Brevet FR2509540A1 — publié le 19830114

Dispositif de distribution d'énergie L'invention concerne un dispositif de distributionl d'énergie électrique pour ensembles électroniques Elle est applicable principalement dans les industries électroniques, les télécommunications et l'informatique, en particulier pour l'alimentation électrique des autocommutateurs. Les ensembles électroniques, dont la fiabilité augmente sans cesse, exigent généralement une alimentation à l'épreuve de tout risque d'interruption. Parallèlement on demande aux alimentations d'être le plus modulaires et le plus universelles possible et aussi d'avoir un rendement élevé. Une première étape consiste à améliorer les performances des sources d'énergie primaires En particulier la demande de brevet français N O 80 05141 "système de distribution d'énergie pour ensembles électroniques" de la demanderesse d'écrit un système de distribution d'énergie dans lequel les sources primaires sont standardisées et ne nécessitent plus de régulation. D'autre part, notamment dans des applications aux autocommutateurs, une décentralisation des équipements en alimentant directement par le secteur alternatif les bâtis d'une installation apporte une diminution du co t de transport de l'énergie et une amélioration de la modularité. Cependant la décentralisation entraîne une multiplication et une augmentation de volume des équipements au niveau secondaire, c'est-à-dire des bâtis, et perd une partie de ses avantages de modularité, si le réseau est secouru-par une source d'éntrgie centralisée Il est intéressant de rechercher un dispositif de secours également modulaire. L'invention a pour but de réaliser un dispositif de distribution d'énergie permettant de supprimer pratiquement les inconvénients cités plus haut, et permettant d'autre part d'améliorer fortement le rendement de l'installation. L'invention a pour objet un dispositif de distribution 2509540- 2- d'énergie, notamment pour un autocommutateur comportant des équipements électroniques alimentés en basse tension, à partir d'un réseau alternatif à haute tension, dans lequel les équipements sont organisés en bâtis et groupes de bâtis alimentés directement en haute tension à partir d'une distribu- tion primaire reliée audit réseau. Suivant l'invention, les bâtis et groupes de bâtis comportent un niveau secondaire d'alimentation formé de sources à isolement galvanique fournissant au moins une tension intermédiaire fixée par rapport à un potentiel de référence de l'installation, et un niveau tertiaire d'alimenta- tion des équipements formé de sources d'alimentation de tous types. Suivant une autre caractéristique de l'invention, dans le cas o le réseau est secouru par une source continue, une ligne de distribution unique permet l'alimentation du niveau secondaire Suivant une autre caractéristique de ltinvention les sources secondaires peuvent être couplées par un dispositif à diodes de type Schottky Suivant encore une caractéristique de l'invention, les-sources secondaires peuvent comporter une batterie de secours associée à un moyen de charge - Un exemple de réalisation va être décrit ci-après à l'aide des -Figure 1: tion -Figure 2: -Figure 3: -Figure 4: -Figure 5: figures suivantes qui représentent: le diagramme général d'un dispositif de distribu- dténergie décentralisé suivant l'invention, une variante de réalisation du niveau secondaire de la figure 1, le schéma d'une source secondaire secourue par une batterie et gérée au moyen d'une liaison de télécommande, le schéma d'un dispositif d'alimentation de périphériques informatiques, une application de l'invention à l'alimentation individuelle de bâtis, 3-Figure 6 une autre application de l'invention à l'alimentation d'une travée. Le dispositif de distribution d'énergie de l'invention comporte trois niveaux entre le réseau d'alimentation RA relié au secteur et les équipements et/ou sous-ens"mbles utilisateurs UT: les niveaux primaire PRI, secondaire SEC et tertiaire TER. Le niveau primaire est une simple distribution associée à un moyen de secours Il comporte une armoire de distribution ARD reliée au niveau secondaire SEC par une ligne de distribution LD. En entrée l'armoire de distribution ARD est reliée au secteur alternatif RA et à une source de secours GS. Au niveau secondaire on trouve une source (Si à Sn) par ensemble d'équipements utilisateurs, un ensemble étant constitué par exemple par 1 ou 2 bâtis suivant la nature des équipements C'est à ce niveau qu'est réalisé l'isolement galvanique entre réseau