique une faible augmentation du prix de revient du disjoncteur, et permet en contrepartie d'importantes économies de câblage du fait de la suppression des fils électriques reliant le centralisateur et les disjoncteurs. Un récepteur d'impulsions du type décrit plus haut permet de réaliser un centralisateur sans fil capable de gérer des centaines de disjoncteurs et de fournir en temps réel une indication sur les disjoncteurs se trouvant dans l'état disjoncté.
A la lumière des exemples décrits, il apparaîtra clairement à l'homme de l'art que la présente invention est susceptible de diverses autres variantes de réalisation et applications. Notamment, bien que l'on ait décrit diverses applications du procédé de l'invention à un réseau électrique véhiculant une tension alternative, la présente invention est également applicable aux réseaux à courant continu, notamment les réseaux 400V DC utilisés dans l'industrie ou à bord des navires, les réseaux 200V DC, y compris les réseaux faible tension 12V DC présents dans les véhicules automobiles. Notamment, le procédé selon l'invention peut être utilisé pour faire émettre par un organe de véhicule (par exemple un phare de voiture) une information concernant son état (allumé, éteint, hors service, etc.). Dans les applications aux réseaux à courant continu, la surveillance de la forme d'onde de la tension véhiculée par le réseau n'est plus nécessaire puisque cette tension, étant continue, présente toujours une valeur optimale pour l'émission des impulsions parasites haute fréquence.
L'invention étant basée sur un phénomène peu étudié jusqu'à présent, il appartient à l'homme de l'art de compléter l'enseignement qui vient d'être décrit par des observations expérimentales. Ainsi, des expérimentations complémentaires ont révélé que l'amplitude des impulsions parasites de connexion peut s'avérer égale voire supérieure à celle des impulsions parasites de déconnexion. Ceci peut notamment être observé en utilisant comme élément électrique une résistance de faible valeur, par exemple quelques ohms, qui est connectée cycliquement au réseau avec un temps de connexion très faible, par exemple quelques microsecondes, et qui ainsi est traversée par un courant élevé, par exemple plusieurs ampères, lequel ne perturbe pas le réseau en raison de sa courte durée. On observe alors que l'amplitude des impulsions parasites émises lorsque la résistance est déconnectée du réseau est sensiblement supérieure à celle des impulsions parasites émises lorsque la résistance est connectée au réseau. Dans ce cas, les impulsions de déconnexion peuvent aussi être utilisées comme moyen de transmission d'une information, à la place des impulsions de connexion. Egalement, les impulsions des deux types, de connexion et de déconnexion, peuvent être toutes deux détectées pour obtenir une information redondante de détection d'impulsions permettant de reconstituer le signal de contrôle avec une fiabilité accrue.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de transmission d'une information par l'intermédiaire d'un réseau (3) de distribution d'électricité véhiculant une tension (Uac) , caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- relier un élément électrique (1, 31) au réseau par l'intermédiaire d'un moyen interrupteur (2, 32), l'élément électrique émettant naturellement une impulsion parasite haute fréquence (II, 12, 13) lorsqu'il est connecté au réseau par la fermeture du moyen interrupteur et/ou lorsqu'il est déconnecté du réseau par l'ouverture du moyen interrupteur,
- appliquer au moyen interrupteur un signal de contrôle (CS) de forme déterminée de manière que l'élément électrique émette une suite prédéterminée d'impulsions parasites haute fréquence (II, 12, 13) au rythme du signal de contrôle, et
- détecter les impulsions parasites haute fréquence et reconstituer le signal de contrôle (CS) .
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le moyen interrupteur (2, 32) est piloté par un signal de contrôle (CS) porteur de données (DTx) , de sorte que des impulsions parasites haute fréquence porteuses de données sont émises au rythme du signal de contrôle.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le signal de contrôle (CS) est un signal codé.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le réseau (3) de distribution d'électricité véhicule une tension alternative (Uac) et dans lequel le signal de contrôle (CS) est synchronisé à la forme d'onde de la tension alternative (Uac) , de manière que l'interrupteur (2, 32) ne soit fermé que lorsque la tension alternative se trouve au voisinage de sa valeur crête (Umax, -Umax) .
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la tension alternative (Uac) est considérée comme au voisinage de sa valeur crête lorsqu'elle présente une amplitude (Ul, U2) au moins égale à 50% de sa valeur crête.
