Brevet FR2903244A1 — publié le 20080104

Objet de l'invention La présente invention concerne l'alimentation et la commande d'équipements au travers des réseaux de distribution d'énergie électrique existants. Présentation du contexte Un nombre important de réseaux urbains ont été construits pour servir les besoins des services publics ou privés. Les réseaux de distribution électrique sont nombreux et varies au sein d'une ville. On peut dénombrer par exemple, les réseaux EDF d'alimentation électrique des particuliers, l'alimentation des équipements d'éclairage public, des feux de signalisation, des panneaux et enseignes municipales, ainsi que l'alimentation du mobilier urbain en général. Dans un grand nombre de cas, la mise en oeuvre de ces réseaux a nécessité une installation fastidieuse de conducteurs enterrés ou aériens et des travaux de génie civile onéreux et gênants pour la circulation et l'activité économique en générale. Intérêt de l'invention L'invention permet de réutiliser les réseaux partiellement utilisés pour commander et distribuer de l'énergie électrique au service d'équipements divers et variés avec ou sans rapport direct avec les équipements ayant nécessité l'installation du réseau et indépendamment des valeurs des tensions déjà utilisées ou de la présence ou l'absence de celles-ci. Exemple d'utilisation de l'invention Dans l'immense majorité des villes et villages, la distribution d'énergie électrique sur les équipements d'éclairage public est commandée par des interrupteurs centralisés dans une armoire de commande, eux même sont pilotés soit manuellement, soit par une horloge ou un mécanisme crépusculaire. Ces armoires gèrent l'allumage et l'extinction de quelques dizaines ou centaines de points lumineux. Dans les villes importantes, plusieurs armoires sont installées, chacune d'elles contrôlant un quartier de la ville. Ainsi, hors des périodes d'allumage l'ensemble du réseau électrique est hors tension et donc parfaitement inutilisé. L'invention permet d'injecter simplement dans ce réseau une énergie électrique propre à alimenter en permanence ou selon d'autres cycles des équipements d'autres natures. Le système permet de s'affranchir des organes de commande de l'allumage de l'éclairage publique sans conséquence pour le bon fonctionnement de celui-ci. 40 L'invention est composée 1) D'un équipement disposé en série et en tête du réseau existant, permettant d'injecter le signal électrique complémentaire sans perturber les organes d'injection et de commande existants. Cet équipement est appelé injecteur. 2903244 2 2) D'équipements optionnels disposés en série au niveau des équipements existants et des équipements à rajouter. Cet équipement est appelé extracteur. En fonction de la nature du signal électrique existant et complémentaire ou des caractéristiques des équipements existants, la présence d'extracteur peut s'avérer 5 inutile. Modèle de réalisation de l'invention. Le modèle illustré par la figure 1 décrit la distribution d'énergie nécessaire à 10 l'alimentation d'équipements télécoms sur les candélabres d'éclairage public. Le réseau d'énergie de l'éclairage public existant est alimenté à partir d'un réseau électrique (A) au travers un interrupteur crépusculaire (B). Lorsque cet interrupteur est actif, une tension électrique est présente sur le réseau et les lampes (G) sont allumées. Lorsque l'interrupteur est inactif, sans l'invention, 15 aucune tension électrique n'est présente sur le réseau. L'injecteur (E) possède trois connexions, l'une raccordée au réseau amont existant, l'autre au réseau aval existant enfin la troisième permet d'injecter le signal électrique complémentaire (C) qu'il soit alternatif, continu, de tension modulée ou non. 20 Il réalise trois opérations : 1. Injection du signal électrique complémentaire sur le réseau aval 2. Blocage de la propagation du signal électrique complémentaire vers le réseau amont. 3. Blocage du signal électrique existant vers la source du signal électrique 25 complémentaire. Le signal ainsi injecté se propage dans tout le réseau, jusqu'aux extracteurs (F) installés en série sur le circuit d'alimentation des équipements existants(G) puis sur le circuit des équipements complémentaires (D). 30 L'extracteur possède trois connexions, l'une raccordée au réseau existant, l'autre au circuit de l'équipement existant enfin la troisième connectée au circuit de l'équipement complémentaire (D). Il peut réaliser jusqu'à quatre opérations : 1. Extraction du signal électrique existant vers les équipements existants 35 2. Blocage de la propagation du signal électrique complémentaire vers les équipements existants. 3. Extraction du signal électrique complémentaire vers les équipements complémentaires 4. Blocage de la propagation du signal électrique existant vers les 40 équipements complémentaires. Le type d'injecteur/extracteur dépend du circuit d'alimentation existant et du type d'équipements à alimenter et se présente en deux familles. 