WO2017109302A1 - Isolateur electrique haute tension - Google Patents

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WO2017109302A1
WO2017109302A1 PCT/FR2016/052841 FR2016052841W WO2017109302A1 WO 2017109302 A1 WO2017109302 A1 WO 2017109302A1 FR 2016052841 W FR2016052841 W FR 2016052841W WO 2017109302 A1 WO2017109302 A1 WO 2017109302A1
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WO
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insulator
winding
axis
resonant
insulating body
Prior art date
Application number
PCT/FR2016/052841
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English (en)
Inventor
Florent MOREL
Olivier FABRÈGUE
Original Assignee
Supergrid Institute
Ecole Centrale De Lyon
Centre National De La Recherche Scientifique
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Publication date
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B17/00—Insulators or insulating bodies characterised by their form
    • H01B17/005—Insulators structurally associated with built-in electrical equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B17/00—Insulators or insulating bodies characterised by their form
    • H01B17/42—Means for obtaining improved distribution of voltage; Protection against arc discharges

Definitions

  • the invention relates to equipment for high voltage networks, in particular the supply of control or control circuits to be connected to a high voltage equipment.
  • Equipment used in high voltage networks such as power lines, transformers or power converters, require local electronic circuits. These electronic circuits are used either to control electronic power components or to perform measurements and control operations on the equipment. The supply voltages of this electronic circuit are much lower than the potential difference between the ground and the high voltage level of the equipment to which the electronic circuit is contiguous.
  • a supply of the electronic circuit from a source connected to the earth poses problems of galvanic isolation between the ground and the high voltage, all the more annoying that the voltage level is high. The sizing constraints of the circuit can then make its cost prohibitive.
  • FR738101 discloses a high voltage electrical insulator. This insulator is designed to divert energy from a high-voltage conductor through the insulator. A primary winding passes through the insulator along its axis and connects its input to its output. The primary winding is surrounded by an insulating sleeve. A secondary winding surrounds the insulating sleeve.
  • Fiber optic feeds have also been proposed. Such power supplies are based on a light emitted by the power supply to the earth, the transmission of this light by an optical fiber, and the conversion of this light into electricity by a converter attached to the electronic circuit. However, such power supplies are particularly expensive and provide only a very limited power.
  • the invention aims to solve one or more of these disadvantages. There is thus a need for a simple and safe solution for supplying electronic circuits connected to high voltage, from a ground potential, without limitation of autonomy.
  • the invention thus relates to a high voltage electrical insulator, as defined in appended claim 1.
  • the invention also relates to the subject of the appended dependent claims.
  • the various features of the dependent claims may also be independently combined with the features of claim 1, without constituting an intermediate generalization.
  • windings of the different resonant circuits are advantageously spaced apart from one another along the axis of the insulator.
  • the invention also relates to a system, comprising:
  • FIG 1 is a schematic representation of an insulator according to an exemplary implementation of the invention.
  • FIG. 2 is a schematic representation of an example of a power transmission circuit integrated in the isolator of FIG. 1;
  • FIG 3 is a sectional view of a first variant of fixing a resonant circuit on an insulator body
  • FIG 4 is a sectional view of a second variant of fixing a resonant circuit on an insulator body
  • FIG 5 is a third sectional view first variant of fixing a resonant circuit on an insulator body
  • FIG 6 is a sectional view of a fourth variant of fixing a resonant circuit on an insulator body
  • FIG 7 is a sectional view of a fifth variant of fixing a resonant circuit on an insulator body.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an electrical system including a high voltage electrical insulator 1 according to an exemplary implementation of the invention.
  • the insulator 1 is here illustrated for illustrative purposes in a application of support of a high-voltage line 94.
  • An insulator according to the invention can of course also be used with other types of high voltage equipment, such as transformers or converters for example in the form of isolated bushings or arresters.
  • An electrical isolator 1 is fixed at the top of a pole 91.
  • the post 91 has at its upper part an arm 92.
  • the electrical insulator 1 is fixed cantilevered to the post 91 via the arm 92.
  • a power supply circuit 2 is attached to the post 91 or arm 92, or isolator 1.
  • the power supply 2 is configured to generate an alternating voltage on an output interface, from a ground reference potential 93.
  • the electrical insulator 1 comprises, in a manner known per se, fastening supports 13 and 14 at opposite ends.
  • the electrical insulator 1 further comprises an insulating body 1 1 elongated along an axis, in a manner known per se.
  • the fixing supports 13 and 14 are attached to respective axial ends 11 and 18 of the insulating body 11.
  • the fixing brackets 13 and 14 are here metal parts.
  • the fixing supports 13 and 14 are electrically insulated in a manner known per se through the insulating body 11.
  • the electrical insulator 1 advantageously comprises at least one cross section between the axial ends 1 17 and 1 18 containing only electrically insulating material (this cross section containing for example only the insulating body 1 1, or for example the body insulation 1 1 and air). The insulator 1 then does not include an electrical conductor extending right through between the axial ends 1 17 and 1 18.
  • the fixing support 13 is fixed to the arm 92.
  • the fixing support 14 comprises a bow 141 crossed by a high-voltage line 94.
  • An electronic circuit 3 is for example fixed to the support 14.
  • the electronic circuit 3 is connected to the high line. voltage 94.
  • the electronic circuit 3 is for example configured to measure an electrical parameter on the high voltage line 94, for example the current passing through it or its potential.
  • the electrical insulator 1 further comprises a device for transmitting wireless electrical energy 12.
  • the energy transmission device 12 comprises an input connected to the supply circuit 2, and an output connected to the electronic circuit 3.
  • the device power transmission 12 comprises several resonant circuits galvanically isolated from each other magnetically coupled. Each of these resonant circuits comprises at least one respective winding around the axis of the body January 1. These windings are spaced apart from each other along said axis and are magnetically coupled. Thus, electrical energy can be transmitted between the resonant circuits along the axis of the insulator 1.
