Brevet FR2828982A1 — publié le 20030228

La présente invention concerne les réseaux d'éclairage dans lesquels chaque lampe est contrôlée par un module de contrôle de lampe et a trait plus particulièrement à un réseau d'éclairage amélioré dans lequel le courant d'alimentation des lampes d'éclairage est utilisé comme courant porteur pour l'échange des messages de contrôle entre un poste central et chaque module de contrôle. Les réseaux d'éclairage basse tension, c'est à dire les réseaux dont le courant d'alimentation des lampes d'éclairage est le courant secteur de 230 V utilisent actuellement de plus en plus le courant d'alimentation comme courant porteur pour la télécommande et le contrôle des lampes. Les systèmes de télécommande par courant porteur peuvent être des systèmes pour réseaux domestiques où la communication des messages de contrôle des lampes est circonscrite à un réseau privé situé en aval du compteur local. C'est le domaine de la domotique où les charges de réseau sont essentiellement résistives ou seulement légèrement inductives comme dans le cas du chauffage, de l'éclairage ou des petits moteurs. Lorsqu'il s'agit des systèmes de télécommande pour réseaux publics, la communication des messages de contrôle des lampes doit s'effectuer sur de longues distances, comme c'est le cas de l'éclairage public des villes où la charge est complexe et est essentiellement constituée de lampes à décharge et de leur dispositif d'alimentation (platines). C'est également le domaine de l'éclairage routier et autoroutier dans le cas où celui-ci peut être distribué en basse tension. Les réseaux d'éclairage public basse tension de ce type, où chaque lampe d'éclairage est connectée à une ligne de distribution basse tension par l'intermédiaire d'un module de contrôle, trouvent leur limite lorsque le réseau est trop étendu. Les chutes de tension engendrées dans la ligne de distribution deviennent alors trop importantes. La section du câble utilisé nécessaire à l'obtention d'une chute de tension acceptable devient vite prohibitive dès que la longueur de la ligne de distribution dépasse quelques km. Pour pallier le problème ci-dessus, il faut donc réduire les chutes de tension et les sections des câbles utilisés. Pour ce faire on utilise une tension plus élevée, c'est à dire supérieure à 1000 V, par exemple de 3200 V par phase d'une source triphasée ou 5500 V entre phases. Cette alimentation peut être obtenue soit en élevant la basse tension à un niveau dit HT, (haute tension intermédiaire), soit en abaissant la tension obtenue à partir d'un poste de livraison HTA (par exemple de 20 kv). Le transport se fait alors sur de longues distances par un câble de section réduite. La tension est ensuite re-transformée localement pour alimenter un sous-réseau BT de quelques centaines de mètres où sont installées les lampes d'éclairage ou candélabres. Ce mode de transport permet l'éclairage économique de sections entières d'autoroute, aires de parking ou toute infrastructure de réseau comprise entre 1 et 100 km. Malheureusement, ces réseaux HT, ne peuvent pas fonctionner convenablement en ce qui concerne la transmission des messages de contrôle transmis aux modules de contrôle associés à chaque lampe. En effet, les transformateurs utilisés pour connecter chaque sous-réseau BT à la ligne de distribution HT, présentent une impédance bien trop élevée pour la fréquence des signaux composant les messages de contrôle selon la législation en vigueur qui est comprise dans la bande de 3 à 148 kHz (norme EN 50065-1). La fréquence choisie est la plupart du temps proche de la limite supérieure par exemple 130 KHz, de façon à utiliser une grande bande passante dans la transmission de ces messages. En outre, le réseau HT, constitué par un câble écranté et armé associé aux charges des transformateurs possède une impédance caractéristique très différente de celle d'un réseau BT. Les organes de transmission inclus dans les modules de contrôle des lampes conçus pour la basse tension sont alors totalement désadaptés en HTI. C'est pourquoi le but de l'invention est de concevoir un réseau d'éclairage public utilisant l'alimentation HT, pour alimenter des sous-réseaux BT, dans lequel les messages de contrôle des lampes peuvent être transmis avec une atténuation minimale vers chacun des sous-réseaux BT. Un autre but de l'invention est de concevoir un réseau d'éclairage de ce type dans lequel il y a adaptation d'impédance entre la ligne de distribution HT, et les modules de contrôle de lampe dans chacun des réseaux BT. L'objet de l'invention est donc un réseau d'éclairage comprenant une source d'alimentation de courant haute tension et basse fréquence connectée à une ligne de distribution haute tension, une pluralité de réseaux basse tension connectés chacun à la ligne de distribution haute tension au moyen d'un transformateur basse fréquence chacun des réseaux basse tension étant constitué d'une ligne de distribution basse tension à laquelle sont connectées des lampes d'éclairage par l'intermédiaire de modules de contrôle de lampe, et des moyens d'émission/réception pour émettre des messages vers