Brevet FR2079299A1 — publié le 19711112

—i— 71 03942 2079299 La présente invention se rapporte à un appareil pour If transfert d'information, telle que valeur d'intensité, d'un haut niveau à un bas niveau de potentiel par l'effet capacitif d'un dispositif de couplage. 5 A mesure de l'accroissement de la valeur de la tension dans une ligne de transmission de puissance, le prix de revient impliqué pour produire le signal usuel d'intensité aux potentiels de sécurité aux fins d'utilisation au potentiel terrestre au moyen d'un transformateur isolé capable de supporter la tension IQ entre la terre et la ligne de puissance, augmente de manière crois-santé et le prix impliqué pour obtenir le signal d'intensité aux fins de relais devient une proportion de plus en plus grande de la valeur totale de l'appareil de relais. La présente invention élimine la nécessité de ce transformateur d'intensité coûteux. Dans la plupart des installations de relais du type à comparaison de phases, dans lesquelles la condition d'intensité au poste à distance est transmise au poste local, par exemple au moyen d'un courant porteur superposé sur l'une des lignes de transmission, une capacité de couplage est normalement utilisée à cha-20 La présente invention consiste en un appareil destiné à 25 transmettre l'information entre deux niveaux de potentiel, comprenant un premier et un second coupleurs pourvus chacun d'une première et d'une seconde bornes terminales mutuellement couplées par capacité, un premier et un second dispositifs d'impédance pourvus chacun d'une première paire de bornes électriquement espa-30 cées et d'une borne intermédiaire, la borne intermédiaire de cette première impédance est connectée au potentiel apparaissant au premier de ces niveaux, la borne intermédiaire de la seconde impédance est connectée au potentiel apparaissant au second de ces niveaux, les bornes espacées de ce premier dispositif sont connec-35 tées à ces premières bornes terminales, les bornes espacées du second dispositif sont connectées à ces secondes bornes terminales, un dispositif de transmission d'information couplé à ce premier BAD ORIGINAL ' 7r03942 —2°° 2079299 dispositif pour appliquer à celui-ci un signal d'information» et un dispositif récepteur d'information couplé à es second dispositif afin de- recevoir ce signal d'information transmis par ces_cou™ pleurs, sj L'invention sera maintenant décrite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, sur lesquels : La Figure 1 illustre un appareil associé a un conducteur à haute tension par rapport à la terre pour transférer un signal d'intensité d'un transformateur d'intensité légèrement isolé, par •10 l'intermédiaire d'un dispositif de transmission- un porteur de signal et un amplificateur-récepteur destiné à fournir l'information de ligne à un appareil situé pratiquement au potentiel terrestre; La Figure 2 est une courbe indiquant le changement de 25 fréquence de modulation avec le changement d'intensité de ligne de l'appareil de la Figure 1? La Figure 3 est une forme modifiée de 11installation représentée à la Figure 1? et - Les Figures 4 et 5 sont des - courbas.montrant la relation 20 tension-intensité aux deux sorties de l'appareil d© la Figure 3. En. référence aux dessins., «ne ligne de transmission 1 a un conducteur d®intensité 2."maintenu à très haute- tension par rapport à la terre 4, Un transformateur-d'iatensité 6 est associé au conducteur 2 et applique entre une paire d® conducteurs 8 et 25 10 un potentiel qui varie-selon la valeur de l'intensité passant dans le conducteur 2. Le transformateur 6 est pourvu d'un enroulement secondaire 12 dont les bornes terminales sont-connectées au moyen de dispositifs redresseurs 14 au conducteur 10, et est pourvu d'une prise centrale connectée directement au conducteur 8« 30 Une résistance 16 est connectée entre les conducteurs omnibus 8 et 10 et établit entre ceux-ci une valeur de tension correspondant à l'intensité passant dans le conducteur 2® Afin d'empêcher une augmentation anormale de tension entre les conducteurs 8 et 10 en l'occurence d'un courant défectueux anormalement élevé dans le 35 conducteur 2, une diode de Zener 