6. Procédé selon l'une des revendications 4 et 5, dans lequel le signal de contrôle (CS) est synchronisé à la forme d'onde de la tension alternative de manière que l'interrupteur ne soit ouvert que lorsque la tension alternative se trouve au voisinage de zéro.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le signal de contrôle (CS) est composé d'impulsions de fermeture/ouverture du moyen interrupteur de durée constante, chaque impulsion de fermeture/ouverture comprenant un front montant et/ou un niveau haut provoquant un changement dans l'état ouvert ou fermé de l'interrupteur et un front descendant et/ou un niveau bas provoquant un changement inverse de l'état de l'interrupteur.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le signal de contrôle comprend des impulsions de fermeture/ouverture d'une durée inférieure au l/8ième de la période de la tension alternative.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel l'élément électrique est un condensateur (31) , une résistance, une diode électroluminescente ou une combinaison d'au moins deux de ces éléments.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel des impulsions parasites sont neutralisées, rejetées ou ignorées, et ne sont pas prises en compte pour reconstituer le signal de contrôle.
11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel la détection des impulsions parasites comprend la production d'un signal image de la tension véhiculée par le réseau de distribution d'électricité, le filtrage passe haut (12) du signal image, l'échantillonnage (13) du signal image selon une fenêtre d'échantillonnage déterminée, pour obtenir des échantillons numériques du signal image, et l'analyse (14) des échantillons du signal image.
12. Procédé de mesure à distance de la consommation électrique locale d'un appareil électrique connecté à un réseau (3) de distribution d'électricité véhiculant une tension déterminée (Uac) , comprenant une étape de mesure de la consommation électrique du dispositif au moyen d'un capteur de courant embarqué (70, 71), une étape d'émission et une étape de réception d'une information relative à la consommation électrique mesurée mise en œuvre conformément au procédé selon l'une des revendications 2 à 11.
13. Procédé d'identification d'un appareil électrique connecté à un réseau (3) de distribution d'électricité véhiculant une tension déterminée (Uac), caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'émission d'une suite d'impulsions parasites haute fréquence formant un code d'identification de l'appareil, mise en œuvre conformément au procédé selon l'une des revendications 1 à 11.
14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel l'appareil électrique est un disjoncteur (80), et dans lequel l'émission du code d'identification n'est déclenchée que lorsque le disjoncteur a disjoncté.
15. Dispositif d'émission et de réception d'une information via un réseau (3) de distribution d'électricité véhiculant une tension (Uac) , caractérisé en ce qu'il comprend :
- un dispositif (20, 20') d'émission d'impulsions sur le réseau (3) comprenant :
- un élément électrique (31) et un moyen interrupteur (32) pour relier l'élément électrique au réseau de distribution d'électricité, l'élément électrique émettant naturellement des impulsions parasites haute fréquence lorsqu'il est connecté au réseau par la fermeture du moyen interrupteur et/ou lorsqu'il est déconnecté du réseau par l'ouverture du moyen interrupteur, et
- des moyens (60, 61) pour appliquer au moyen interrupteur un signal de contrôle (CS) de forme déterminée de manière que l'élément électrique émette une suite d'impulsions parasites haute fréquence au rythme du signal de contrôle, et
- un dispositif (10, 15) de réception des impulsions parasites haute fréquence comprenant des moyens (12, 13, 14, 16, 17) de reconstitution du signal de contrôle (CS) .
16. Dispositif selon la revendication 15, comprenant des moyens (61) pour fournir au moyen interrupteur un signal de contrôle (CS) porteur de données.
17. Dispositif selon la revendication 16, comprenant des moyens (61) pour fournir au moyen interrupteur un signal de contrôle (CS) codé.
18. Dispositif selon l'une des revendications 15 à 17, prévu pour un réseau de distribution d'électricité véhiculant une tension alternative (Uac) , dans lequel le dispositif de réception comprend des moyens (50) de surveillance de l'amplitude de la tension alternative
(Uac), fournissant un signal (ENB) d'autorisation d'émission d'impulsions ayant une valeur déterminée lorsque la tension alternative se trouve au voisinage de sa valeur crête (Umax, -Umax) , et des moyens pour ne fermer l'interrupteur que lorsque le signal d'autorisation d'émission d'impulsions présente la valeur déterminée.