  • the energy transmission device 12 comprises an input resonant circuit 121, a first intermediate resonant circuit 122, a second intermediate resonant circuit 123, and an output resonant circuit 124.
  • the resonant circuits 121 to 124 are distributed along the axis of the body 1 1 of the insulator.
  • the resonant input circuit 121 is connected to the supply circuit 2.
  • the resonant output circuit 124 is connected to the electronic circuit 3.
  • FIG. 2 is an electrical diagram corresponding to an example of energy transmission device 12 according to the invention.
  • the resonant circuit 121 comprises at least one conductive winding connected to the supply circuit 2. This winding is positioned at the end 1 17 of the insulating body 1 January. This winding is intended to generate a magnetic flux, part of which passes through a winding of an adjacent resonant circuit.
  • the winding of the resonant circuit 121 comprises at least one turn whose axis is substantially collinear with the axis of the insulating body 1 January.
  • the inductance and the resistance of the winding of the resonant circuit 121 are here modeled by an inductance 161 and a resistor 171.
  • the resonant circuit 121 here includes a capacitor 151 connected in series with the inductor 161. Discrete components can of course be added to adapt the values of inductance and resistance in the resonant circuit 121.
  • the resonant circuit 122 comprises at least one conductive winding.
  • the winding of the resonant circuit 122 comprises at least one turn whose axis is substantially collinear with the axis of the insulating body 1 January.
  • the inductance and the resistance of the winding of the resonant circuit 122 are here modeled by an inductor 162 and a resistor 172. Discrete components can of course be added to adapt the inductance and resistance values in the resonant circuit 122.
  • the resonant circuit 122 is here of the series RLC type and includes a capacitor 152 connected in series with the inductor 162 and the resistor 172.
  • the capacitor 152 is here a discrete component.
  • the resonant circuit 123 comprises at least one conductive winding.
  • the winding of the resonant circuit 123 comprises at least one turn whose axis is substantially collinear with the axis of the insulating body 1 January.
  • the inductance and the resistance of the winding of the resonant circuit 123 are here modeled by an inductance 163 and a resistor 173. Discrete components can of course be added to adapt the inductance and resistance values in the resonant circuit 123.
  • the resonant circuit 123 is here of series RLC type and includes a capacitor 153 connected in series with the inductor 163 and the resistor 173.
  • the capacitor 153 is here a discrete component.
  • the resonant circuit 124 comprises at least one conductive winding connected to the electronic circuit 3. This winding is positioned at the end 1 18 of the insulating body 1 January. This winding is intended to receive a magnetic flux from a winding of an adjacent resonant circuit.
  • the electronic circuit 3 is here illustrated in the form of an electric charge.
  • the winding of the resonant circuit 124 comprises at least one turn whose axis is substantially collinear with the axis of the insulating body 1 January.
  • the inductance and the resistance of the winding of the resonant circuit 124 are here modeled by an inductance 164 and a resistor 174. Discrete components can of course be added to adapt the inductance and resistance values in the resonant circuit 124.
  • the resonant circuit 124 here is of the series RLC type and includes a capacitor 154 connected in series with the inductor 164 and the resistor 174.
  • the capacitor 154 is here a discrete component.
  • the windings of two adjacent resonant circuits along the body 1 1 are magnetically coupled.
  • the windings of the resonant circuits are for example made of conductive wire, for example copper or aluminum.
  • the supply frequency generated by the supply circuit 2 is equal to the resonance frequencies of the resonant circuits.
  • An insulator 1 according to the invention thus makes it possible in a simple way to transfer, with a galvanic isolation, electrical energy between a supply circuit and an electronic circuit with very different potentials.
  • Such an insulator 1 remains compact and the use of the insulating body insulating properties 1 1 as a resonant circuit support reduces the distance between the resonant end circuits, which further improves the transmission efficiency.
  • the intermediate resonant circuits 122 and 123 have the same resonance frequency.
  • the resonant input circuit 121 and the resonant output circuit 124 have the same resonance frequency as the intermediate resonant circuits.
  • the resonant circuits 121, 122, 123 and 124 each include a capacitor.
  • a capacitor is optional, the parasitic capacitance of the windings of the resonant circuits being sufficient to obtain an appropriate resonant frequency for each of these resonant circuits.
  • the capacitors of the resonant circuits may preferentially be of the film or ceramic type.
  • each of said windings comprises several turns wound around the axis of the insulating body 11.
  • the transmission device 12 here comprises only two intermediate resonant circuits.
  • the number of intermediate resonant circuits may, for example, be to be defined according to the length of the insulating body 1 1, as well as its geometry.
  • the insulating body 11 is for example made of a usual insulating material, such as ceramic, porcelain or glass.
  • the insulating body 11 may also be made in composite form as a fiberglass shaft and a silicone sheath.
  • the insulating body 1 1 retains the usual function of an insulator, namely to galvanically isolate the supports 13 and 14, placed at very different electrical potentials.
  • the windings of the resonant circuits are here circular, to adapt to an insulating body 1 1 having a symmetry of revolution.
  • FIG. 3 is a schematic sectional view in a longitudinal plane of a first variant of the insulator according to the invention.
  • FIG. 3 is only a detail view at a resonant circuit 120 of the energy transmission device 12.
  • the insulating body 1 1 here has a shape of revolution about the axis 1 15, defining an alternation of 1.
  • the winding of the resonant circuit 120 has several turns 160 wound around the axis 1 15 and connected to a capacitor 150.
  • the turns 160 and the capacitor 150 are here positioned at the bottom of the coil. the groove 1 12, which allows them to provide greater mechanical and electrical protection.
  • Grooves 1 14 are advantageously formed in the groove 1 12.