18 et une résistance 20 sont connectées en série entre les conducteurs omnibus 8 et 10. Le courant de crête maximal prévu de l'enroulement 12 avec une valeur de courant dans le conducteur 2 de plusieurs multiples du courant bad original 71 03942 2079299 de charge normal peut être de l'ordre de 50 milliampères, et avec la valeur de la résistance 16 choisie de 200 ohms, la diode de Zener 18 peut avoir une valeur de rupture de 10 volts. Une Valeur convenable de la résistance 20 peut être de 10 ohms. 5 La tension entre les conducteurs 8 et 10 est traduite en une composante de fréquence au moyen d'un onduleur 26 pourvu de bornes 22 et 24 auxquelles les conducteurs 8 et 10 sont connectés, le circuit onduleur 26 peut être celui décrit dans la demande de brevet Etats-Unis N° 2 783 384. La fréquence du potentiel de 10 sortie aux bornes 28 et 30 sera proportionnelle à la tension appli' quée aux conducteurs 8 et 10 et par suite proportionnelle à l'intensité passant dans le conducteur 16 et en relation avec l'intensité passant dans le conducteur 2 ainsi que représenté à la Figure 2. 15 Une paire d'oscillateurs 32 et 32A, fonctionnant à dif férentes fréquences, sont connectés de manière à être excités avec l'énergie obtenue du conducteur 2, A cette fin, l'appareil est pourvu d'un transformateur d'intensité 34 couplé au conducteur 2. Son enroulement de sortie 36 est connecté pour exciter les 20 bornes de sortie 38 et 42 par l'intermédiaire d'un redresseur et fournir la puissance à ^oscillateur 32. De même, l'autre moitié de l'enroulement 36 est connecté aux bornes de sortie 40 et 42 par l'intermédiaire d'un autre redresseur pour fournir la puissance à l'oscillateur 32A. Selon la description plus détaillée .qui 25 va suivre, les oscillateurs 32 et 32A sont conducteurs au cours îles demi-cycles opposés du courant de la ligne 2. Chacun des demi-cycles aura une fréquence légèrement différente, de sorte que le signal transmis fournira l'information concernant la phase du courant ainsi que sa valeur. L'information est transmise sans 30 retard d'impulsion. Les diodes Zener 44 et 46 sont connectées respectivement entre les bornes 38, 42 et les bornes 40, 42 afin de déterminer et de limiter la tension appliquée aux oscillateurs 32 et 32A. Les oscillateurs 32 et 32A sont pratiquement identiques, 35 et seul l'oscillateur 32 sera décrit en détail. Cet oscillateur 32 comprend un transistor 48 et un circuit tampon 50 connectés de manière usuelle aux bornes de sertie 38 et 42 de la ouissance BAD ORIGINAL 1 -4- 71 03942 2079299 d'alimentation. L'oscillateur 32 est accordé de manière à osciller a une fréquence porteuse désirée et est modulé en amplitude par la fréquence de sortie de l'onduleur 26, laquelle est fonction de l'intensité instantanée de ligne. A cette fin, ses bor-5 nés de sortie 28 et 30 sont connectées au circuit base-émetteur d'un transistor 64 et aux parties couplées des circuits tampons 50 et 50A. Les bornes de sortie 38 et 40 soht connectées individuellement au moyen de redresseurs à la borne 56 de l'enroulement d'entrée 58 d'un dispositif à induction ou transformateur 60. 10 L'autre borne 62 de l'enroulement 58 est connectée au moyen du circuit co&lecteur-émetteur du transistor 64 et d'une partie du circuit tampon 50A à la borne commune négative 42 de la puissance d'alimentation. Au cours d'un demi-cycle du courant passant dans le 15 conducteur 2, un potentiel passant du positif au négatif est établi entre les bornes de sortie 38 et 42, de sorte que la puissance est appliquée à l'oscillateur 32 qui oscille alors à une fréquence déterminée par le circuit tampon 50 et modulée par la fréquence de sortie de l'onduleur 26. Au cours de ce demi—cycle, pratique-20 ment aucune puissance n'est fournie à l'oscillateur 32A en raison de l'absence de tension de collecteur de sorte que l'oscillateur 32A n'oscille pas. Au cours de l'autre demi-cycle du courant dans le conducteur 2, un potentiel passant du positif au négatif ast maintenu entre les bornes de sortie 40 et 42 de sorte que l*os 25 cillateur 32A oscille à la fréquence établie par son circuit tampon 50A, modulée par la fréquence de l'ohduleur 26. De même, l'oscillateur 