2903244 3 1) Les injecteurs/extracteurs continus permettant d'injecter une tension continue dans le circuit d'éclairage existant. Celui ci doit bien entendu être capable de pouvoir propager sans dommage une tension d'alimentation électrique continue sur l'ensemble du réseau. Ces systèmes peuvent fonctionner de façon alternée 5 vis à vis des systèmes d'alimentation de l'éclairage ou de façon concomitante. 2) Les injecteurs/extracteurs alternatifs permettant d'injecter une tension alternative dans le circuit d'éclairage existant. Ces systèmes peuvent fonctionner de façon alternée vis à vis des systèmes d'alimentation de l'éclairage. En fonction des caractéristiques électriques des équipements et de celles des signaux complémentaires injectés l'utilisation d'extracteurs est optionnelle. Exemple de réalisation d'un système d'alimentation pour équipement 15 fonctionnant avec une alimentation alternative La figure 2 représente un injecteur de tension alternative. La source d'alimentation nommée réseau amont délivre une tension alternative durant les heures de nuit. La valeur de cette tension est fonction de la nature du réseau de 20 distribution et peut être, soit une valeur basse tension (220 ou 380 V), soit une valeur moyenne tension (quelques 1000 V) ou haute tension. Le dispositif détecte en permanence la présence d'une tension alternative issue du réseau amont par l'intermédiaire d'un détecteur de niveau de tension (2A) 25 (p.ex. diode Zéner, comparateur de tension, trigger de Schmitt etc.). Lorsque celui ci détecte que la valeur de la tension d'alimentation du réseau amont est en dessous d'un seuil paramétrable, le module de contrôle et de décision numéroté (2B), déclenche le commutateur d'énergie (2D) lors d'un passage à zéro de l'alternance de tension ou de courant amont détecté par un dispositif (2C) 30 connecté au réseau amont et complémentaire, débranchant le réseau amont du réseau aval et connectant la source de tension secondaire au réseau aval. La valeur de cette source est toujours différente de la tension du réseau amont quelles que soient les conditions d'alimentation. 35 Lorsque la tension efficace du réseau amont est de nouveau détectée au dessus d'un seuil par le détecteur (2A) durant un temps paramétrable, le module de contrôle et de commande déclenche le commutateur (2D) lors d'une valeur de tension instantanée nulle du réseau amont, ou d'une valeur instantanée nulle du courant de la source de tension complémentaire et reconnecte ainsi le réseau amont au réseau aval. Le dispositif de détection de zéro de tension et/ou de courant permet de commuter les circuits sous faible puissance instantanée consommée. 10 2903244 4 Le système est conçu pour établir le passage d'une alimentation à une autre sans perte d'alternance. Du coté de l'extracteur figure 3, l'alimentation de la lampe (G) et de l'équipement complémentaire est gérée par le biais des interrupteurs (3D1) et 5 (3D2) dont les états de contact sont inverses l'un par rapport à l'autre. La tension du réseau électrique est constamment mesurée par un détecteur de niveau de tension (3A) (p.ex. diode Zéner, comparateur de tension, trigger de Schmitt etc.). Lorsque la tension du réseau est nominale par rapport à la valeur du réseau amont, qui correspond au mode nuit, le contact (3D1) est fermé (mode 10 repos) et la lampe est alimentée. De son coté, le contact (3D2) est ouvert, l'équipement complémentaire se trouvant alors alimenté via un réducteur de tension (3E) (p.ex. condensateur, transformateur) maintenant la valeur de tension dans une plage admissible. Lorsque la tension du réseau passe en dessous ou en dessus d'un seuil fixé et 15 paramétrable, le module de contrôle et de décision (3B), commande le déclenchement en mode travail des interrupteurs (3D1) et (3D2). En mode travail, la lampe est déconnectée du réseau et l'adaptateur de tension (3E) est commandé pour transformer la valeur tension de la source complémentaire au besoin de l'équipement. 