  • the grooves 1 14 have the same pitch as the turns 160 of the winding of the resonant circuit 120.
  • the turns 160 of this winding are housed in these grooves 1 14, which allows in particular to ensure a better mechanical retention of these turns 160.
  • the capacitor 150 is fixed to the insulating body 1 1 by any appropriate means, for example by gluing.
  • the capacitor 150 is here housed in a respective groove or in a recess.
  • the winding of the resonant circuit 120 (and if necessary the capacitor 150) is covered by an electrically insulating material 18.
  • the insulating material 18 here forms a sleeve around the turns 160.
  • the insulating material is for example an insulating synthetic resin.
  • FIG. 4 is a schematic sectional view in a longitudinal plane of a second variant of the insulator according to the invention.
  • FIG. 4 is only a detail view at a resonant circuit 120 of the energy transmission device 12.
  • the insulating body 1 1 here has a shape of revolution about the axis 1 15, defining an alternation of 1.
  • the winding of the resonant circuit 120 comprises several turns 160 wound around the axis 1 15 and connected to a capacitor 150.
  • the turns 160 and the capacitor 150 are here positioned at the periphery. of a projecting ring January 1, which increases the mutual coupling between the adjacent resonant circuits.
  • Grooves 11 are provided at the periphery of the projecting ring 11 1.
  • the grooves 1 14 have the same pitch as the turns 160 of the winding of the resonant circuit 120.
  • the turns 160 of this winding are housed in these grooves 1 14, which allows in particular to ensure a better mechanical retention of these turns 160.
  • the capacitor 150 is fixed to the insulating body 1 1 by any appropriate means, for example by gluing.
  • the capacitor 150 is here housed in a respective groove or in a recess.
  • the winding of the resonant circuit 120 (and if necessary the capacitor 150) is covered by an electrically insulating material 18.
  • the insulating material 18 here forms a sleeve around the turns 160.
  • the insulating material is for example an insulating synthetic resin.
  • FIG. 5 is a schematic sectional view in a longitudinal plane of a third variant of the insulator according to the invention.
  • FIG. 5 is only a detail view at a resonant circuit 120 of the energy transmission device 12.
  • the insulating body 1 1 here has a shape of revolution around the axis 1 15, defining an alternation of 1.
  • 1 1 1 is defined by the junction between a projecting ring January 1 and a groove 1 12.
  • the winding of the resonant circuit 120 has several turns 160 wound around the axis 1 15 and connected to a capacitor 150.
  • the turns 160 and the capacitor 150 are here positioned in the junction between a projecting ring January 1 and a groove January 12.
  • Grooves 1 14 are formed in the junction 1 13.
  • the turns 160 are positioned substantially in the same plane and concentric.
  • the turns 160 of this winding are housed in these grooves 1 14, which in particular makes it possible to guarantee a better mechanical hold of these turns 160.
  • the capacitor 150 is fixed to the insulating body 1 1 by any appropriate means, for example by gluing.
  • the capacitor 150 is here housed in a respective groove or in a recess.
  • the winding of the resonant circuit 120 (and if necessary the capacitor 150) is covered by an electrically insulating material 18.
  • the insulating material is for example an insulating synthetic resin.
  • Another variant of the insulator 1 of FIG. 5 can also be envisaged.
  • the turns of a winding being in the same plane, they can be included in a printed circuit.
  • the capacitor 150 can then be a discrete component soldered on such a printed circuit.
  • the windings of the resonant circuits are reported on the insulating body 11. However, it is also possible to drown the windings of the resonant circuits inside the material of the insulating body 11.
  • the turns of a winding being in the same plane, they can be made in the form of tracks on a single or double-sided printed circuit or tracks in a multilayer printed circuit.
  • the capacitor 150 can then be a discrete component soldered on such a printed circuit.
  • FIGS. 6 and 7 correspond to embodiments of resonant circuit windings embedded inside the material of the insulating body 11 and with a winding produced by tracks on a printed circuit.
  • FIG. 6 is a schematic sectional view in a longitudinal plane of a fourth variant of the insulator according to the invention.
  • FIG. 6 is only a detail view at a resonant circuit 120 of the energy transmission device 12.
  • the insulating body 1 1 here has a shape of revolution about the axis 1 15, defining an alternation of 1.
  • the winding of the resonant circuit 120 comprises several turns 160.
  • the turns 160 are here made in the form of tracks on a printed circuit substrate 19.
  • the printed circuit 19 is here embedded in the FIG. material of the insulating body 1 1, and extends in particular radially in a projecting ring 1 1 1.
  • the turns 160 are wound around the axis 1 15.
  • the turns 160 are here connected to a capacitor 150.
  • the capacitor 150 is fixed to the printed circuit 19.
  • FIG. 7 is a schematic sectional view in a longitudinal plane of a fifth variant of the insulator according to the invention.
  • FIG. 7 is only a detail view at a resonant circuit 120 of the energy transmission device 12.
  • the insulating body 1 1 here has a shape of revolution around the axis 1 15, defining an alternation of 1.
  • the winding of the resonant circuit 120 comprises several turns 160.
  • the turns 160 are here made in the form of tracks on the two opposite faces of a printed circuit substrate 19.
  • the circuit board 19 is embedded in the material of the insulating body 1 1, and extends in particular radially in a projecting ring January 1 January.
  • the turns 160 are wound around the axis 1 15.
  • the turns of the windings are housed in grooves of the insulator 1. It is also possible to envisage other variants, for example simply fixed turns on the surface of the insulating body 11.
  • the insulating body 1 1 has an alternation of projecting rings and grooves.
  • the invention can also be applied to an insulator 1 comprising an insulating body whose outer surface is cylindrical.

