Brevet FR2642872A1 — publié le 19900810

SYSTEME DE CONTROLE POUR CLOTURES ELECTRIQUES Cette invention concerne les systèmes de clôtures électriques destinées à garder le bétail, ou à protéger des lieux contre les intrusions d'animaux ou de personnes. Les système de clôtures consistent en un générateur d'impulsions électriques dont une des sorties est reliée à un ou plusieurs fils conducteurs fixés sur des isolateurs, et dont l'autre sortie est reliée à la terre et/ou à des fils conducteurs eux-mêmes reliés à la terre. La décharge ressentie par un animal ou un homme touchant à la fois le fil isolé et la masse (terre ou circuit de terre) est suffisamment douloureuse pour le dissuader de franchir la clôture. L'inconvénient inhérent à une telle clôture est que l'on ne connait pas l'état électrique tout au long de la clôture. Des défauts disolement, ou la rupture des câbles conducteurs peuvent provoquer une perte totale d'efficacité à une certaine distance du générateur d'impulsions électriques. Un dispositif peut être associé au générateur d'impulsions pour mesurer les caractéristiques électriques entre les deux sorties du générateur, mais cette détection ne renseigne pas sur ce qui se passe à l'extrémité du fil de clôture; on ne sait pas, en particulier, si le fil de clôture est coupé en un certain endroit. 2 0 Pour les clôtures antipersonnelles, qui doivent permettre d'assurer une surveillance depuis un poste central, et pour lesquelles on doit envisager la malveillance imaginative d'intrus éventuels, on a conçu des électrificateurs possédant un plot de sortie et un plot de retour pour le fil électrifié. Ce fil est ins- tallé en faisant une boucle et l'on détecte les ruptures ou bris éventuels du fil par l'absence d'un petit courant porteur généré entre les deux plots de la haute tension. Un tel système ne détecte cependant pas l'action malveillante consistant à court-circuiter le fil haute tension entre le conducteur 'aller" et le conducteur retour", avant l'extrémité de la clôture; la rupture intentionnelle du fil haute tension au-delà de ce court-circuit n'est alors plus détectée. 2 2642872 La présente invention décrit un système qui palie à l'inconvénient décrit ci-dessus, sans même obliger à installer un fil de clôture en circuit fermé. On comprendra mieux les éléments de l'invention en se reportant à la figure 1. Un générateur d'impulsions électriques (ou "électrificateur") A délivre des impulsions qui sont dirigées sur un ou plu- sieurs fils conducteurs F. La seconde borne de l'électrificateur est reliée à une prise de terre T et éventuellement à des fils conducteurs reliés à la terre (ou "masse") S. Les fil F sont supportés par des poteaux P munis d'isolateurs I. Le principe de l'invention consiste à installer à l'extrémité de la ligne un système de détection D qui, en fonction des caractéristiques de l'impulsion électrique à laquelle il est soumis, environ chaque se- conde, renvoie une information vers l'électrificateur à fins d'analyse et d'affichage. L'information peut également être renvoyée vers un site de surveillance différent du site o se trouve l'électrificateur. Le détecteur D a une impédance d'entrée suffisamment élevée pour ne représenter que des pertes négligeables lorsqu'il est connecté entre le fil électrifié et la terre. L'entrée du détecteur D peut par exemple consister en un pont diviseur de résistances, ou de conden- sateurs, qui abaisse la tension crête de rimpulsion; un circuit électronique analyse ensuite l'impulsion résiduelle (voltage ou éventuellement: voltage intégré avec une constante de temps plus ou moins longue); un signal de retour résultant de l'analyse est envoyé vers le générateur A près duquel, ou - dans lequel se fait l'analyse du signal de retour et son affichage. Une sonnerie peut être prévue pour se déclencher en cas d'absence de signal de retour ou en cas de signal indiquant une valeur insuffi- sante des caractéristiques électriques de l'impulsion atteignant D. 3 2642872 Le signal de retour émis par D peut être acheminé par le fil de clôture lui-même ou par voie aérienne. Dans cette deuxième éventualité,le système d'analyse du signal retour' est avantageusement muni d'une antenne si D émet sur des fréquences hertziennes; il peut également être muni d'un détecteur photo-électrique si D renvoie un signal lumineux tel qu'un éclair de flash, un signal lumineux modulé, ou un signal infra-rouge. Une réalisation de l'invention consiste à munir le détecteur D d'une alimentation propre (pile, accu- mulateur, panneau solaire, éolienne..). L'énergie nécessaire à la détection de l'impulsion haute-ten- sion, à son analyse et à l'envoi d'un signal de retour est alors foumrnie par l'alimentation individuelle de D. Une méthode plus intéressante consiste à recueillir une partie relativement petite afin de ne pas per- turber la clôture- de l'énergie de l'impulsion incidente pour