20 Lorsque la tension du réseau passe au dessus d'un seuil fixé et paramétrable, le dispositif de commande relâche les interrupteurs et le système revient en régime normal. Le dispositif (3F) permet de garantir une valeur de la tension d'alimentation de l'équipement dans une gamme compatible avec son fonctionnement durant les 25 phases transitoires pour lesquelles la tension du réseau varie brusquement. L'extracteur est un équipement optionnel si les conditions suivantes sont remplies : a) les lampes utilisées sur le réseau ne sont pas déclenchées et ne surconsomme 30 pas dans le cas où elles sont alimentées par une valeur de tension inférieure à un certain seuil. (cas de la plupart des lampes à gaz) b) les équipements complémentaires sont pourvus d'un système de régulation d'alimentation électrique fonctionnant sur la gamme des valeurs de tension présentes sur le réseau aussi bien le jour que la nuit. 35 Afin de réduire les coûts et temps de déploiements par rapport à une installation d'extracteur généralisée au niveau de tous les équipements existants du réseau, l'extracteur peut être placé en position terminal figure 4 au niveau du dernier équipement complémentaire à alimenter sur une branche donnée du réseau 40 électrique, afin d'alimenter non plus un mais l'ensemble des équipements existants en fin de branche. Il permettra en cette position de: a. Bloquer la propagation de la tension complémentaire vers tous les équipements existants en aval 2903244 5 b. Eviter l'installation des extracteurs de tension inutiles dans cette partie du réseau 5 Exemple de réalisation d'un système d'alimentation pour équipement fonctionnant avec une alimentation continue La figure 5 représente un injecteur de tension continue et est pourvu de cinq connexions. Le réseau électrique existant est connecté sur deux bornes (5A) et 10 (5D), le signal continu issu de la source complémentaire est connecté entre deux bornes (5C) et (5D). Le dispositif juxtapose en permanence les deux composantes afin d'alimenter le réseau aval entre les bornes (5B) et (5E). 15 Il est composé de cinq éléments dont certains optionnels : 1. Un bloqueur de signal continu (51) (condensateur, dispositif électronique à effet capacitif, etc..) permettant de préserver le réseau amont de cette composante sans perturber le passage du courant alternatif. 2. Un mélangeur de tension électronique ou passif (52) permettant de 20 superposer les deux sources de tension. 3. Un bloqueur de tension alternative (53) (inductance ou dispositif électronique à effet inductif, filtre à diode et écrêteur,...) permettant de préserver la source continu de la composante alternative et de préserver l'impédance alternative vue par la source amont à une valeur important 25 4. Un disjoncteur ou fusible (54) permettant de limiter, interrompre, de façon permanente ou temporaire, le passage du courant dans le système d'alimentation complémentaire. 5. Un écrêteur de tension (55) protégeant la source complémentaire de variation importante de la tension de la source amont. 30 La figure 6 représente un extracteur de tension continue et est pourvu de cinq connexions. Le réseau électrique est connecté sur deux bornes (6A) et (6D), le signal continu extrait par les bornes (6C) et (6E) alimente l'équipement 35 complémentaire. La composante alternative extraite sur les bornes (6B) et (6E) alimente les équipements existants (lampes). Le dispositif décompose en permanence les deux composantes afin d'alimenter le réseau les équipements existants et complémentaires. Il est composé de cinq éléments dont certains optionnels : 1. Un bloqueur de signal continu (61) (condensateur, dispositif électronique à effet capacitif, etc..) permettant maintenir dans leur état initial le 40 2903244 6 fonctionnement des équipements existants et de préserver ceux ci de la composante continue sans perturber le passage du courant alternatif. 2. Un bloqueur de tension alternative (63) (inductance ou dispositif électronique à effet inductif, filtre à diode et écrêteur,...) permettant 5 d'alimenter l'équipement complémentaire uniquement par la composante continue. 3. Un disjoncteur ou fusible (62) permettant de limiter, interrompre, de façon permanente ou temporaire, le passage du courant dans l'équipement complémentaire, afin de protéger, en cas de dysfonctionnement, le réseau 10 et l'équipement complémentaire. 4. Un écrêteur de tension (64) protégeant l'équipement complémentaire de variation importante de la tension sur le réseau. 15 L'extracteur est un équipement optionnel si les conditions suivantes sont remplies : a) les lampes utilisées sur le réseau ne sont pas déclenchées et ne surconsomme pas dans le cas où elles sont alimentées par une tension continue. 20 b) les équipements complémentaires sont pourvus d'un système de régulation d'alimentation électrique fonctionnant sur la gamme des valeurs et des types de tension présentes sur le réseau aussi bien le jour que la nuit. 25 Afin de réduire les coûts et temps de déploiements par rapport à une installation d'extracteur généralisée au niveau de tous les équipements existants du réseau, l'extracteur peut être placé en position terminal figure 4 au niveau du dernier équipement complémentaire à alimenter sur une branche donnée du réseau électrique, afin d'alimenter non plus un mais l'ensemble des équipements 30 existants en fin de branche. Il permettra en cette position de: c. Bloquer la propagation de la tension complémentaire vers tous les équipements existants en aval