Abstract

L'invention concerne un isolateur électrique haute tension (1), comportant un corps isolant (11) allongé selon un axe, présentant des première et deuxième extrémités distantes (117, 118) selon cet axe, et comprenant en outre : - au moins des premier et deuxième circuits résonnants (122,123) isolés galvaniquement les uns des autres par ledit corps isolant (11), les premier et deuxième circuits résonnants comprenant au moins un enroulement respectif autour dudit axe, lesdits enroulements étant distants les uns des autres selon ledit axe et couplés magnétiquement.

Description

ISOLATEUR ELECTRIQUE HAUTE TENSION
L'invention concerne les équipements pour réseaux haute tension, en particulier l'alimentation de circuits de contrôle ou de commande devant être connectés à un équipement haute tension.
Les équipements utilisés dans des réseaux haute tension, tels que des lignes de transport d'énergie, des transformateurs ou des convertisseurs de puissance, nécessitent des circuits électroniques locaux. Ces circuits électroniques sont utilisés soit pour commander des composants électroniques de puissance, soit pour réaliser des mesures et les opérations de contrôle sur l'équipement. Les tensions d'alimentation de ce circuit électronique sont très inférieures à la différence de potentiel entre la terre et le niveau haute tension de l'équipement auquel le circuit électronique est accolé.
L'alimentation d'un tel circuit électronique par batterie permet d'éviter un câblage entre la terre et le circuit, et permet d'alimenter ce circuit avec peu de contraintes d'isolation galvanique par rapport à la terre ou la haute tension. Cependant, l'autonomie d'une batterie étant limitée, des opérations de maintenance régulière sont nécessaires. De telles opérations de maintenance sont problématiques à haute tension, ou nécessitent l'arrêt de l'équipement associé au circuit électronique, ce qui peut être handicapant économiquement.
Une alimentation du circuit électronique à partir d'une source connectée à la terre pose des problèmes d'isolation galvanique entre la terre et la haute tension, d'autant plus gênants que le niveau de tension est élevé. Les contraintes de dimensionnement du circuit peuvent alors rendre son coût prohibitif.
Des alimentations de tels circuits électroniques par des collecteurs d'énergie ont également été proposées. Cependant, de telles solutions sont inappropriées en courant continu, et ne permettent pas de collecter une énergie suffisante pour alimenter le circuit électronique, si l'équipement haute tension sur lequel l'énergie est prélevée n'est pas traversé par un courant suffisant.
Le document FR738101 décrit un isolateur électrique haute tension. Cet isolateur est conçu pour détourner de l'énergie d'un conducteur à haute tension traversant l'isolateur. Un enroulement primaire traverse l'isolateur selon son axe et relie son entrée à sa sortie. L'enroulement primaire est entouré d'un manchon isolant. Un enroulement secondaire entoure le manchon isolant.
Des alimentations par fibre optique ont également été proposées. De telles alimentations sont basées sur une lumière émise par l'alimentation à la terre, la transmission de cette lumière par une fibre optique, et la conversion de cette lumière en électricité par un convertisseur accolé au circuit électronique. Cependant, de telles alimentations sont particulièrement coûteuses et ne fournissent qu'une puissance très limitée. L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. Il existe ainsi un besoin pour une solution simple et sûre d'alimentation de circuits électroniques connectés à haute tension, à partir d'un potentiel de terre, sans limitation d'autonomie. L'invention porte ainsi sur un isolateur électrique haute tension, tel que défini dans la revendication 1 annexée.
L'invention porte également sur l'objet des revendications dépendantes annexées. Les différentes caractéristiques des revendications dépendantes peuvent également être combinées indépendamment aux caractéristiques de la revendication 1 , sans constituer une généralisation intermédiaire.
On peut noter que les enroulements des différents circuits résonnants sont avantageusement distants les uns des autres suivant l'axe de l'isolateur.
L'invention porte également sur un système, comprenant :
-un isolateur tel que défini précédemment ;
-une alimentation électrique alternative générant un potentiel d'alimentation à partir d'un potentiel de terre, ladite alimentation électrique étant connectée à un troisième circuit résonnant muni d'un enroulement de génération d'un flux magnétique, ledit enroulement de génération d'un flux magnétique étant positionné au niveau de la première extrémité du corps. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
-la figure 1 est une représentation schématique d'un isolateur selon un exemple de mise en œuvre de l'invention ;
-la figure 2 est une représentation schématique d'un exemple de circuit de transmission d'énergie intégré à l'isolateur de la figure 1 ;
-la figure 3 est une vue en coupe d'une première variante de fixation d'un circuit résonnant sur un corps d'isolateur ;
-la figure 4 est une vue en coupe d'une deuxième variante de fixation d'un circuit résonnant sur un corps d'isolateur ;
-la figure 5 est une vue en coupe troisième première variante de fixation d'un circuit résonnant sur un corps d'isolateur ;
-la figure 6 est une vue en coupe d'une quatrième variante de fixation d'un circuit résonnant sur un corps d'isolateur ;
-la figure 7 est une vue en coupe d'une cinquième variante de fixation d'un circuit résonnant sur un corps d'isolateur.
La figure 1 est une représentation schématique d'un système électrique incluant un isolateur électrique haute tension 1 selon un exemple de mise en œuvre de l'invention. L'isolateur 1 est ici illustré à titre illustratif dans une application de support d'une ligne haute tension 94. Un isolateur selon l'invention peut bien entendu également être utilisé avec d'autres types d'équipement haute tension, tels que des transformateurs ou des convertisseurs par exemple sous forme de traversées isolées ou de parafoudres.
Un isolateur électrique 1 est fixé en haut d'un poteau 91 . Le poteau 91 comporte au niveau de sa partie supérieure un bras 92. L'isolateur électrique 1 est fixé en porte-à-faux au poteau 91 par l'intermédiaire de ce bras 92. Un circuit d'alimentation électrique 2 est fixé au poteau 91 ou au bras 92, ou à l'isolateur 1 . L'alimentation 2 est configurée pour générer une tension alternative sur une interface de sortie, à partir d'un potentiel de référence à la terre 93.