32 n'oscille pas durant ces autres demi-cycles. L'enroulement de sortie 66 du transformateur 60 est pourvu d'une connexion de prise centrale 67 connectée par 30 le conducteur 68 au conducteur 2. Les bornes terminales de 1*enroulement 66 sont connectées aux bornes terminales supérieures d'une paire de capacités de couplage ou coupleurs 69 et 70. Les bornes terminales inférieures de ces coupleurs 69, 70, sont con-nedtées aux bornes terminales d'un enroulement à prise centrale 35 72 d'un dispositif a induction ou transformateur 74. La borne de prise centrale 76 est connectée à la terre 4. Le transformateur 74 est pourvu d'un enroulement de KlJ 71 03942 -5- 2079299 sortie 78 dont les bornes terminales sont connectées à un ampli.fi -cateur et démodulateur 80 qui peut être de toute construction courante, dans lequel les signaux qui lui sont appliqués par l'enroulement 78 sont amplifiés, détectés, équarris et écrêtés poux 5 produire une sortie à onde carrée à ses paires de bornes de sertis 82 et 84 en réponse au fonctionnement des transmetteurs 32 et 32A respectivement. Le signal h onde carrée de sortie de la paire de borne 82 est appliqué à l'enroulement d'entrée 85 d'un transformateur à noyau de fer 86 du type à saturation à boucle carrée, 10 pourvu d'un enroulement secondaire 88. La sortie de l'enroulement 88 représente un signal de sortie de valeur pratiquement constante pour chaque demi-cycle du signal appliqué à l'enroulement 85. Ce signal de sortie est redressé dans le circuit de redressement des deux alternances 89 et le résultat du redressement est appli-15 que entre les bornes d'entrée 90 et 91 d'un filtre 92 du type à résistance d'entrée constante, lequel est composé (1) d'un circuit résistif-inductif et (2) d'un circuit résistif-capacitif en parallèle et (3) d'une résistance dont la valeur est égale à la racine carrée du rapport entre la valeur de l'inductance et la valeur 20 de la capacité des premier et secohd circuits. Ce montage assuré une résistance effective raisonnablement constante qui empêche le réfléchissement d'une impédance par ailleurs variable sur le noyau de fer à saturation. La sortie du circuit 92 est appliquée à un amplificateur 94 qui amplifie les signaux fournis aux indicateurs 25 et appareils de mesure désirés (non représentés). Le circuit 94A connecté à la borne de sortie 84 est similaire au circuit 94 connecté à la borne de sortie 82, et comprend un transformateur à noyau de fer 86A du type à saturation à boucle carrée, un pont ou circuit de redressement des deux alter-30 nances 89A et un filtre 92A connecté à l'amplificateur 94 en parallèle avec le filtre 92. Les filtres 92 et 92A qui empêchent le réfléchissement des phénomènes transitoires dans le noyau ont leurs valeurs maintenues au minimum pour empêcher l'introduction d'un retard excessif, Le filtre que l'on vient de décrire donne 35 approximativement un retard de 18° par rapport aux circuits de tension. L'information de déphasage en arrière est appliquée au démodulateur comme signal de décalage de fréquence. bad original 1 7V 03942 2079299 La "fréquence porteuse des oscillateurs 32 et 32A peut être celle désirée. La fréquence de sortie ck> l'onduleur ou transducteur 26 peut avoir une gamme comprise entre 0 et 3 kilo-hertz dans la gamme de 0 à 100 % de .l'intensité caractéristique passant dans le conducteur 2, et peut avoir une gamme de 3 à 6 kilohertz dans la gamme de 100 à 2000 % de l'intensité caractéristique passant dans le conducteur 2» Dans ces conditions» une sortie à onde carrée de 0,3 à 3,0 kilohertz aura une bonne précision, et celle de 3,0 a 6,0 kilohertz aura une précision raisonnable. Puisque les intensités inférieures à 10 % de l'intensité caractéristique du conducteur 2 ne présentent que peu d'intérêt en ce qui concerne une ligne de puissance à haute tension qui, même aux conditions de ligne ouverte, a un courant de. charge pratiquement supérieur à 10 % de 19intensité caractéristique de ligne. La sortie des filtres 92 et 92A- fournit à 1* amplificateur 94 un signal qui est proportionnel à l'intensité passant dans la ligne 2 et peut être utilisé en toute sécurité aux potentiels terrestres