Brevet FR2987523A1 — publié le 20130830

L'invention a pour objet un système d'alimentation comportant au moins un module d'alimentation pour alimenter au moins un appareil électrique via une ligne à haute tension ou HTA. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Il est connu de raccorder un certain nombre d'équipements électriques sur une ligne à haute tension, tels que des appareils de surveillance de la ligne, des appareils d'alerte, des appareils émetteurs/récepteurs ou répéteurs de données... Pour alimenter électriquement ces appareils électriques, il est bien sûr possible de les raccorder à une ligne basse tension ou BT et de convertir la tension alternative de la ligne en une tension continue d'alimentation de l'appareil (on réalise fréquemment une conversion d'une tension alternative de 230 Volts en une tension continue de 12 Volts). Ceci nécessite qu'une ligne BT soit disponible à proximité des appareils électriques. Il est aussi possible de relier l'équipement électrique à une ligne HTA, en interposant entre la ligne HTA et l'équipement électrique un transformateur d'alimentation, comprenant un enroulement primaire connecté à la ligne HTA, et un enroulement secondaire connecté à l'appareil électrique. Un tel transformateur, capable de convertir une tension type HTA en une tension d'alimentation de l'appareil, serait d'une part, particulièrement complexe à réaliser, et d'autre part, très lourd et encombrant. OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet d'alimenter un appareil 30 électrique de faible consommation par une ligne haute tension sans qu'il soit nécessaire de disposer d'un raccordement à une ligne BT ou d'utiliser des moyens lourds et encombrants. RESUME DE L'INVENTION 35 En vue de la réalisation de ce but, on propose un système d'alimentation comportant au moins un module d'alimentation pour alimenter au moins un appareil électrique, et générant, à partir d'une tension et d'un courant d'une ligne haute tension, une tension d'entrée et un courant d'entrée de chaque module d'alimentation. Selon l'invention, le système comporte en outre une capacité de ligne connectée à la ligne haute tension et au moins une capacité d'entrée du module d'alimentation, la capacité d'entrée étant reliée à la capacité de ligne pour former un diviseur capacitif relié au module d'alimentation de sorte que la tension d'entrée de chaque module d'alimentation est obtenue en divisant la tension de la ligne au moyen du diviseur de tension capacitif et le courant d'entrée est un courant de fuite de la capacité de ligne. Ainsi, un module d'alimentation alimentant un appareil électrique est relié directement à une ligne haute tension via la capacité de ligne. Il n'est donc plus nécessaire de connecter l'appareil électrique à une ligne basse tension. En outre, la tension d'entrée fournie au module d'alimentation est la tension de la ligne divisée par un diviseur capacitif formé de la capacité de ligne et de la capacité d'entrée du module d'alimentation. Ce système d'alimentation est donc moins complexe et beaucoup moins lourd et encombrant qu'un transformateur à enroulements. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la 25 description qui suit d'un mode de mise en oeuvre particulier non limitatif de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : 30 - les figures 1 à 3 représentent schématiquement plusieurs agencements de modules d'alimentation d'un système d'alimentation de l'invention, - la figure 4 représente un étage de filtrage d'un module d'alimentation d'un système d'alimentation de 35 l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence aux figures 1 à 3, le système d'alimentation de l'invention comporte plusieurs modules d'alimentation 1 (quatre modules sont utilisés ici) pour 5 alimenter un appareil électrique 2, de type équipement répéteur pour communication CPL, par une ligne HTA 4, transportant une tension alternative de ligne Vl de tension efficace