L'isolateur électrique 1 comporte de façon connue en soi des supports de fixation 13 et 14 à des extrémités opposées. L'isolateur électrique 1 comporte en outre un corps isolant 1 1 allongé selon un axe, de façon connue en soi. Les supports de fixation 13 et 14 sont fixés à des extrémités axiales respectives 1 17 et 1 18 du corps isolant 1 1 . Les supports de fixation 13 et 14 sont ici des pièces métalliques. Les supports de fixation 13 et 14 sont isolés électriquement de façon connue en soi par l'intermédiaire du corps isolant 1 1 . En particulier, l'isolateur électrique 1 comporte avantageusement au moins une section transversale entre les extrémités axiales 1 17 et 1 18 ne contenant que du matériau isolant électriquement (cette section transversale contenant par exemple uniquement le corps isolant 1 1 , ou par exemple le corps isolant 1 1 et de l'air). L'isolateur 1 ne comporte alors pas de conducteur électrique s'étendant de part en part entre les extrémités axiales 1 17 et 1 18.
Le support de fixation 13 est fixé au bras 92. Le support de fixation 14 comporte un arceau 141 traversé par une ligne haute tension 94. Un circuit électronique 3 est par exemple fixé au support 14. Le circuit électronique 3 est connecté à la ligne haute tension 94. Le circuit électronique 3 est par exemple configuré pour mesurer un paramètre électrique sur la ligne haute tension 94, par exemple le courant la traversant ou son potentiel.
L'isolateur électrique 1 comporte en outre un dispositif de transmission d'énergie électrique sans fil 12. Le dispositif de transmission d'énergie 12 comporte une entrée connectée au circuit d'alimentation 2, et une sortie connectée au circuit électronique 3. Le dispositif de transmission d'énergie 12 comprend plusieurs circuits résonnants isolés galvaniquement les uns des autres couplés magnétiquement. Chacun de ces circuits résonnants comprend au moins un enroulement respectif autour de l'axe du corps 1 1 . Ces enroulements sont distants les uns des autres le long dudit axe et sont couplés magnétiquement. Ainsi, de l'énergie électrique peut être transmise entre les circuits résonnants le long de l'axe de l'isolateur 1 . En l'occurrence, le dispositif de transmission d'énergie 12 comprend un circuit résonnant d'entrée 121 , un premier circuit résonnant intermédiaire 122, un deuxième circuit résonnant intermédiaire 123, et un circuit résonnant de sortie 124. Les circuits résonnants 121 à 124 sont répartis le long de l'axe du corps 1 1 de l'isolateur. Le circuit résonnant d'entrée 121 est connecté au circuit d'alimentation 2. Le circuit résonnant de sortie 124 est connecté au circuit électronique 3.
La figure 2 est un schéma électrique correspondant à un exemple de dispositif de transmission d'énergie 12 selon l'invention. Le circuit résonnant 121 comprend au moins un enroulement conducteur connecté au circuit d'alimentation 2. Cet enroulement est positionné au niveau de l'extrémité 1 17 du corps isolant 1 1 . Cet enroulement est destiné à générer un flux magnétique dont une partie traverse un enroulement d'un circuit résonnant adjacent. L'enroulement du circuit résonnant 121 comprend au moins une spire dont l'axe est sensiblement colinéaire à l'axe du corps isolant 1 1 . L'inductance et la résistance de l'enroulement du circuit résonnant 121 sont ici modélisées par une inductance 161 et une résistance 171 . Le circuit résonnant 121 inclut ici un condensateur 151 connecté en série avec l'inductance 161 . Des composants discrets peuvent bien entendu être ajoutés pour adapter les valeurs d'inductance et de résistance dans le circuit résonnant 121 .
Le circuit résonnant 122 comprend au moins un enroulement conducteur. L'enroulement du circuit résonnant 122 comprend au moins une spire dont l'axe est sensiblement colinéaire à l'axe du corps isolant 1 1 . L'inductance et la résistance de l'enroulement du circuit résonnant 122 sont ici modélisées par une inductance 162 et une résistance 172. Des composants discrets peuvent bien entendu être ajoutés pour adapter les valeurs d'inductance et de résistance dans le circuit résonnant 122. Le circuit résonnant 122 est ici de type RLC série et inclut un condensateur 152 connecté en série avec l'inductance 162 et la résistance 172. Le condensateur 152 est ici un composant discret.
Le circuit résonnant 123 comprend au moins un enroulement conducteur. L'enroulement du circuit résonnant 123 comprend au moins une spire dont l'axe est sensiblement colinéaire à l'axe du corps isolant 1 1 . L'inductance et la résistance de l'enroulement du circuit résonnant 123 sont ici modélisées par une inductance 163 et une résistance 173. Des composants discrets peuvent bien entendu être ajoutés pour adapter les valeurs d'inductance et de résistance dans le circuit résonnant 123. Le circuit résonnant 123 est ici de type RLC série et inclut un condensateur 153 connecté en série avec l'inductance 163 et la résistance 173. Le condensateur 153 est ici un composant discret. Le circuit résonnant 124 comprend au moins un enroulement conducteur connecté au circuit électronique 3. Cet enroulement est positionné au niveau de l'extrémité 1 18 du corps isolant 1 1 . Cet enroulement est destiné à recevoir un flux magnétique d'un enroulement d'un circuit résonnant adjacent. Le circuit électronique 3 est ici illustré sous forme d'une charge électrique. L'enroulement du circuit résonnant 124 comprend au moins une spire dont l'axe est sensiblement colinéaire à l'axe du corps isolant 1 1 . L'inductance et la résistance de l'enroulement du circuit résonnant 124 sont ici modélisées par une inductance 164 et une résistance 174. Des composants discrets peuvent bien entendu être ajoutés pour adapter les valeurs d'inductance et de résistance dans le circuit résonnant 124. Le circuit résonnant 124 est ici de type RLC série et inclut un condensateur 154 connecté en série avec l'inductance 164 et la résistance 174. Le condensateur 154 est ici un composant discret.
