Brevet FR2829640A1 — publié le 20030314

distance(s) calculée(s) à un ou des seuils prédéfinis. PROCEDE DE TRANSMISSION D'INFORMATIONS PAR SIGNAUX CPL HF DANS UNE CANALISATION DE TRANSPORT D'ENERGIE ELECTRIQUE TRIPHASEE, ET DISPOSITIF DE COUPLAGE TRIPHASE POUR SIGNAUX CPL HF POUR SA MISE EN _UVRE La présente invention concerne des perfectionnements apportés dans le domaine de la transmission d'informations par signaux CPL (Courant Porteur en Ligne) dans une canalisation de transport d'énergie électrique triphasée, et plus précisément l' invention concerne la transmission d'informations par signaux CPL hautes fréquences dans une canalisation de transport d'énergie électrique triphasée, notamment, bien que non exclusivement, basse tension. 1S Le problème qui est à la base de l' invention réside dans le fait que, si le triphasé est couramment utilisé aux fréquences industrielles (basse fréquence de Hz, 60 Hz,...), il ne l'est pas dans le domaine des hautes fréquences, notamment parce que les générateurs de signaux HF sont bipolaires: ces générateurs ne sont donc connectables qu'entre deux phases ou entre phase et neutre. Les canalisations de transport diénergie électrique triphasée, notamment basse tension, sont constituées d'un câble à trois conducteurs de phases q1, Q2, Q3 et d'un conducteur de neutre N qui, souvent, est physiquement au contact de la face interne d'une enveloppe métallique en acier. Si on applique un signal CPL haute fréquence, comme on le fait habituellement pour les signaux CPL basse fréquence (c 'est-à-dire inférieure à environ 150 kHz), entre le neutre N. d'une part, et les trois phases p1, 2, 3, dautre part, on attaque le mode de propagation qui donne lieu aux affaiblissements et aux déformations les plus forts du signal. Si on applique un signal CPL haute fréquence entre le neutre N et une seule 1 ou 3 des phases, la propagation du signal CPL HF est plutôt médiocre et la conversion monophasé/triphasé des branchements est plus ou moins efficace selon la phase utilisée. Si on applique un signal CPL haute fréquence entre le neutre N et la seule phase p2, la propagation du signal CPL HF est passable, mais la conversion monophasé/triphasé des branchements est plus ou moins efficace. Si on applique un signal CPL haute fréquence entre les deux phases Q1 et 3, la propagation du signal CPL HF est performante, mais la conversion monophasé/triphasé des branchements sur la phase p2 est peu efficace. Si on applique un signal CPL haute fréquence entre les deux phases 1 et 93, d'une part, et la phase 2, d'autre part, la propagation du signal CPL HF est performante, mais la conversion monophasé/triphasé des branchements n'est que modérément efficace. L ' invention a donc pour but de surmonter les difficultés exposées ci-dessus et de proposer des moyens - procédé et dispositif - propres à permettre une propagation optimale du signal CPL HF et une bonne conversion monophasé/triphasé au droit des branchements. A ces fins, l' invention propose, selon un premier de ses aspects, un procédé de transmission d'informations par signaux CPL haute fréquence dans une canalisation de transport d'énergie électrique triphasée, caractérisé en ce qu'un générateur de signal CPL haute fréquence à sortie bipolaire est couplé aux trois phases de la canalisation triphasée en réalisant, pour une bande de fréquences prédéterminée centrée sur une fréquence nominale HF du signal CPL, un champ tournant à partir de deux composantes en quadrature de phase du signal CPL. Avantageusement, les deux composantes en quadrature de phase sont déphasoes symétriquement respectivement de + - et -- par rapport au signal CPL. Dans leur structure habituelle, les réseaux basse tension, hors zones purement rurales, comportent des départs directs dans lesquels, sur un premier tronçon de à 300 mètres, aucun branchement n'existe. I1 importe donc que les signaux CPL HF puissent franchir à coup sûr cette distance. Les modes propres interphases le permettent. Le procédé conforme à l 'invention permet cette mise en _uvre. I1 est possible d'effectuer la conversion monaphasé/triphasé par composants passifs dès lors que la bande passante relative n'excède pas 20 % à 30 %. Pour une bande passante relative plus importante (spectre étalé), il faut attaquer le coupleur par un générateur disposant de deux sorties en quadrature de phase, ce qui est. aujourd'hui, aisément réalisable en électronique numérique. Selon un second de ses aspects, l' invention propose un mode de réalisation d'un dispositif de couplage triphasé pour signaux CPL haute fréquence, propre à coupler un générateur de signal CPL HF à sortie bipolaire aux trois phases d'une canalisation triphasée de transport d'énergie électrique, pour la mise en _uvre du procédé précédent, caractérisé en ce quil comprend: deux transformateurs d' adaptation (TB, TH), 30. un premier transformateur (TB) ayant son enroulement secondaire interposé entre deux phases (1, 3) et un second transformateur (TH) ayant son enroulement secondaire interposé entre l'autre phase (2) et le point milieu de l'enroulement secondaire du susdit premier transformateur (TB)! et - deux moyens déphaseurs (AB, AH) dont les entrées respectives sont raccordées en parallèle au générateur de signal CPL HF et dont les sorties respectives sont raccordées aux enroulements primaires respectifs des deux susdits transformateurs (TB, TH), lesdits moyens déphaseurs introduisant des déphases respectifs (B, H) tels que |H - BI = -. De préférence, un premier moyen déphaseur (AB) est propre à introduire un déphasage B= et un second moyen déphaseur (AH) est propre à introduire un déphasage H= 4. Dans un exemple de réalisation simple, le premier moyen déphaseur (AB) est un condensateur, et le second moyen déphaseur (AH) est une bobine d' inductance. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit de certains modes de réalisation préférés donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs. Dans cette description on se réfère aux dessins annexés sur lesquels: s 2829640 - la figure 1 est une représentation schématique d'un branchement conforme à l' invention, illustrant le procédé de l' invention; - la figure 2 est une-schéma illustrant un mode de S réalisation de base d'un dispositif de couplage conforme à l' invention pour la mise en _uvre du procédé de l' invention; et - la figure 3 est un schéma illustrant un exemple de réalisation préféré du dispositif de couplage de la figure 2. En se reportant tout d'abord à la figure 1, un câble électrique A propre à constituer une canalisation de transport électrique triphasée, notamment basse tension, comprend trois conducteurs de phase 1 (phase p1), 2 (phase 2) et 3 (phase Q3) respectivement et un conducteur 4 de neutre N qui, souvent, est physiquement au contact de la face interne d'une enveloppe ou gaine métallique 5 par exemple en acier. Conformément à l'invention, un générateur G de signal CPL haute fréquence à sortie bipolaire est couplé (en général par l'intermédiaire d'un modem CPL non illustré) aux trois phases p1, 2, et 3 de la canalisation triphasée en réalisant, pour une bande de fréquences prédéterminée centrée sur une fréquence nominale HF du signal CPL, un champ tournant à partir de deux composantes en quadrature de phase du signal CPL. Avantageusement ces deux composantes en quadrature de phase sont déphasées symétriquement respectivement de + - et -- par rapport au signal CPL. Ce champ tournant est généré, selon l'invention, par un dispositif de couplage COUPL CPL qui convertit le signal CPL HF monophasé délivré par le générateur G (ou le modem correspondant) en un signal CPL HF triphasé à champ tournant appliqué aux trois phases Q1, T2, 3, sans connexion au neutre N. Grâce à ce type de couplage, on obtient une propagation optimale du signal CPL HF en même temps qu'on réalise une bonne conversion monophasé/triphasé au droit des branchements. On est ainsi assuré en pratique que le signal CPL HF pourra franchir le tronçon préliminaire (en pratique de l'ordre de 200 à 300 mètres), dépourvu de branchements, de la canalisation. Cette conversion peut être obtenue par mise en jeu de composants passifs si la bande passante relative n'excède pas 20 % à 30 % de la fréquence centrale (par exemple bande de l'ordre de 2 MHZ au voisinage d'une fréquence de 8 MHZ du signal CPL). Un mode de réalisation de base d'un dispositif de couplage de ce type, propre à générer le champ tournant requis à deux composantes en quadrature de phase, est illustré à la figure 2. Ce dispositif de couplage met en _uvre deux transformateurs d' adaptation TB et TH Le premier transformateur TB (rapport de transformation 2k) a son enroulement secondaire connecté entre les phases Q1 et Q3; les tensions sont 2v aux bornes de son enroulement secondaire et v/k aux bornes de son enroulement primaire, bornes auxquelles sont connectées les bornes de sortie d'un premier moyen déphaseur AB dont l'entrée est connectée au générateur G de signal CPL HF. Le second transformateur TH (rapport de transformation k) a son enroulement secondaire connocté entre l'autre phase 2 et le point milieu de l'enroulement secondaire du premier transformateur TB; les tensions sont v aux bornes de son enroulement secondaire et v/k aux bornes de son enroulement primaire, bornes auxquelles sont connoctées les sorties d'un moyen déphaseur AH dont S lentrée est connoctée au générateur G de signal CPL HF. Les moyens déphaseurs AB et AH sont propres à introduire des déphasages respectifs B et H tels que 1 sl 2 En pratique, on prendra des déphasages symétriques de 4, avec B = - 4 et H = + 4. Dans un exemple de mise en _uvre simple, le premier moyen déphaseur AB est constitué par un condensateur et le second moyen déphaseur AH est constitué par une inductance. La figure 3 illustre un exemple de 1S réalisation d'un dispositif de couplage ainsi constitué: C désigne un condensateur constituant le premier moyen déphaseur AB introduisant un déphasage B = + 4, L désigne une inductance constituant le second moyen déphaseur AH introduisant un déphasage H = - 4, et C1, C2 et C3 désignent trois condensateurs de découplage pour les connexions avec respectivement les trois phases Q1, 2, Q3 de la canalisation. Les conditions optimales de fonctionnement sont remplies lorsque les impédances Z4 = L et Z3 = C1 respectives des deux circuits déphaseurs