égale à 12kV. Le système d'alimentation est relié à une première armature d'une capacité de ligne 3 dont une 10 deuxième armature est connectée à la ligne HTA 4. La capacité de ligne 3 est tout d'abord utilisée pour fournir un courant d'entrée le commun aux modules d'alimentation. Comme toute capacité, la capacité de ligne 3 n'est pas un composant purement capacitif. Au contraire, 15 elle peut être modélisée par une capacité parfaite associée à une résistance en série et une résistance en parallèle (ainsi qu'à une inductance en série qui n'apparaît qu'à haute fréquence). La résistance parallèle, appelée résistance d'isolement ou de fuite, qui a pour valeur la 20 résistance mesurée entre les bornes de la capacité sous tension continue, génère un courant de fuite. Ainsi, cette capacité de ligne 3 connectée à la ligne HTA 4 forme un générateur de courant pouvant fournir quelques milliampères nécessaires aux modules constituant l'alimentation de 25 l'appareil électrique 2. La capacité de ligne est aussi utilisée pour fournir une tension d'entrée Ve à chaque module d'alimentation 1. Cette tension d'entrée Ve est obtenue en divisant la tension de la ligne Vl. Pour cela, chaque module 30 d'alimentation 1 comporte une capacité d'entrée 5. La capacité de ligne 3 et les capacités d'entrée 5 des modules d'alimentation 1 sont reliées en série, formant ainsi une chaîne de capacités et donc une chaîne 6 de modules d'alimentation. On créé donc ainsi un diviseur de tension 35 capacitif, qui permet d'imposer une tension d'entrée Ve à l'entrée de chacun des modules d'alimentation 1, dont la valeur dépend de la tension de ligne V1 et des valeurs de la capacité de ligne 3 et des capacités d'entrée 5. A partir de ce courant d'entrée le et de cette tension d'entrée Ve, chaque module d'alimentation 1 est agencé de façon connue en elle-même pour générer à sa sortie un courant de sortie Is et une tension de sortie Vs aux bornes d'une sortie de potentiel haut Sh et d'une sortie de potentiel bas Sb. Les modules d'alimentation 1 coopèrent pour fournir 10 une tension d'alimentation Valim et un courant d'alimentation Ialim à l'appareil électrique. L'invention prévoit d'agencer les modules d'alimentation 1 de manière à ce que la tension Valim et le courant Ialim, ou uniquement l'une de ces deux grandeurs, soient supérieurs à la tension 15 Vs et au courant Is de sortie d'un seul des modules d'alimentation 1. Pour fournir à l'appareil électrique 2 une tension Valim élevée (égale à la somme de toutes les tensions Vs) et un courant Ialim faible (égal au courant fourni par un 20 seul module d'alimentation), on connectera la sortie de potentiel bas Sb d'un module d'alimentation 1 à la sortie de potentiel haut Sh du module d'alimentation 1 lui succédant dans la chaîne 6, comme cela est visible à la figure 1. La sortie de potentiel bas Sb du dernier module 25 de la chaîne sera connectée à la masse de ce module. Pour fournir à l'appareil électrique 2 une tension Valim faible mais un courant Ialim important (égal à la somme de tous les courants Is), on connectera entre elles les sorties de potentiel haut Sh des modules 1, et on 30 connectera chaque sortie de potentiel bas Sb à la masse du module correspondant, comme cela est visible à la figure 2. On peut aussi choisir une solution intermédiaire, représentée à la figure 3, dans laquelle : - deux sorties de potentiel haut Sh de deux modules 35 successifs sont reliées entre elles, - les deux autres sorties de potentiel haut Sh et deux sorties de potentiel bas Sb sont reliées entre elles, - les deux dernières sorties de potentiel bas Sb sont reliées à la masse du module correspondant. On obtient alors une tension Valim égale à deux fois 5 la tension Vs, et un courant Ialim égal à deux fois le courant Is. Pour illustrer une manière de dimensionner le système d'alimentation, on choisit comme appareil électrique 2 un équipement répéteur alimenté en 12 Volts, et consommant un 10 