pour' appliques im signal auss indicateurs et instruments de mesure. A la Figure 2, la région en dessous, de 3 kilohertz est comprimée aux fins de"relais et est obtenue par changement, ds résistance au niveau de courant 100 % de sorte qu'à ce"moment un circuit s'élève et le circuit de'compensation s1abaisse® La Figure; 3 représente, im® autre forme de réalisation dans laquelle les éléments similaires sont désignés par les mêmes caractères de référence, mais augmenté de 100, que ceux utilisés à la Figure 1. A la Figure 3, 1senroulement secondaire du transformateur d'intensité 106 a ses bornes terminales connectées de manière à exciter une paire de conducteurs ou barres omnibus 108 et 110, entre lesquels est connectée une résistance 116 et qui sont pourvus d'une paire de diodes de Zener montées dos-à-dos, 118 et 118A, connectées en série avec une résistance 120 afin de limiter la tension à laquelle le courant passant dans le conducteur 102 peut élever les barres omnibus 108 et 110. Le conducteur 110 est connecté à une borne d1entrée 122 d'un transducteur tension-intensité ou onduleur 126, et le conducteur 108 est connecté en série avec les bornes de sorties 128 et 130 du transducbad original 71 03942 -7- 2079299 teur 126 au collecteur du transistor 96. L'émetteur du transistor 96 est connecté à la borne de prise centrale 97 de l'enroulement d'arc 98 faisant partie d'un circuit tampon 99 connecté à la base du transistor 96, et l'autre borne est connectée à la 5 borne d'entrée 124 du transducteur 126* La puissance d'alimentation est fournie au circuit tampon 99 par un transformateur 134 similaire au transformateur 34. L'enroulement 98 sert d'enroulement primaire au transformateur de sortie 160 dont les bornes terminales de son enroulement de sortie 166 sont connectées aux 10 bornes terminales supérieures des capacités de couplage 169, 170, et sa connexion de prise centrale est connectée par le conducteur 168 au conducteur 102. Les bornes terminales inférieures des capacités de couplage 169, 170 sont connectées aux bornes terminales de l'enroulement 172 du transformateur 174. La borne de 15 prise centrale 176 est connectée à la terre 104. Cette connexion, si on le désire peut comprendre en série une inductance et une capacité. L'enroulement 178 du transformateur 174 est connecté aux bornes d'entrée d'un amplificateur et discriminateur 180. 20 Cet appareil 180 comprend un circuit discriminateur de modulation de fréquence avec une fréquence centrale de sortie zéro correspondant à la fréquence de sortie du circuit 126 à la tension zéro entre les conducteurs 108 et 110. La sortie est connectée aux bornes d'entrée 190 et 191 d'une paire de filtres 192 et 193. 25 Pour le relais, il est désirable d'avoir un changement relative--ment faible de la tension de sortie dans la gamme inférieure d'intensité et le filtre 192 est agencé pour comprimer les changements dans la gamme inférieure d'intensités ainsi que l'indique la courbe 200 de la Figure 4. La tension de sortie du filtre 192 30 est appliquée à l'entrée d'un amplificateur 202 dont la sortie est appliquée à un montage de relais convenable (non représenté). Le filtre 193 comprime la région au-dessus de 100 % d'intensité caractéristique, pouvant produire une fréquence de sortie de trois kilocycles ainsi qu'indiqué par la courbe 204 de la Figure 5. La 35 sortie du filtre 193 est appliquée à un amplificateur 206 qui peut être utilisé pour exciter les appareils indicateurs ou autres appareils de mesure (non représenté) selon les besoins. 71 03942 -8— 2079299 Lorsque les capacités de couplage ne sont pas utilisées pour interconnecter les bornes terminales des enroulements 66 et 72 des transformateurs 60 et 74,déux chapelets d'isolateurs du type à suspension peuvent être utilisés pour constituer le canal de communication pour l'information à fréquence modulée qui passe du transmetteur à haut potentiel de la ligne de transmission aux récepteurs presque au potentiel terrestre. 