Brevet FR2904426A1 — publié le 20080201

La présente invention concerne un dispositif de mesure de l'énergie électrique fournie - sous haute tension - à une locomotive ou plus généralement au moteur d'un véhicule de chemin de fer. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION L'énergie électrique fournie notamment par la caténaire à une locomotive demande à être mesurée pour en réaliser la facturation aux consommateurs par le fournisseur. Ce besoin est relativement nouveau car il résulte des règles récentes imposant une liberté d'exercice pour plusieurs opérateurs fournisseurs d'électricité sur un réseau et pour plusieurs opérateurs utilisateurs de cette énergie sur le même réseau. La réalisation de cette mesuré est dans son prin- cipe extrêmement simple : il faut relever l'intensité du courant consommé, sa tension et le temps de consommation, soit en continu soit par échantillonnage à une fréquence significative, pour prendre en compte les variations de ces deux paramètres au fil du temps. En pratique, les choses sont plus compliquées par le fait que les appareils de mesure sont dans un environnement de réseau haute tension (de 1500 volts en courant continu à 25000 volts en courant alternatif selon les parties de réseau parcouru) pour ce qui concerne l'acqui- sition de la variable et dans un environnement basse tension pour ce qui concerne l'élaboration et le traitement du signal. L'isolation entre les deux environnements, appelé isolement galvanique, requiert donc un soin et un sérieux particuliers. Les moyens connus pour assurer cette isolation galvanique sont généralement mis en oeuvre au niveau des transformateurs que les appareils de mesure comportent, l'isolation requise demandant de mettre en oeuvre entre primaire et secondaire d'un tel transformateur des maté- riaux diélectriques de haute qualité et surtout dans un 2904426 2 volume suffisant pour éloigner au maximum les pièces conductrices les unes des autres. Ce volume et cette masse sont à prévoir au niveau du toit de l'engin moteur. Ils viennent s'ajouter à tous 5 les équipements de toiture de cet engin de traction ce qui, dans le meilleur des cas, constitue une augmentation du maître couple de ces équipements, donc une traînée gênante pour les trains à grande vitesse et, le plus sou-vent, est tout simplement impossible par manque de place 10 dans cet espace particulièrement encombré. O:3JET DE L'INVENTION La présente invention est une solution à ce problème d'encombrement qui, sans sacrifier aux exigences d'isolement, autorise une miniaturisation des capteurs et 15 appareils mis en oeuvre suffisante pour les loger sans encombre parmi le matériel de toiture d'un engin de traction ferroviaire. RESUME DE L'INVENTION A cet effet., l'invention a donc pour objet un 20 dispositif de mesure de l'énergie électrique fournie à un engin de traction ferroviaire par une ligne haute tension, comportant des moyens de mesure de l'intensité du courant d'alimentation et des moyens de mesure de la tension de cette alimentation, ces moyens de mesure possé- 25 dant une source d'alimentation basse tension nécessaire à leur fonctionnement dans lequel l'énergie d'alimentation basse tension est une énergie optique convertie en une énergie électrique dans l'environnement haute tension. En outre, les signaux de sortie des moyens de mesure sont 30 convertis en signaux optiques pour leur exploitation. Ainsi, on réalise un isolement galvanique extrêmement important entre l'étage haute tension des appareils de mesure et l'étage basse tension de ces derniers. La conversion d'une énergie électrique en énergie optique et la 35 conversion inverse est réalisée au moyen d'appareils 2904426 3 connus de petit encombrement qui permettent donc de loger le dispositif de mesure sous un faible volume et en particulier dans un isolateur de la ligne de toit haute tension de l'engin ferroviaire. 5 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après d'un exemple de sa réalisation. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Il sera fait référence aux dessins annexés parmi 10 lesquels : - la figure 1 est un schéma électrique d'un dis-positif de mesure conforme à l'invention, - la figure 2 est un schéma d'implantation de ce dispositif de mesure dans un isolateur de la ligne de 15 toit haute tension de l'engin ferroviaire consommateur de l'énergie mesurée. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION A la figure 1, 1 dés=igne la caténaire tandis que le pantographe du véhicule est représenté par la réfé- 20 rence 2. La ligne de toit haute tension de l'engin ferroviaire est notée L en passant par un disjoncteur 3 pour parvenir à l'ensemble des moyens d'alimentation de la chaîne de traction 4. En série sur cette ligne L, et de manière tout à 25 fait connue, un capteur d'intensité 5, par exemple un shunt de mesure de courant, permet d'émettre sur sa sortie 6 un signal analogique converti en un signal numérique par un convertisseur 7 dont la sortie aboutit à un convertisseur électrique/optique 8 transformant le signal 30 électrique numérique issu du convertisseur en un signal optique véhiculé par une fibre optique 9 en direction d'un convertisseur optique/électrique 10 possédant des sorties 11 destinées au raccordement de l'électronique d'exploitation de ce signal issu du transformateur d'in- 35 tensité et représentatif de l'intensité du courant d'ali- 2904426 4 mentation haute tension de l'engin. Par un diviseur de tension 12, il est possible de recueillir au moyen d'un discriminateur 13 de tensions continue ou alternative, des signaux représentatifs de 5 ces tensions. Par exemple, le signal présent à la sortie 14 du discriminateur 13 est significatif de la valeur de la tension alternative présente sur la caténaire 1. La sortie 15 est réservée à un signal significatif d'une tension continue sur la caténaire 1. 