Les enroulements de deux circuits résonnants adjacents le long du corps 1 1 sont couplés magnétiquement. Les enroulements des différends circuits résonnants sont par exemple réalisés en fil conducteur, par exemple en cuivre ou en aluminium. Avantageusement, la fréquence d'alimentation générée par le circuit d'alimentation 2 est égale aux fréquences de résonance des circuits résonnants.
Lorsque le circuit d'alimentation 2 applique une tension alternative sur le circuit résonnant 121 , un courant variable circule dans ce circuit 121 , dont l'enroulement crée un flux magnétique variable. Une partie de ce flux magnétique va traverser l'enroulement du circuit résonnant 122 par couplage mutuel. Le flux variable dans l'enroulement du circuit résonnant intermédiaire 122 crée une tension induite variable dans l'enroulement. Un courant variable apparaît dans cet enroulement et dans le condensateur 152. Ce courant crée alors un autre flux magnétique variable. Ainsi, de l'énergie électrique est transférée de proche en proche jusqu'au circuit résonnant 124.
Un isolateur 1 selon l'invention permet ainsi de façon simple de transférer, avec une isolation galvanique, de l'énergie électrique entre un circuit d'alimentation et un circuit électronique présentant des potentiels très différents. Un tel isolateur 1 reste compact et l'utilisation des propriétés d'isolation du corps isolant 1 1 comme support de circuit résonnant permet de réduire la distance entre les circuits résonnants d'extrémités, ce qui permet d'améliorer encore le rendement de transmission.
Avantageusement, les circuits résonnants intermédiaires 122 et 123 présentent une même fréquence de résonance. Avantageusement, le circuit résonnant d'entrée 121 et le circuit résonnant de sortie 124 présente la même fréquence de résonance que les circuits résonnants intermédiaires. Ces différentes configurations permettent d'améliorer le rendement de transmission d'énergie du dispositif 12. Il est particulièrement difficile d'obtenir de bons rendements lorsque la distance entre émetteur et récepteur est importante or, dans un contexte d'équipement haute tension, cette distance est importante pour assurer une isolation galvanique. Avantageusement, la fréquence de résonance des circuits résonnants 121 à 124 est au moins égale à 5 kHz, voire au moins égale à 20 kHz, voire au moins égale à 100 kHz, pouvant par exemple atteindre 1 GHz. De tels niveaux de fréquence de résonance permettent :
-de réduire la taille des condensateurs des circuits résonnants, voire de les éliminer ;
-de réduire le nombre de spires de chaque enroulement d'un circuit résonnant.
Dans l'exemple illustré, les circuits résonnants 121 , 122, 123 et 124 incluent un chacun un condensateur. Un tel composant est facultatif, la capacité parasite des enroulements des circuits résonnants pouvant être suffisante pour obtenir une fréquence de résonance appropriée pour chacun de ces circuits résonnants. Les condensateurs des circuits résonnants peuvent préférentiellement être du type film ou céramique.
Pour accroître le couplage mutuel entre les enroulements des circuits résonnants 121 à 124, les enroulements sont avantageusement concentriques, avec un axe confondu à celui du corps isolant 1 1 . L'utilisation d'enroulements concentriques ayant un axe confondu à celui du corps isolant 1 1 permet de maintenir ces enroulements parallèles aux lignes équipotentielles. Les enroulements n'altèrent ainsi pas la tenue en tension de l'isolateur 1 . Afin d'accroître encore le rendement du dispositif de transmission d'énergie 12, chacun desdits enroulements comporte plusieurs spires enroulées autour de l'axe du corps isolant 1 1 .
Dans un souci de simplification, le dispositif de transmission 12 comprend ici seulement deux circuits résonnants intermédiaires. On peut cependant envisager d'utiliser un plus grand nombre de circuits résonnants intermédiaires afin de réduire la distance entre deux circuits résonnants adjacents et d'améliorer ainsi le rendement de transmission de ce dispositif de transmission 12. Le nombre de circuits résonants intermédiaires pourra par exemple être défini en fonction de la longueur du corps isolant 1 1 , ainsi que de sa géométrie.
Le corps isolant 1 1 est par exemple réalisé dans un matériau isolant usuel, tel que de la céramique, de la porcelaine ou du verre. Le corps isolant 1 1 peut aussi être réalisé sous forme composite comme un axe en fibre de verre et une gaine en silicone. Le corps isolant 1 1 conserve la fonction usuelle d'un isolateur, à savoir isoler galvaniquement des supports 13 et 14, placés à des potentiels électriques très différents.
Les enroulements des circuits résonnants sont ici circulaires, pour s'adapter à un corps isolant 1 1 présentant une symétrie de révolution.
La figure 3 est une vue en coupe schématique dans un plan longitudinal d'une première variante d'isolateur selon l'invention. La figure 3 est uniquement une vue de détail au niveau d'un circuit résonnant 120 du dispositif de transmission d'énergie 12. Le corps isolant 1 1 a ici une forme de révolution autour de l'axe 1 15, définissant une alternance d'anneaux saillants 1 1 1 et de gorges 1 12. L'enroulement du circuit résonnant 120 comporte plusieurs spires 160 enroulées autour de l'axe 1 15 et connectées à un condensateur 150. Les spires 160 et le condensateur 150 sont ici positionnés au fond de la gorge 1 12, ce qui permet de leur assurer une plus grande protection mécanique et électrique.