les modules de contrôle de lampe et recevoir des messages en provenance de ces derniers par l'intermédiaire des lignes de distribution haute et basse tension en utilisant le courant d'alimentation basse fréquence circulant dans les lignes comme courant porteur. Un module de couplage est connecté entre les bornes d'entrée/sortie de chacun des transformateurs basse fréquence, ce module de couplage comprenant des moyens de transformation de tension adaptés pour transmettre les messages avec une atténuation minimale et des moyens de blocage pour bloquer le courant d'alimentation basse fréquence de part et d'autre du module de couplage. Les buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels : - la figure 1 est un bloc diagramme représentant un réseau d'éclairage selon l'invention, - la figure 2 représente schématiquement le module de couplage selon l'invention dans le cas d'une alimentation HT, monophasée, - la figure 3 représente schématiquement un premier mode de réalisation du module de couplage selon l'invention dans le cas d'une alimentation HT, triphasée, - la figure 4 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation du module de couplage selon l'invention dans le cas d'une alimentation HT, triphasée, - la figure 5 représente schématiquement une première variante de réalisation du module de couplage selon l'invention, et - la figure 6 représente schématiquement la variante illustrée sur la figure 5 comportant en outre des moyens d'amplification bi-directionnels. En référence à la figure 1, un réseau d'éclairage conforme à l'invention comprend une source de tension de livraison V qui peut être une basse tension BT (230 V) ou une haute tension HTA (20 KV). Dans les deux cas, un transformateur 10 permet d'obtenir une tension HT, d'au moins 1000 V, par exemple 3200 ou 5000 V. Cette tension est délivrée à une ligne de distribution haute tension 12 par l'intermédiaire d'un ou plusieurs organes de sectionnement et de mesure 14. A la ligne de distribution haute tension 12 qui peut s'étendre sur de longues distances sont connectés des réseaux basse tension 16,18 ou 20 par l'intermédiaire de transformateurs basse fréquence, respectivement les transformateurs 22,24, et 26. Conformément à l'invention, un module de couplage est connecté entre les bornes d'entrée et de sortie de chacun des transformateurs basse fréquence. Ainsi, le module de couplage 28 est connecté entre les bornes du transformateur 22, le module de couplage 30 est connecté entre les bornes du transformateur 24 et le module de couplage 32 est connecté entre les bornes du transformateur 26. A Noter que le contrôle et la télécommande des réseaux BT sont assurés par un poste central 34 à travers une unité de contrôle 36 connectée à la ligne de distribution haute tension 12 par un transformateur basse fréquence 38 comportant également un module de couplage entre ses bornes d'entrée et de sortie. Chacun des réseaux BT tel que le réseau 16, comprend une ligne de distribution basse tension 42 à laquelle sont connectées des lampes d'éclairage telles que les lampes 44, 46, et 48, par l'intermédiaire respectivement des modules de contrôle de lampe 50,52, et 54 destinés à recevoir des messages du poste central 34 et à transmettre des messages vers ledit poste central. Ces messages sont transmis à des fréquences comprises entre 3 et 148, KHz selon les normes en vigueur, mais il est préférable d'utiliser une fréquence élevée, par exemple 130 KHz de façon à transmettre ces messages à une vitesse la plus élevée possible. Les modules de couplage 28,30, 32 ou 40 peuvent être différents tout en comportant des caractéristiques communes selon que l'alimentation d'entrée du module de couplage est monophasée ou triphasée, et dans ce dernier cas, selon qu'elle est prise entre les trois phases et la terre ou qu'elle est prise entre deux des phases et la troisième phase. Lorsque l'alimentation HT, fournie par la ligne de distribution haute tension 12 est monophasée comme illustré sur la figure 2, le module de couplage 60 comprend un transformateur 62 dont l'enroulement primaire est connecté entre la ligne 12 et la terre et l'enroulement secondaire est connecté au réseau BT. Ce transformateur est adapté pour transformer la tension HT, (par exemple 3200 V) en tension BT (230 V) mais comprend un noyau magnétique sous forme de tore, bâtonnets ou pots de ferrite (contrairement au noyau du transformateur basse fréquence en tôle magnétique) de façon à présenter une atténuation minimale à la fréquence de transmission des messages de contrôle, par exemple 130 KHz. Comme ce type de transformateur dont les enroulements contiennent peu de spires (2 ou 3 spires dans l'enroulement primaire et une dizaine dans l'enroulement secondaire) supporte difficilement qu'on lui applique une tension basse fréquence (50Hz), le module de couplage comprend nécessairement une capacité 64 connectant l'enroulement primaire du transformateur 62 à la ligne de distribution haute tension 12 et une capacité 66 connectant la sortie de l'enroulement secondaire au réseau BT. Le but des capacités 64 et 66 étant de bloquer la basse fréquence (50 Hz), leur valeur est choisie de préférence de façon à constituer au moins approximativement un circuit résonant en série avec l'inductance résultant de l'enroulement du transformateur 62 auquel elle est connectée en combinaison avec l'inductance de la ligne de distribution, respectivement la ligne de distribution HT pour la capacité 64 et la ligne de distribution BT pour la capacité 66. Ainsi, la valeur de la capacité 64 peut être comprise entre 1 et 10 nF, de préférence 5 nF, et la valeur de la capacité 66 peut être comprise entre 100 nF et 1 uF, de préférence 0,5 uF. Si l'alimentation HT, fournie par la ligne de distribution haute tension 12 est triphasée, le module de couplage peut se présenter de deux façons différentes. Dans un premier mode de réalisation illustré sur la figure 3, un côté de l'enroulement primaire du transformateur 62 du module de couplage 69 est connectée en parallèle aux trois phases de la ligne 12 par les capacités respectives 70,72, 74 qui ont la même valeur sensiblement égale à la valeur de la capacité 64 (figure 2), et l'autre côté est connecté à la terre comme précédemment. L'enroulement secondaire est connecté au réseau BT par une capacité 66 comme dans le cas de la figure 2. Dans un deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 4, un côté de l'enroulement primaire du transformateur 62 du module de couplage 79 est connecté en parallèle à deux phases de la ligne de distribution haute tension par les capacités respectives 80 et 82 qui ont la même valeur sensiblement égale à la valeur de la capacité 64, et l'autre côté du transformateur est connecté directement à la troisième phase de la ligne. L'enroulement secondaire est connecté au réseau BT par une capacité 66 comme dans les deux cas précédents. A noter que cette disposition a l'avantage d'être indépendante du circuit de terre. Selon une variante de l'invention, illustrée par la figue 5, le module de couplage 85 peut comprendre en outre des composants additifs. On peut ainsi rajouter une inductance de chaque côté pour obtenir une meilleure adaptation des impédances. Ainsi, l'inductance 86 en série avec la capacité 64 a pour but d'adapter l'impédance d'entrée du module de couplage vu du côté haute tension à l'impédance caractéristique de la ligne de distribution haute tension. De la même façon, l'inductance 88 a pour but d'adapter l'impédance du module de couplage vu du côté basse tension à l'impédance caractéristique de la ligne de distribution basse tension. Selon une autre variante toujours illustrée par la figure 5, on peut ajouter une capacité d'accord en parallèle à chacun des enroulements du transformateur 62, dans le but de constituer un circuit résonant parallèle avec l'enroulement correspondant pour la fréquence de transmission des informations de contrôle (par exemple : 130 KHz). Ainsi, la capacité 90 constitue un circuit résonant parallèle avec l'enroulement du côté HT alors que la capacité 92 constitue un circuit résonant parallèle avec l'enroulement du côté B. T. Selon une variante illustrée sur la figure 6, on peut rendre actif le module de couplage 91 par adjonction d'amplificateurs à la variante de réalisation précédemment décrite sachant que lesdits amplificateurs pourraient être également intégrés dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2. Outre les composants passifs déjà décrits, le module de couplage comporte des moyens d'amplification bidirectionnels constitués de l'amplificateur 94 dans le sens BT HT et de l'amplificateur 96 dans le sens HT BT, l'un ou l'autre des deux amplificateurs étant sélectionné par un commutateur 98. L'alimentation des deux amplificateurs est réalisée par la source d'alimentation 100. A noter que, dans la mesure où l'ajout des amplificateurs modifie les caractéristiques du module de couplage, il est préférable d'ajouter un circuit résonant parallèle constitué de la capacité 102 et de l'inductance 104 de façon à fournir un circuit résonant parallèle pour la fréquence de transmission des informations de contrôle (130 KHz). On doit noter que les variantes de réalisation de l'invention qui viennent d'être décrites en référence aux figures 5 et 6 où l'alimentation est en courant monophasé, pourraient également s'appliquer à des alimentations triphasées dont le mode de réalisation préférentiel a été décrit en référence aux figures 3 et 4. REVENDICATIONS 1. Réseau d'éclairage comprenant une source d'alimentation de courant haute tension et basse fréquence connectée à une ligne de distribution haute tension (12), une pluralité de réseaux basse tension (16, 18, 20) connectés chacun à ladite ligne de distribution haute tension au moyen d'un transformateur basse fréquence (20,22, 24) chacun desdits réseaux basse tension étant constitué d'une ligne de distribution basse tension (42) à laquelle sont connectées des lampes d'éclairage (44,46, 48) par l'intermédiaire de modules de contrôle de lampe (50,52, 54), et des moyens d'émission/réception (34,36) pour émettre des messages vers lesdits modules de contrôle de lampe et recevoir des messages en provenance de ces derniers par l'intermédiaire desdites lignes de distribution haute et basse tension en utilisant le courant d'alimentation basse fréquence circulant dans lesdites lignes comme courant porteur ; ledit réseau étant caractérisé en ce qu'un module de couplage (28,30 ou 32) est connecté entre les bornes d'entrée/sortie de chacun des transformateurs basse fréquence, ledit module de couplage comprenant des moyens de transformation de tension (62) adaptés pour transmettre lesdits messages avec une atténuation minimale et des moyens de blocage (64,66) pour bloquer ledit courant d'alimentation basse fréquence de part et d'autre dudit module de couplage. 