et utilisation Les sources peuvent être des convertisseurs, des transformateurs, etc Dans l'application représentée à la figure 1, la source-de secours GS est par exemple une source à haute tension continue constituée de batteries et de redresseurs reliés au réseau alternatif pour la recharge des batteries Dans ce cas on utilise au niveau secondaire des convertisseurs mixtes dont l'entrée peut être alimentée indifféremment en alternatif ou en continu. Il suffira donc d'avoir une ligne de distribution LD unique véhiculant normalement la tension alternative et en cas de panne du réseau, la tension continue fournie par les batteries de la source de secours GS. Dans de nombreuses applications on utilise principalement dans les sources secondaires Si à Sn des convertisseurs à sortie en courant continu On choisit de préférence une tension de sortie unique qui permet de standardiser les équipements et de mettre des équipements de secours communs. Les tensions plus élevées que la tension de sortie unique sont obtenues par couplage série comme indiqué plus 4- loin, et les, tensions plus faibles par réglage au niveau tertiaire. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1 une source secondaire fournit une tension positive V à travers un circuit de couplage à diodes CC Le pole négatif de la source est relié au point de référence de l'installation R (zéro logique) Cette disposition permet de secourir les N sources secondaires Si à Sn identiques par une ou plusieurs sources de secours Sn + 1 au niveau secondaire. Au tertiaire on a des alimentations sans isolement, par exemple des alimentations à découpage RD à tension réglable par variation de la largeur d'impulsion On peut aussi avoir d'autres sources tertiaires tels que convertisseurs CV ou onduleurs OND. Les équipements ou sous-ensembles utilisateurs UT sont reliés à la-sortie du tertiaire et au point de référence R. Naturellement, dans le cas de sous-ensembles complexes, il peut y avoir un quatrième niveau d'alimentation; on aura par exemple à la sortie du niveau secondaire V = + 24 volts, une alimentation au tertiaire à sortie en 12 volts, puis des convertisseurs à sortie 12 V, + 5 V, 5 V etc Dans l'exemple de la figure 2 on utilise également des sources secondaires V = + 24 volts Une source en 48 volts est obtenue par couplage série de sources 24 volts. La-même disposition est utilisée pour les sources de secours Sn + 1, Sn + 2. Au niveau secondaire le choix d'une tension de 24 volts par source secondaire permet l'utilisation, dans les circuits de couplage CC, de diodes Schottky qui ont une faible chute de tension, d'o un rendement amélioré. Le dispositif suivant l'invention permet d'utiliser au niveau primaire un simple groupe électrogène de secours, au lieu d'un ensemble batterie/redresseurs reliés au réseau, solution coûteuse en place et en matériel, et au niveau secondaire, un secours par batterie de chaque source secondaire. - L'autonomie de ces batteries peut être faible, par exemple 15 minutes Elle doit seulement permettre d'attendre la mise en service du groupe électrogène. La figure 3 représente une source secondaire secourue par une batterie de faible autonomie La ligne de distribution LD est reliée à un convertisseur principal CP non régulé dont la sortie fournit la tension continue + 24 volts par l'intermé- diaire d'un filtre F et d'une diode Dl Une diode D 2 permet le secours par une autre source secondaire reliée à une - entrée CS. Une batterie BA est reliée également à la sortie + 24 volts à travers un commutateur CR et une diode de dècouplage D 3 Le commutateur permet de commander la mise en service ou hors service de la batterie. La batterie est chargée et -maintenue en charge par une source auxiliaire CA, par exemple un convertisseur régulé de faible puissance, alimentée à partir de l'armoire de distribution ARD par une ligne auxiliaire LA Naturellement les caractéristiques d'utilisation des lignes LA et LD peuvent être les mêmes Dans ce cas on utilisera une seule ligne pour alimenter les convertisseurs CP et les convertisseurs CA. Le dispositif comporte également des détecteurs de sous- tension DT 1, DT 2 fournissant une alarme AL 1, AL 2 lorsque la tension tombe en dessous d'un seuil déterminé Le détecteur DT 1 surveille la tension de sortie du convertisseur principal CP, et le détecteur DT 2 surveille la tension de la batterie. Un interrupteur manuel MS permet la mise hors service de la batterie D'autre part les circuits sont protégés par des fusibles FU Le dispositif représenté