71 03942 -9- 2079299 REVENDICATIONS 1. Appareil destiné à transmettre l'information entr* deux niveaux de potentiel, comprenant un premier et un second coupleurs pourvus chacun d'une première et d'une seconde bornes 5 terminales mutuellement couplées par capacité, un premier et un second dispositifs d'impédance pourvus chacun d'une première paire de bornes électriquement espacées et d'une borne intermédiaire, cette borne intermédiaire du premier dispositif d'impédance est connectée à ce potentiel du premier de ces niveaux, la 10 borne intermédiaire du second dispositif d'impédance est connectée au potentiel de ce second niveau, les bornes espacées du premier dispositif sont connectées à ces premières bornes terminales, les bornes espacées du second dispositif sont connectées à ces secondes bornes terminales, un dispositif de transmission d'Infor-15 mation couplé à ce premier dispositif pour appliquer à celui-ci un signal d'information, et un dispositif de réception d'information couplé à ce second dispositif pour recevoir le signal d'Information transmis au moyen de ces coupleurs, 2. Appareil selon revendication 1 caractérisé par le 20 fait que chaque dispositif d'impédance est de nature inductive e; comprend un enroulement, ces bornes espacées étant connectées à cet enroulement en des parties espacées de celui-ci, et la borne intermédiaire étant connectée I cet enroulement entre ces parties espacées. 25 3o Appareil selon revendication 2 caractérisé par le fait que cette borne intermédiaire est également espacée inducti-vement de chacune de ces bornes terminales* 4. Appareil selon revendication 3 caractérisé par le fait que chaque dispositif induCtif comprend une seconde paire de 30 bornes espacées connectées à cet enroulement, ce dispositif de transmission étant couplé entre cette seconde paire de bornes espacées et ce premier dispositif induetif, et le dispositif récepteur étant couplé entre cette seconde paire de bornes espacées et le second dispositif inductif. 35 5. Appareil selon revendication 4 caractérisé par le fait que la partie d'enroulement de chaque dispositif d'impédance à*laquelle sa seconde paire de bornes espacées est connectée est 6ad original 1 7î 03942 ■10- 2079299 conductivement isolée et inductivement couplés à la partie de set enroulement du dispositif d'impédance respectif à laquelle sa première paire de bornes espacées est connectée* 6® Appareil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que' chaque coupleur comprend un certain nombre de dispositifs capacitifs connectés en série» 7. Appareil selon l'une des revendications 1 à 5» caractérisé" par le fait que chaque coupleur comprend un certain 'nombre d'isolateurs a suspension connectés en série. S.* Appareil selon revend! 6 ow 7, caractérisé par le -fait que le dispositif de transsiasiax «î3 information comprend un transducteur d'intensité en fréquence et 'un transmetteur? ce transducteur ayant. une entrée connectée de manière, à litre excitée en 'fonction de l'intensité passant dsns un conducteur à ce premier niveau de potentiel et une sortie couplée à ce transmetteur, et des moyens couplant 1© transesttsux a ce conducteur pour fournir a celui-ci l?énergî® de ce conducteur» 9e Appareil selon reYsadicstisrs S caractérisé par le fait que ce conducteur est excité par ws courant alternatif, se transmetteur comprend un premier et un second oscillateurs, dont le premier est rendu effectif durant les premiers demi-cycles d'une polarité et le second est rendu effectif durant les seconds demi-cycles d5une - seconde polarité® 10. Appareil selon revendication 9 caractérisé par le fait que la mise en fonction de ces oscillateurs est commandée par le dispositif qui fournît .18énergie de ce conducteur au transmetteur. 11. Appareil selon revendication 9 ou 10 caractérisé par le fait que ces oscillations transmettent des signaux à des fréquences différentes de sorte que le sens du courant dans ce conducteur est transmis sans déphasage en arrières 12. Appareil selon l2une des précédantes revendications caractérisé par le fait que les dispositifs ds impédance sont constitués par un premier et un second transforni-steurs d'accord d'impédance • 13. Appareil comprenant une installation de relais pour ligne de transmis sion de puissance* destiné à transférer l'in formation d'un niveau élevé à un bas niveau de potentiel.