Des rainures 1 14 sont avantageusement ménagées dans la gorge 1 12.
Les rainures 1 14 présentent le même pas que les spires 160 de l'enroulement du circuit résonnant 120. Les spires 160 de cet enroulement sont logées dans ces rainures 1 14, ce qui permet notamment de garantir un meilleur maintien mécanique de ces spires 160.
Le condensateur 150 est fixé au corps isolant 1 1 par tous moyens appropriés, par exemple par collage. Le condensateur 150 est ici logé dans une rainure respective ou dans un renfoncement. Avantageusement, l'enroulement du circuit résonnant 120 (et le cas échéant le condensateur 150) est recouvert par un matériau isolant électriquement 18. Ainsi, la maintenance de l'isolateur 1 sera facilitée, en permettant par exemple une projection d'eau pour éviter la formation d'un chemin de conduction en surface du corps isolant 1 1 , sans pour autant altérer le circuit résonnant 120. Le matériau isolant 18 forme ici un manchon autour des spires 160. Le matériau isolant est par exemple une résine synthétique isolante.
La figure 4 est une vue en coupe schématique dans un plan longitudinal d'une deuxième variante d'isolateur selon l'invention. La figure 4 est uniquement une vue de détail au niveau d'un circuit résonnant 120 du dispositif de transmission d'énergie 12. Le corps isolant 1 1 a ici une forme de révolution autour de l'axe 1 15, définissant une alternance d'anneaux saillants 1 1 1 et de gorges 1 12. L'enroulement du circuit résonnant 120 comporte plusieurs spires 160 enroulées autour de l'axe 1 15 et connectées à un condensateur 150. Les spires 160 et le condensateur 150 sont ici positionnés à la périphérie d'un anneau saillant 1 1 1 , ce qui permet d'accroître le couplage mutuel entre les circuits résonnants adjacents. Des rainures 1 14 sont ménagées à la périphérie de l'anneau saillant 1 1 1 . Les rainures 1 14 présentent le même pas que les spires 160 de l'enroulement du circuit résonnant 120. Les spires 160 de cet enroulement sont logées dans ces rainures 1 14, ce qui permet notamment de garantir un meilleur maintien mécanique de ces spires 160.
Le condensateur 150 est fixé au corps isolant 1 1 par tous moyens appropriés, par exemple par collage. Le condensateur 150 est ici logé dans une rainure respective ou dans un renfoncement. Avantageusement, l'enroulement du circuit résonnant 120 (et le cas échéant le condensateur 150) est recouvert par un matériau isolant électriquement 18. Ainsi, la maintenance de l'isolateur 1 sera facilitée, en permettant par exemple une projection d'eau pour éviter la formation d'un chemin de conduction en surface du corps isolant 1 1 , sans pour autant altérer le circuit résonnant 120. Le matériau isolant 18 forme ici un manchon autour des spires 160. Le matériau isolant est par exemple une résine synthétique isolante.
La figure 5 est une vue en coupe schématique dans un plan longitudinal d'une troisième variante d'isolateur selon l'invention. La figure 5 est uniquement une vue de détail au niveau d'un circuit résonnant 120 du dispositif de transmission d'énergie 12. Le corps isolant 1 1 a ici une forme de révolution autour de l'axe 1 15, définissant une alternance d'anneaux saillants 1 1 1 et de gorges 1 12. On définit par 1 13 la jonction entre un anneau saillant 1 1 1 et une gorge 1 12. L'enroulement du circuit résonnant 120 comporte plusieurs spires 160 enroulées autour de l'axe 1 15 et connectées à un condensateur 150. Les spires 160 et le condensateur 150 sont ici positionnés dans la jonction entre un anneau saillant 1 1 1 et une gorge 1 12.
Des rainures 1 14 sont ménagées dans la jonction 1 13. Les spires 160 sont positionnées sensiblement dans un même plan et concentriques. Les spires 160 de cet enroulement sont logées dans ces rainures 1 14, ce qui permet notamment de garantir un meilleur maintien mécanique de ces spires 160.
Le condensateur 150 est fixé au corps isolant 1 1 par tous moyens appropriés, par exemple par collage. Le condensateur 150 est ici logé dans une rainure respective ou dans un renfoncement. Avantageusement, l'enroulement du circuit résonnant 120 (et le cas échéant le condensateur 150) est recouvert par un matériau isolant électriquement 18. Ainsi, la maintenance de l'isolateur 1 sera facilitée, en permettant par exemple une projection d'eau pour éviter la formation d'un chemin de conduction en surface du corps isolant 1 1 , sans pour autant altérer le circuit résonnant 120. Le matériau isolant est par exemple une résine synthétique isolante. On peut également envisager une autre variante de l'isolateur 1 de la figure 5. Les spires d'un enroulement étant dans un même plan, elles peuvent être incluses dans un circuit imprimé. Le condensateur 150 peut alors être un composant discret soudé sur un tel circuit imprimé.
Dans les exemples illustrés, les enroulements des circuits résonnants sont rapportés sur le corps isolant 1 1 . On peut cependant également envisager de noyer les enroulements des circuits résonnants à l'intérieur du matériau du corps isolant 1 1 .
On peut également envisager une autre variante de l'isolateur 1 de la figure
5. Les spires d'un enroulement étant dans un même plan, elles peuvent être réalisées sous forme de pistes sur un circuit imprimé simple ou double face ou de pistes dans un circuit imprimé multicouches. Le condensateur 150 peut alors être un composant discret soudé sur un tel circuit imprimé.
Les variantes illustrées aux figures 6 et 7 correspondent à des modes de réalisation d'enroulements de circuits résonnants noyés à l'intérieur du matériau du corps isolant 1 1 et avec un enroulement réalisé par des pistes sur un circuit imprimé.