figure 3 permet également la télécommande de la source secondaire En effet pour gérer de manière optimale l'ensemble des sources secondaires il est intéressant de centraliser les informations de fonction- nement et également de prévoir une gestion par ordinateur. En particulier la télécommande permet de n'utiliser la batterie BA que dans des cas de figure bien déterminés 6- par exemple il est inutile de décharger cette batterie en cas de court-circuit du convertisseur principal, ou même en cas de panne si la source secondaire est secourue. Le dispositif comporte une interface de commande IC reliée à une logique de commande centrale (non représentée) par un bus d'échanges BE L'interface IC commande le commuta- teur CR Elle est reliée également aux détecteurs DT 1 et DT 2. L'interface comportera par exemple un circuit de commande du commutateur et un circuit d'exploration permettant la lecture par le calculateur des informations suivantes état du commutateur, état des détecteurs, état des fusibles, informations numériques données par des circuits de mesure non représentés (tensions et débits d'entrée et de sortie, courant fourni par la batterie et par la source de secours secondaire reliée à l'entrée CS, etc). Le circuit de commande du commutateur sera par exemple formé d'une bascule et d'un circuit de décision tenant compte de l'état des détecteurs et d'une commande de validation fournie par le bus BE. Le dispositif suivant l'invention est également applicable à une installation mixte comportant des ensembles alimentés en basse tension et des ensembles alimentés en tension alterna- tive élevée, par exemple 220 ou 380 Y C'est le cas par exemple d'un autocommutateur comportant des périphériques informatiques. Une telle application est représentée à la figure 4. Les périphériques PF 1 à P Fn ont une double alimentation par onduleurs (ON 1 à ON 3) alimentés par un ensemble S de sources secondaires, par transformateur à écran TR relié à l'armoire de distribu- tion ARD. Suivant les conditions d'utilisation des périphériques et la-puissance qu'ils consomment, par rapport à la puissance 7- totale de l'installation, il est possible d'utiliser comme alimentation principale l'une ou l'autre des alimentations, la seconde servant de secours Le basculemént d'une alimentation sur l'autre est réalisé par un commutateur CM Les périphériques sont mis en service par un commutateur de départ CD. La source secondaire est par exemple du type indiqué à la figure 2 permettant de fournir du + 48 V secouru Chaque source secondaire peut également être secourue par batterie interne, comme indiqué à la figure 3. L'implantation d'un dispositif de distribution d'énergie décentralisé est tout à fait adaptée aux autooommutateurs à structure décentralisée et modulaire, mais elle est également intéressante dans le cas d'autres types d'installations existantes. La figure 5 montre un exemple d'implantation dans une installation modulaire. Les équipements utilisateurs UT à alimenter sont répartis dans des bâtis Bl à Bm d'une manière optimale en fonction de la capacité de l'installation. En supposant que l'on ait une source-secondaire standard, certains bâtis pourront nécessiter par exemple une source secondaire par bâti, et d'autres seulement une source secondaire pour deux bâtis. Dans l'exemple représenté, la ligne de distribution LD arrive par le haut sur un boîtier protégé BP inaccessible au personnel travaillant habituellement dans l'installation. La figure 6 montre une application à un central dans lequel, avec une distribution d'énergie centralisée, les bâtis sont organisés en travées TRA alimentées par des modules de distribution disposés en bout de travée Selon l'invention on a remplacé les modules par des sources secondaires, les sources tertiaires étant localisées dans les bâtis Dans le cas de remplacement du dispositif de distribution dans une installation existante les modifications à faire peuvent donc être réduites, et les anciens convertisseurs présents 8- dans les bâtis pourront souvent être conservés comme source tertiaire. A la figure 6 on montre le cas d'une-ligne de distribu- tion LD et d'une ligne basse tension BT entre les niveaux secondaire et tertiaire, passant par un faux plancher. Un autre avantage du dispositif décentralisé, qui apparaît par exemple sur la figure 4, provient de l'indépendance des sources secondaires Une perturbation provoquée par un équipement ne se propage pas D'autre part les surtensions d es aux mises en route de certains appareils tels que les