19. Dispositif selon la revendication 18, dans lequel les moyens de surveillance (50) fournissent un signal d'autorisation d'émission d'impulsions ayant la valeur déterminée lorsque l'amplitude de la tension alternative vaut au moins 50% de sa valeur crête.
20. Dispositif selon l'une des revendications 18 et 19, dans lequel les moyens de surveillance (50) comprennent un redresseur (51) fournissant une tension redressée (Ur') simple ou double alternance dont l'amplitude est représentative de l'amplitude de la tension alternative (Uac), et un comparateur (56) recevant sur une entrée une tension de référence (Vref) et sur une autre entrée la tension redressée (Ur'), fournissant le signal (ENB) d'autorisation d'émission de données.
21. Dispositif selon l'une des revendications 15 à 20, dans lequel les moyens (60, 61) pour fournir le signal de contrôle fournissent un signal de contrôle (CS) composé d'impulsions de fermeture/ouverture du moyen interrupteur de durée constante, chaque impulsion comprenant un front montant et/ou un niveau haut provoquant un changement dans l'état ouvert ou fermé de l'interrupteur et un front descendant et/ou un niveau bas provoquant un changement inverse de l'état de l'interrupteur.
22. Dispositif selon la revendication 21 et I1-une des revendications 18 à 20, dans lequel les moyens (60, 61) pour fournir le signal de contrôle fournissent des impulsions de fermeture/ouverture d'une durée au moins inférieure au l/8ième de la période de la tension alternative.
23. Dispositif selon l'une des revendications 15 à 22, dans lequel l'élément électrique est un condensateur (31), une résistance, une diode électroluminescente ou une combinaison d'au moins deux de ces éléments.
24. Dispositif selon l'une des revendications 15 à 23, dans lequel le moyen interrupteur est un triac (32) , un transistor MOS ou un relais.
25. Dispositif selon l'une des revendications 15 à 24, dans lequel le signal de contrôle (CS) est fourni par un microcontrôleur ou un microprocesseur (61) .
26. Dispositif (20') selon l'une des revendications 15 à 25, dans lequel le dispositif (20, 20') d'émission d'impulsions comprend des moyens (70, 71) de mesure de courant et est agencé pour émettre sous forme d'impulsions parasites haute fréquence une information relative à un courant mesuré.
27. Dispositif selon l'une des revendications 15 à 26, dans lequel le dispositif de réception (10) comprend des moyens (13, 14) pour filtrer, rejeter ou ignorer des impulsions parasites afin de ne pas prendre en compte de telles impulsions dans la reconstitution du signal de contrôle.
28. Dispositif selon l'une des revendications 15 à 27, prévu pour un réseau de distribution d'électricité véhiculant une tension alternative (Uac), dans lequel le dispositif de réception (10) comprend des moyens pour fournir un signal image de la tension alternative, et des moyens (12) de filtrage passe-haut du signal image, pour en extraire les impulsions parasites haute fréquence.
29. Dispositif selon l'une des revendications 15 à 27, dans lequel le dispositif de réception (15) comprend une antenne (16) pour détecter les impulsions parasites haute fréquence en utilisant une composante électromagnétique des impulsions parasites.
30. Dispositif selon l'une des revendications 28 et 29, dans lequel le dispositif de réception (10, 15) comprend des moyens (13) d'échantillonnage du signal reçu, et des moyens (14) d'analyse des échantillons du signal reçu, pour détecter la présence d'impulsions parasites haute fréquence.
31. Dispositif disjoncteur (90) présentant un état fermé et un état ouvert, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'émission d'impulsions (20) selon l'une des revendications 15 à 25, pour émettre une suite d'impulsions déterminée lorsque le dispositif disjoncteur est dans l'état ouvert.
32. Dispositif disjoncteur selon la revendication 31, comprenant un interrupteur témoin (81) qui bascule de l'état ouvert à l'état fermé lorsque le dispositif disjoncteur bascule de l'état fermé à l'état ouvert, et dans lequel tout ou partie (50, 60) du dispositif (20) d'émission d'impulsions est alimenté électriquement par l'intermédiaire de l'interrupteur témoin (81), de sorte que le dispositif d'émission d'impulsions est inactif tant que le disjoncteur est dans l'état fermé.
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