alimenter le détecteur D. Un exemple ty- pique consistera à recueillir 0,2 joule pour une impulsion incidente qui, avec les électrificateurs ac- tuels, est de l'ordre de 5 joules. Le recueil de cette énergie destinée à alimenter D peut se faire effica- cement en utilisant un transformateur TRF1 (Figure 2) plutôt qu'un pont de résistances ou de conden- sateurs. Les électrificateurs modernes fonctionnent très généralement sur le principe de la décharge de condensateurs entre le fil électrifié et la masse, la tension du condensateur étant élevée par un trans- 2 0 formateur de sortie. Ce genre d'électrificateur délivre des impulsions dont la durée s'échelonne entre microsecondes et 1 milliseconde. Des durées d'impulsions aussi courtes permettent de connecter un transformateur TRF1 d'alimentation de D entre le fil électrifié et la masse, sans que l'inductance du primaire E1 (figure 2) représente un élément de perte appréciable pour le fil électrifié; quelques mil- Iiers de tours bobinés sur un noyau magnétique aux dimensions centimétriques (section: quelques centimètres carrés; longueur: quelques 10 a 30 centimètres) suffiront pour ne pas représenter des pertes plus importantes que quelques dizaines de milliers d'ohms entre le fil électrifié et la masse. Le secondaire du transformateur d'alimentation est composé de beaucoup moins de tours; il est adapté à la tension d'alimentation et la consommation du circuit de mesure et de retour d'information que contient D. 4 2642872 Une réalisation de la présente invention consiste à charger un condensateur au moyen des impulsions apparaissant entre le fil de clôture et la masse. Le condensateur est chargé à travers un circuit de ré- sistances et de redresseurs; il doit être soumis à un nombre d'impulsions plus ou moins grand pour atteindre une charge déterminée; ce nombre dépend de l'état de la clôture. Lorsque le condensateur est chargé, il se décharge dans une lampe à éclair (par exemple,à travers un circuit thyristor-diac- circuit RC traditionnel). L'observation d'un endroit éloigné, du temps séparant les éclairs lumineux est une indication sur les caractéristiques électriques des impulsions à l'endroit o est branché le détec- teur D. Une autre méthode particulièrement intéressante de réalisation du dispositif D est représentée sur la figure 2. Le primaire E1 du transformateur TRF1 est connecté entre l'extrémité du fil F de la clôture électrique et la masse T'. Le secondaire E2 alimente un condensateur C1, à travers une résistance R1,. et un pont redresseur symbolisé par Dl. A chaque impulsion C1 se charge à une tension qui dé- pend de ce qu'il reste de l'impulsion, en bout de ligne, entre le fil électrifié et la masse. On provoque la décharge de Cl, dans l'enroulement E2, au moyen d'un interrupteur TH1 (Thyristor, Triac...) après un certain délai qui dépend de la tension à laquelle s'est chargé C1. Ce délai peut être obtenu de différentes façons au moyen de transistors unijonctions, de diacs, ou de circuits électro- niques. Un de ces moyens est schématisé sur la figure 2, o le diac D2 amorce la gachette de TH1 2 0 par la décharge d'un condensateur auxiliaire C2; la charge de C2 se fait plus ou moins rapidement, à travers R2, jusqu'à la tension d'amorçage de D2, selon la tension atteinte par Cl au moment de l'impulsion. Cette méthode permet d'obtenir une impulsion écho", retardée de manière variable, sur la ligne de clôture. C'est la mesure, au niveau de A, ou en un point quelconque de la Uligne, de l'intervalle de temps entre l'impulsion incidente et l'impulsion écho, qui permettra d'être renseigné sur les caractéris- tiques électriques de l'impulsion principale en bout de ligne. L'affichage de la mesure au site de surveillance pourra se faire par tout indicateur analogique, digital ou sonore. L'absence totale de signal écho pourra en particulier déclencher une sonnerie d'alerte. 2642872 Les normes internationales de sécurité imposent que les impulsions sur le fil électrifié ne durent pas plus de 100 millisecondes, et soient séparées d'un intervalle de temps de 1 seconde au moins. Nous avons vu précédemment que la durée des impulsions des appareils modernes est de l'ordre de 1 mil- liseconde; Il est donc facile de calculer les différents éléments TRF1, C1, R1, D1, TH1, D2, R2 et C2 pour que l'impulsion écho se produise par exemple entre 10 et 50 millisecondes après l'impulsion prin- cipale. L'absence d'impulsion écho après 50 millisecondes sera interprétée par la détection au niveau de A comme l'absence totale d'écho, c'est-à-dire comme une situation ou le fil est coupé ou à la masse. Pour un écho compris entre 10 et 50 millisecondes, l'affichage correspondant au délai de re- tour de l'écho donnera le degré d'isolement de la ligne. Pour des installations élaborées, on peut vouloir déterminer depuis le site de surveillance, l'endroit approximatif o le fil peut éventuellement être sectionné. A cet effet on peut répartir le long de la clô- ture des répondeurs comparables au dispositif D décrit dans les trois paragraphes précédents. Ces répondeurs D1, D2, D3, D4... sont réglés pour donner des impulsions échos, chacun dans une tranche de temps déterminée à l'intérieur du délai de 100 millisecondes autorisé; par exemple Dl donnera un écho entre 10 et 20 millisecondes, D2 entre 30 et 40 millisecondes, D3 entre 50 et 60 mil- lisecondes, et D4 entre 70 et 80 millisecondes...L'absence d'un écho dans une tranche de temps dé- terminée indique le sectionnement du fil à un endroit déterminé. 