d. Eviter l'installation des extracteurs de tension inutiles dans cette partie 35 du réseau 40 2903244 Exemple de réalisation d'un système d'alimentation pour équipement fonctionnant avec un signal modulé Ce dispositif, représenté dans la figure 7, assure une alimentation permanente de 10 tous les équipements du réseau à partir d'une même tension injectée en amont du réseau. Afin de contrôler le fonctionnement intermittent des équipements existants (lampes p.ex.), un signal modulé est injecté avec la tension d'alimentation en amont du réseau (principe courant porteur). Un élément de commutation pourvu d'un récepteur (démodulateur), installé au niveau de 15 chaque lampe du réseau, active cette dernière s'il en reçoit l'ordre par le signal modulé. L'extinction se produit lors de la réception de l'ordre d'extinction. Afin de réduire les coûts et temps de déploiements par rapport à une installation d'éléments de commutation généralisée au niveau de tous les équipements 20 existants du réseau, un élément de commutation terminal pourrait être placé au niveau du dernier équipement complémentaire à alimenter sur une branche donnée du réseau électrique. Ce dispositif permet de: a. Bloquer la propagation de la tension permanente vers tous les équipements existants en aval en absence du signal modulé 25 b. Assurer la propagation de la tension permanente vers tous les équipements existants en aval en présence du signal modulé c. Eviter l'installation des éléments de commutation inutiles dans cette partie du réseau 7 5 REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant de fournir en permanence une alimentation électrique à certains équipements (D) au travers de réseaux électriques publics ou privés alimentés par intermittence, sans incidence sur le fonctionnement intermittent des autres équipements (G). Ce dispositif est composé d'un élément de commande (E) situé en amont du réseau et si besoin en fonction des caractéristiques des équipements existants, des extracteurs (F) situés dans le réseau. L'élément de commande, constitué par un injecteur de tension électrique, possède trois connexions, l'une raccordé au réseau amont existant, l'autre au réseau aval existant enfin la troisième permet d'injecter le signal électrique complémentaire à partir d'une source alternative ou continue de tension modulée ou non. Il réalise jusqu'à trois opérations : a. Injection d'une tension électrique complémentaire sur le réseau aval b. Blocage de la propagation du signal électrique complémentaire vers le réseau amont c. Blocage du signal électrique existant vers la source du signal électrique complémentaire 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par un extracteur de tension au niveau des équipements existants. Celui-ci possède trois connexions, l'une raccordée au réseau existant, l'autre au circuit de l'équipement existant enfin la troisième connectée au circuit de l'équipement complémentaire. Il peut réaliser jusqu'à quatre opérations : a. Extraction du signal électrique existant vers les équipements existants b. Blocage de la propagation du signal électrique complémentaire vers les équipements existants. c. Extraction du signal électrique complémentaire vers les équipements complémentaires d. Blocage de la propagation du signal électrique existant vers les équipements complémentaires. 3. Dispositif selon les revendications 1 ou 2 permettant de commuter entre les tensions existantes et complémentaires avec un faible ampérage en utilisant un détecteur de zéro de tension ou de zéro de courant au niveau de l'injecteur et des extracteurs 4. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par l'emploi d'un extracteur terminal au niveau du dernier équipement complémentaire à alimenter sur une branche donnée du réseau électrique. Ce dispositif permet de: 8 2903244 9 d. Bloquer la propagation de la tension complémentaire vers tous les équipements existants en aval e. Eviter l'installation des extracteurs de tension inutiles dans cette partie du réseau 5. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par l'élément de commande injectant un signal modulé et des éléments de commutation pourvus de récepteurs déclenchant l'alimentation intermittente des équipements existants. 10 6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé par l'emploi d'un élément de commutation terminal au niveau du dernier équipement complémentaire à alimenter sur une branche donnée du réseau électrique. Ce dispositif permet de: 15 a. Bloquer la propagation de la tension permanente vers tous les équipements existants en aval en absence du signal modulé b. Assurer la propagation de la tension permanente vers tous les équipements existants en aval en présence du signal modulé c. Eviter l'installation des éléments de commutation inutiles dans cette 20 partie du réseau. 5