périphériques PF, sont fortement réduites. j REVENDICATIONS 1/ Dispositif de distribution d'énergie, notamment pour un autocommutateur comportant des équipements utilisateurs électroniques alimentés en basse tension à partir d'un réseau alternatif à haute tension, dans lequel les équipements sont organisés en bâtis et groupes de bâtis alimentés direc- tement en haute tension à partir d'une distribution primaire reliée audit réseau, caractérisé par le fait que les bâtis et groupes de bâtis comportent un niveau secondaire d'alimenta- tion (SEC) formé de sources (Si à Sn) à isolement galvanique fournissant au moins une tension intermédiaire fixée par rapport à un potentiel de référence de l'installation (R) et un niveau tertiaire (TER) formé de sources d'alimentation (RD, CV, OND) reliées aux équipements utilisateurs (UT). 2/ Dispositif de distribution d'énergie suivant la revendication 1, dans lequel la distribution primaire est secourue par une source de secours (GS) à haute tension continue et dans lequel les sources du niveau secondaire (SEC) peuvent être alimentées en haute tension alternative ou continue, caractérisé par le fait que le niveau primaire et le niveau secondaire sont reliés par une ligne de distribution (LD) unique alimentée normalement par le réseau, et, en cas de panne de celui- ci, par la source de secours (GS). 3/ Dispositif suivant la revendication 1 dans lequel on utilise, au niveau secondaire, au moins un type de source standard fournissant une tension secondaire, au moins un type de source standard fournissant une tension de sortie positive (+ V) par rapport au potentiel de référence (R) , caractérisé par le fait que l'on réalise-des ensembles modu- laires par couplage d'au moins deux sources à l'aide de circuits de couplage (CC) à diodes inclus dans chaque source secondaire. 4/ Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que le circuit de couplage (CC) est réalisé avec - des diodes de type Schottky. / Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé par le fait qu'un nombre p de sources secondaires de secours sont couplées en parallèle à N sources secondaires (Si à Sn). 6/ Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé par le fait qu'au moins une source secondaire est secourue par une batterie (BA). 71 Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que la batterie (BA) est alimentée par une source auxiliaire (CA) à isolement galvanique. 8/ Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que la batterie est reliée au circuit de couplage (CC) par un commutateur électronique (CR). 9/ Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que la tension de sortie de la source secondaire et celle de la batterie (BA) sont surveillées séparément par des détecteurs à seuil (DT 1, DT 2) délivrant une alarme en cas de chute de tension au delà d'un seuil fixé. / Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé par le fait que la source secondaire comporte une interface (IC) reliée à un ordinateur par un bus d'échange (BE), ladite interface comportant des moyens pour commander le commutateur (CR) et des moyens pour émettre vers l'ordinateur les informations d'état concernant les différents organes de la source secondaire. 11/ Dispositif suivant la revendication 3 pour une installation comportant des équipements utilisateurs à alimenter en basse tension (UT) et des équipements utilisateurs à alimenter en haute tension (PF 1 à P Fn) pouvant être alimentés par deux sources distinctes par l'intermédiaire d'un commutateur (CM), caractérisé par le fait que l'une desdites sources est constituée par un ensemble (S) de sources secondaires associé à un ensemble d'onduleurs (ON 1 à ON 3). 12/ Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les sources du niveau tertiaire sont des alimenta- tions à découpage. _ 11- 13/ Dispositif suivant la revendication 1 pour une installation modulaire dont les bâtis et groupes de bâtis sont alimentés séparément par la distribution primaire, caractérisé par le fait qu'une source secondaire est implantée dans chaque bâti ou groupe de bâtis. 14/ Dispositif suivant la revendication 1 pour une installation dont les bâtis sont organisés en travées alimentées par - des moyens regroupés en extrémité de travée, caractérisé par le fait qu'un groupe de sources secondaires implanté en bout de travée est relié au primaire par une ligne de distribution (LD), et aux sources du niveau tertiaire (TER), implantées dans les bâtis des équipements qu'elles alimentent, par une ligne basse tension (BT).