6 2642872 REVENDICATIONS 1 - Système de clôture électrique pour garder le bétail ou empêcher l'intrusion de personnes ou d'animaux, comportant un générateur d'impulsions électriques A qui alimente un ou plusieurs fils isolés électriquement du sol alors que d'autres fils sont reliés au sol ou à la masse et à la deuxième sortie du générateur A, caractérisé en ce qu'un détecteur D est connecté entre le fil électrifié et la masse à une certaine distance du générateur A et en ce que ce détecteur D renvoie une information vers un site de surveillance muni de moyens d'analyse de cette information, l'information résultant de l'analyse de l'impulsion électrique encore disponible au point de connexion de D. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'impédance d'entrée du détecteur D est à forte inmpédance afin d'éviter le court-circuit de limpulsion envoyée par le générateur A. 3 - Dispositif selon une ou plusieurs des revendications I et 2 caractérisé en ce que l'information émise par le détecteur D est transmise par ondes aériennes hertziennes ou optiques-. 4 - Dispositif selon une ou plusieurs des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'information émise par le détecteur D est transmise par le fil de clôture électrique lui-même. - Dispositif selon la revendication 3 et l'une ou plusieurs des revendications 1 à 2, caracté- risé en ce que le site central, ou le générateur A, est équipé d'une antenne hertzienne ou optique permettant de recevoir le signal émis par le détecteur D. 6 - Dispositif selon l'une ou plusieurs des revendications I à 5 caractérisé en ce que le détec- teur D tire l'énergie nécessaire à son fonctionnement de l'énergie de l'impulsion électrique disponible sur le fil F. 7 2642872 7 - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'énergie d'alimentation du dé- tecteur D est obtenue à partir de l'énergie disponible sur le fil électrifié au moyen d'un transformateur TRF1. 8 - Dispositif selon les revendications 4 et 7 caractérisé en ce que le transformateur d'alimentation du détecteur D sert également à renvoyer l'information obtenue par le détecteur D vers le site central. 9 - Dispositif selon une ou plusieurs des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que 1 0 l'information renvoyée par D vers le site central consiste en un signal électromagnétique ou optique bref dont le temps qui le sépare de l'impulsion principale est caractéristique des valeurs électriques de l'impulsion analysées au point de connexion du détecteur D. - Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que le site central est équipé d'un système de mesure et d'affichage et/ou d'alerte qui informe sur le délais séparant l'impulsion princi- pale et la réponse du détecteur D. 11 - Dispositif selon une ou plusieurs des revendications 9 et 10, caractérisé en ce qu'un système d'alerte se déclenche en l'absence de signal de réponse du détecteur D dans un intervalle de temps déterminé après l'impulsion principale. 12 - Dispositif selon une ou plusieurs des revendications 1, 2,4,6, 7, 8, 9, 10 et 11, caractérisé en ce que l'intervalle de temps entre limpulsion principale et le signal émis par le détecteur D reste inférieur aux 100 mrillisecondes données par les normes de sécurité. 13 - Dispositif selon la revendication 9 et l'une ou plusieurs des revendications 1, 2, 3, 4,5, 6, 7, 8, 10, 11, caractérisé en ce que le temps séparant deux signaux de réponse du détecteur D cor- respond à un nombre entier d'impulsions principales, ce nombre étant caractéristique de l'état de la clôture. 8 2642872 14 - Dispositif selon l'une ou plusieurs des revendications I à 11, caractérisé en ce que plu- sieurs détecteurs D peuvent être répartis le long de la clôture, ou en plusieurs extrémités de la clôture pour permettre la localisation des défauts. - Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que les détecteurs D ont un zone de délai de réponse échelonnée dans le temps afin de permettre à l'analyseur/afficheur du site central de différencier les signaux reçus. 16 - Dispositif selon l'une ou plusieurs des revendications de 1 à 15 caractérisé en ce que les moyens de mesure, d'affichage et d'alerte relatifs aux signaux envoyés par D peuvent être intégrés au boîtier de l'électrificateur de clôture A.