La figure 6 est une vue en coupe schématique dans un plan longitudinal d'une quatrième variante d'isolateur selon l'invention. La figure 6 est uniquement une vue de détail au niveau d'un circuit résonnant 120 du dispositif de transmission d'énergie 12. Le corps isolant 1 1 a ici une forme de révolution autour de l'axe 1 15, définissant une alternance d'anneaux saillants 1 1 1 et de gorges 1 12. L'enroulement du circuit résonnant 120 comporte plusieurs spires 160. Les spires 160 sont ici réalisées sous forme de pistes sur un substrat de circuit imprimé 19. Le circuit imprimé 19 est ici noyé dans le matériau du corps isolant 1 1 , et s'étend notamment radialement dans un anneau saillant 1 1 1 . Les spires 160 sont enroulées autour de l'axe 1 15. Les spires 160 sont ici connectées à un condensateur 150. Le condensateur 150 est fixé au circuit imprimé 19.
La figure 7 est une vue en coupe schématique dans un plan longitudinal d'une cinquième variante d'isolateur selon l'invention. La figure 7 est uniquement une vue de détail au niveau d'un circuit résonnant 120 du dispositif de transmission d'énergie 12. Le corps isolant 1 1 a ici une forme de révolution autour de l'axe 1 15, définissant une alternance d'anneaux saillants 1 1 1 et de gorges 1 12. L'enroulement du circuit résonnant 120 comporte plusieurs spires 160. Les spires 160 sont ici réalisées sous forme de pistes sur les deux faces opposées d'un substrat de circuit imprimé 19. Le circuit imprimé 19 est ici noyé dans le matériau du corps isolant 1 1 , et s'étend notamment radialement dans un anneau saillant 1 1 1 . Les spires 160 sont enroulées autour de l'axe 1 15. Dans les exemples illustrés, les spires des enroulements sont logées dans des rainures de l'isolateur 1 . On peut également envisager d'autres variantes, par exemple des spires simplement fixées à la surface du corps isolant 1 1 .
Dans l'exemple illustré, le corps isolant 1 1 présente une alternance d'anneaux saillants et de gorges. Cependant, l'invention peut également s'appliquer à un isolateur 1 comportant un corps isolant dont la surface externe est cylindrique.

Claims

REVENDICATIONS
Isolateur électrique haute tension (1 ), comportant un corps isolant (1 1 ) allongé selon un axe (1 15), présentant des première et deuxième extrémités distantes (1 17,1 18) selon cet axe, caractérisé en ce qu'il comprend en outre :
-au moins des premier et deuxième circuits résonnants (122,123) isolés galvaniquement les uns des autres par ledit corps isolant (1 1 ), les premier et deuxième circuits résonnants comprenant au moins un enroulement respectif (160) autour dudit axe, lesdits enroulements étant distants les uns des autres selon ledit axe et couplés magnétiquement.
Isolateur (1 ) selon la revendication 1 , dans lequel le corps isolant (1 1 ) a une forme de révolution définissant une alternance d'anneaux saillants (1 1 1 ) et de gorges (1 12), lesdits enroulements (160) étant disposés dans des gorges respectives (1 14).
Isolateur (1 ) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel des rainures (1 14) sont ménagées dans le corps isolant (1 1 ) et dans lequel lesdits enroulements (160) sont logés dans lesdites rainures.
Isolateur (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits enroulements (160) sont recouverts d'un matériau isolant électriquement (18).
Isolateur (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits enroulements (160) comprennent chacun plusieurs spires enroulées autour dudit axe (1 15), lesdits enroulements étant concentriques.
Isolateur (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant deux supports conducteurs (13,14) fixés respectivement aux première et deuxième extrémités du corps (1 17,1 18).
Isolateur (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les fréquences de résonance desdits premier et deuxième circuits résonnants (122,123) sont comprises entre 50 Hz et 1 GHz.
Isolateur (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chacun desdits premier et deuxième circuits résonnants (122,123) comprend un condensateur (152,153) connecté en série avec un enroulement respectif, ledit condensateur étant fixé au corps (1 1 ) de l'isolateur.
9. Isolateur (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un troisième circuit résonnant isolé galvaniquement des premier et deuxième circuits résonnants par ledit corps isolant, le troisième circuit résonnant comprenant au moins un enroulement respectif autour dudit axe, ledit enroulement étant distant des enroulements des premier et deuxième circuits résonnants selon ledit axe et étant couplé magnétiquement à un enroulement du troisième circuit résonnant.
10. Isolateur (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des premier et deuxième supports de fixation (13, 14) fixés respectivement aux première et deuxième extrémités (1 17, 1 18) du corps isolant (1 1 ), les premier et deuxième supports de fixation étant isolés électriquement par le corps isolant (1 1 ). 1 1 . Isolateur (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins une section transversale de l'isolateur ne contient que du matériau isolant électriquement.
12. Système, comprenant :
-un isolateur (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes ;
-une alimentation électrique alternative (2) générant un potentiel d'alimentation à partir d'un potentiel de terre (93), ladite alimentation électrique (2) étant connectée à un quatrième circuit résonnant (121 ) muni d'un enroulement (161 ) de génération d'un flux magnétique, ledit enroulement de génération d'un flux magnétique étant positionné au niveau de la première extrémité (1 17) du corps (1 1 ).
13. Système selon la revendication 12, dans lequel l'alimentation électrique (2) génère un potentiel d'alimentation à une fréquence identique à la fréquence de résonnance desdits premier, deuxième et quatrième circuits résonnants.
14. Système selon la revendication 12 ou 13, comprenant :
-un circuit électronique (3) destiné à être connecté à un équipement haute tension (94), connecté à un cinquième circuit résonnant (124) muni d'un enroulement de réception d'un flux magnétique (164), ledit enroulement de réception étant positionné au niveau de la deuxième extrémité (1 18) du corps (1 1 ).
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