10 L'un ou l'autre de ces signaux est conduit à l'entrée 16 d'un convertisseur 17 analogique numérique dont la sortie aboutit à l'entrée d'un convertisseur 18 électrique/optique. Le signal optique engendré par ce convertisseur est conduit par une fibre optique 19 à 15 l'entrée du convertisseur 10 qui présentera en réponse sur certaines de ses sorties 11 un signal électrique destiné à être exploité par le dispositif en combinaison avec le signal électrique représentatif de la valeur de l'intensité du courant d'alimentation. 20 Certains des composants du dispositif ont besoin pour fonctionner d'une alimentation en énergie électrique, notamment les convertisseurs électriques/optiques ou optiques/électriques tels que ceux 10, 8 et 18. Pour ce qui concerne le convertisseur 10, celui-ci est alimenté 25 directement par une batterie qui elle-même est connectée à un convertisseur 20 d'énergie électrique continue en une énergie optique, sous la forme d'un faisceau laser émis par un système lumineux tel qu'une diode. Le faisceau laser est conduit par des fibres optiques 21a, 21b 30 en direction de convertisseurs optique/électrique 22a, 22b qui possèdent respectivement une sortie 24 d'alimentation du convertisseur électrique/optique 18 et une sortie 23 d'alimentation du convertisseur électrique/optique 8. 35 La figure 2 illustre la mise en place du circuit 2904426 5 représenté à la figure 1 à l'intérieur d'un corps isolateur 25 et montre ainsi comment une parfaite isolation galvanique est assurée dans le dispositif de mesure selon l'invention. Sur cette figure on retrouve la plupart des 5 éléments déjà décrits avec les mêmes références. Les éléments relatifs au traitement du signal du capteur d'intensité 5 sont regroupés schématiquement dans un bloc 26 alimenté en basse tension par la ligne 23 et présentant en sortie sur une fibre optique 9 le signal optique re- 10 présentatif de l'intensité mesurée. De la même manière, les moyens de traitement du signal de tension issus du diviseur 12 sont regroupés dans un bloc 27 auquel aboutit la ligne d'alimentation 24 et de laquelle est issue la fibre optique 19. On comprend 15 donc au vu de cette figure que l'environnement haute tension est confiné dans un espace supérieur 28 ménagé dans l'isolateur 26, traversé par la ligne L de toit de l'en-gin ferroviaire tandis que l'environnement basse tension est confiné dans un évidement 29 inférieur de cet isola- 20 teur. Entre les deux évidements, seules des fibres optiques forment la liaison des différents composants du dis-positif de l'invention. Le dispositif de mesure selon l'invention peut également être utilisé comme moyen de reconnaissance du 25 réseau (de la tension du courant délivré à l'engin de traction) qui peut-être de 1500 volts en courant continu, de 3500 volts en courant continu (généralement traité comme le précédent), de 15000 volts en courant alternatif à 16 Hz 1/3, de 25000 volts en courant alternatif à 50 Hz 30 ou à 60 Hz, de 12. 000 volts alternatif à 60 Hz et de 12.000 volts alternatif à 25 Hz pour ne citer que les cas de figures rencontrés dans les principaux pays industrialisés. En effet, le signal optique présent à la sortie de la fibre 19 est significatif d'une tension de mesure dont 35 la valeur est elle-même en correspondance avec la tension 2904426 6 du courant du réseau. Ainsi chacune des trois sorties 11 affectées à la tension peut, par un jeu de relais dans les moyens de conversion 10, être attribuée l'une des tensions que pet offrir le réseau. La présence du signal 5 sur une seule des trois sorties 11 affectées à la tension permet de reconnaître la tension du réseau en train d'être parcouru par l'engin ferroviaire. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de l'énergie électrique fournie à un engin de traction ferroviaire par une ligne de haute tension (1), comprenant des moyens de mesure (5, 26) de l'intensité du courant d'alimentation et des moyens de mesure (12, 27) de la tension de cette alimentation, ces moyens de mesure possédant une alimentation (23, 24) basse tension nécessaire à leur fonctionnement, caractérisé en ce que l'énergie d'alimentation basse tension est une énergie optique convertie (22) en énergie électrique. 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les signaux de sortie des moyens de mesure (5, 26 ; 12, 27) sont convertis en signaux optiques pour leur exploitation. 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de mesure sont logés dans un isolateur (25) de la ligne de toit haute tension (L); 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (10) de conversion des signaux optiques de sortie des moyens de mesure en signaux électriques, ces moyens de conversion disposant de sorties (11) dont chacune constitue un moyen de reconnaissance du réseau lorsqu'elle porte un signal.