2. Réseau d'éclairage selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens de transformation consistent en un transformateur (62) adapté pour transformer la haute tension en basse tension (230 V) et présenter une atténuation minimale à la fréquence de transmission des messages, ledit transformateur comportant un noyau magnétique sous forme de tore, bâtonnets ou pôts de ferrite. 3. Réseau d'éclairage selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite ligne de distribution haute tension (12) est une ligne monophasée et lesdits moyens de blocage comprennent une capacité de blocage (64) connectée en série à un côté de l'enroulement dudit transformateur (62) relié à ladite ligne de distribution haute tension et une capacité de blocage (66) connectée en série à un côté de l'enroulement dudit transformateur relié à ladite ligne de distribution basse tension (42). 4. Réseau d'éclairage selon revendication 3, dans lequel ladite capacité de blocage (64) connectée du côté de la ligne de distribution haute tension (12) a une valeur comprise entre 1 et 10 nF et ladite capacité de blocage (66) connectée du côté de la ligne de distribution basse tension (42) a une valeur comprise entre 100 nF et lpF. 5. Réseau d'éclairage selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite ligne de distribution haute tension (12) est une ligne triphasée, et lesdits moyens de blocage comprennent trois capacités de blocage (70,72, 74) connectées respectivement aux trois phases de ladite ligne de distribution haute tension et connectées chacune à un côté de l'enroulement dudit transformateur (62) relié à ladite ligne de distribution haute tension et une capacité de blocage (66) connectée en série à un côté de l'enroulement dudit transformateur relié à ladite ligne de distribution basse tension. 6. Réseau d'éclaire selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite ligne de distribution haute tension (12) est une ligne triphasée, et lesdits moyens de blocage comprennent deux capacités de blocage (80,82) connectées respectivement à deux des phases de ladite ligne de distribution haute tension et connectées chacune à un côté de l'enroulement dudit transformateur (62) relié à ladite ligne de distribution haute tension alors que l'autre côté dudit enroulement est connecté directement à la troisième phase de ladite ligne de distribution haute tension et une capacité de blocage (66) connectée en série à un côté de l'enroulement dudit transformateur relié à ladite ligne de distribution basse tension. 7. Réseau d'éclairage selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel une inductance (86) est connectée en série avec ladite capacité de blocage (64) connectée du côté de ladite ligne de distribution haute tension (12) dans le but d'adapter l'impédance d'entrée du module de couplage vu du côté haute tension à l'impédance caractéristique de ladite ligne de distribution haute tension et une inductance (88) est connectée en série avec ladite capacité de blocage (66) connectée du côté de ladite ligne de distribution basse tension (42) dans le but d'adapter l'impédance d'entrée du module de couplage vu du côté basse tension à l'impédance caractéristique de ladite ligne de distribution électrique basse tension. 8. Réseau d'éclairage selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel une capacité d'accord (90) est connectée en parallèle aux bornes de l'enroulement dudit transformateur (62) relié à ladite ligne de distribution tension (12) dans le but de constituer un circuit résonant parallèle avec ledit enroulement pour la fréquence de transmission des message, et une capacité d'accord (92) est connectée en parallèle aux bornes de l'enroulement dudit transformateur (62) relié à ladite ligne de distribution électrique basse tension (42) dans le but de constituer un circuit résonant parallèle avec ledit enroulement pour la fréquence de transmission des messages. 9. Réseau d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque module de couplage comprend en outre des moyens d'amplification bi-directionnels (94,96, 98) connectés en série à un côté de l'enroulement dudit transformateur (62) relié à ladite ligne de distribution électrique basse tension (42). 10. Réseau d'éclairage selon la revendication 9, dans lequel un circuit résonant parallèle (102, 104) pour la fréquence de transmission des messages est connecté en série avec lesdits moyens d'amplification bidirectionnels (94,96, 98) du côté de ladite ligne de distribution électrique basse tension.