sont égales. De façon pratique, pour un câble souterrain ayant une section conductrice de 3 x 150 mm2, les impéJances caractéristiques sont - pour le mode p1-3: 24 Q - pour le mode 2- (1+3': 18 Q Eu égard aux rapports de transformation des deux transformateurs d' adaptation: k pour le transformateur TH et 2k pour le transformateur TB, les impédances apparentes sont: ZH = 18 X 1/3k2 ZB = 24 x 1/4k2 Si k = 1, ces impédances deviennent: ZH = ZB = 6 Q Dans ces conditions, pour une valeur typique F = 8 MHz de la fréquence du signal CPL HF, les valeurs respectives de l' inductance de la bobine L et de la capacité du condensateur C sont: L = 6/ (2 x 8 x 106) = 120 nH C = 1/(6 X 2 x 8 x 106) = 3,3 nF Quant aux condensateurs de découplage C1, C2, C3, ils ont un rôle de séparation des signaux HF vis-à-vis du signal à 50 Hz: en pratique, il s'agit de condensateurs ayant une capacité de quelques nanofarads. Pour fixer les idées, on peut indiquer que, pour un tronçon de canalisation issu d'un poste de distribution électrique HTA/BT et constitué d'un câble classique d'une longueur de l'ordre de 100 m, on peut escompter, à condition d'utiliser un mode optimal de propagation en mettant en muvre les dispositions de l'invention, un affaiblissement compris entre 5 dB et 10 dB, en fonction de la fréquence, et une distorsion de temps de groupe de liordre du pourcent du temps total de propagation. Par comparaison, l'excitation du même tronçon avec un couplage traditionnel entre, d'une part, les trois phases et, d'autre part, le neutre entraîne un affaiblissement important (d' au moins 30 dB) et une dispersion de temps de groupe (jusqu'à 100 % du temps de propagation normal) largement supérieure à ce qui est admissible pour des transmissions de données à débit élevé. Etant donné que les dispositions de l' invention vi sent des applications pour lesquelles la moyenne des distances à couvrir est de l'ordre de 200 à 300 mètres, que la puissance qu'il est concevable d'injecter se limite à quelques dizaines de milliwatUs et que le bruit présent sur les canalisations de transport d'énergie électrique est généralement supérieur à celui que l'on trouve sur les lignes téléphoniques ou dans le domaine radioélectrique, un affaiblissement total atteignant une valeur de 80 dB est inacceptable. Au surplus, avec un couplage traditionnel la distorsion du signal serait telle qu'il faudrait renoncer à transmettre des bits dont la durée serait inférieure à la milliseconde, ce qui ne serait pas envisageable. La mise en _uvre des moyens propres à l 'invention offre la possibilité de faire se propager correctement un signal CPL HF avec un affaiblissement et une distorsion de type voie de télécommunication. I1 en résulte la faculté soit d'injecter une puissance moindre et donc de réduire les nuisances imputables au rayonnement des conducteurs; soit, pour une puissance donnce d'inJection du signal, d'accroître la portée et ainsi, dans le cas de la desserte d'un point éloigné, de rendre inutile l' interposition de répéteurs dont il est connu que la présence entraîne une réduction du débit global des données échangées. REVENDICATIONS 1. Procédé de transmission d'informations par signaux CPL haute fréquence dans une canalisation de S transport d'énergie électrique triphasée, caractérisé en ce qu'un générateur de signal CPL HF à sortie bipolaire est couplé aux trois phases de la canalisation triphasée en réalisant, pour une bande de fréquences prédéterminée centrée sur une fréquence nominale HF du signal CPL, un champ tournant à partir de deux composantes en quadrature de phase du signal CPL. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux composantes en quadrature de phase sont déphasées symétriquement respectivement de + 4 et -- par rapport au signal CPL. 3. Dispositif de couplage triphasé pour signaux CPL hautes fréquences, propre à coupler un générateur (G) de signal CPL HF à sortie bipolaire aux trois phases (1, 92 3) d'une canalisation triphasée de transport d'énergie électrique (A), pour la mise en _uvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend: - deux transformateurs d' adaptation (TB, TH), un premier transformateur (TB) ayant son enroulement secondaire interposé entre deux phases (1, 3) et un second transformateur (TH) ayant son enroulement secondaire interposé entre l'autre phase (2) et le point milieu de l'enroulement secondaire du susdit premier transformateur (TB), et - deux moyens déphaseurs (aB, AH) dont les entrées respectives sont raccordées en parallèle au générateur de signal CPL HF et dont les sorties respectives sont raccordées aux enroulements primaires respectifs des deux susdits transformateurs (TB, TH), lesdits moyens déphaseurs introduisant des déphases respectifs (B, H) tels que |H - BI = -. 4. Dispositif de couplage selon la revendication 3, caractérisé en ce que un premier moyen déphaseur (AB) est propre à introduire un déphasage B=+4 et un second moyen déphaseur (AH) est propre à introduire un déphasage H= 4. 5. Dispositif de couplage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier moyen déphaseur (AB) est un condensateur (C), et 20. le second moyen déphaseur (LH) est une bobine