courant moyen de 300 milliampères. On choisit d'alimenter cet équipement 2 avec des modules d'alimentation 1 fournissant chacun une tension de sortie Vs égale à 3 Volts. Ainsi, on préfèrera la solution illustrée à la figure 1 pour fournir une tension d'alimentation Valim = 12 15 Volts à l'équipement répéteur 2. On choisit pour la capacité de ligne une capacité de 1500 pF (pour picofarads), qui génère un courant moyen légèrement supérieur à 300 mA. On dimensionne ensuite les capacités d'entrée 5 des modules d'alimentation 1 selon 20 deux critères : - premier critère : les tensions d'entrée Ve des modules d'alimentation 1 doivent être égales, pour que chaque module 1 puisse être identique et interchangeable, 25 - second critère : la tension d'entrée Ve des modules 1 doit correspondre aux tensions nominales d'utilisation des composants des modules d'alimentation. Pour répondre au premier critère, on prévoit des 30 capacités d'entrée 5 de valeur identique. Pour répondre au second critère, on choisit des capacités d'entrée 5 de 20 nanofarads chacune, ce qui permet d'obtenir une tension d'entrée Ve pour chaque module d'alimentation égale à 355 Volts. 35 Ainsi, on obtient quatre modules d'alimentations agencés pour fournir un courant Ialim proche de 300 mA sous une tension Valim = 12 Volts à l'équipement répéteur 2. On détaille maintenant la structure des modules d'alimentation 1. Pour fournir une tension de sortie Vs (ici égale à 3 Volts), et un courant de sortie Is (ici égal 5 à 300 mA), un module d'alimentation 1 comporte, outre la capacité d'entrée 5, trois étages principaux : un étage de filtrage 7, un étage redresseur 8, un étage d'alimentation 9. L'étage de filtrage 7, visible à la figure 4, est 10 connecté en parallèle avec la capacité d'entrée, pour fournir une tension Vfiltrée à partir de la tension d'entrée. L'étage de filtrage 7 comprend des moyens de filtrage en mode différentiel et des moyens de filtrage en mode commun. L'étage de filtrage comporte ainsi au moins 15 une, ici deux, cellules RLC 80 pour un filtrage en mode différentiel permettant de filtrer des perturbations basses fréquences (en dessous de 150 kilohertz - KHz), et au moins une inductance mode commun 90 permettant de filtrer des perturbations de fréquences plus importantes (de 150 KHz à 20 quelques mégahertz). Ces perturbations proviennent de la ligne HTA 4 et sont transmises au module 1 via la capacité de ligne 3 et les capacités d'entrée 5. L'étage redresseur 8 transforme la tension filtrée Vfiltrée alternative en une tension continue Vc, et fournit 25 un courant continu Ic. L'étage d'alimentation comporte quant à lui une alimentation à découpage de type Flyback (générant une tension continue de 3 Volts à partir de la tension continue Vc fournie par le redresseur). L'alimentation Flyback 30 comporte une isolation galvanique entre son entrée et sa sortie, ce qui permet d'assurer que les composants électriques de l'appareil électriques ne seront pas soumis à une tension d'un ordre de grandeur de la tension d'entrée Ve (355 Volts dans l'exemple décrit ci-dessus). 35 L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particulier qui viennent d'être décrits, mais, bien au contraire, couvre toute variante entrant dans le cadre de l'invention telle que définie par les revendications. L'ensemble des valeurs numériques utilisées, ainsi que le nombre de modules d'alimentation, ne sont fournis qu'à 5 titre d'exemple, pour illustrer l'invention. Bien que l'on ait choisit une ligne HTA, l'invention est bien sûr applicable à tout type de ligne haute tension. Il est aussi possible de prévoir d'intégrer un module d'alimentation directement dans un appareil électrique. 10 Dans le système d'alimentation selon l'invention, on notera qu'au moins une sortie de potentiel haut Sh d'au moins un des modules d'alimentation 1 est préférentiellement connectée à une sortie de potentiel bas Sb d'un autre des modules d'alimentation 1. REVENDICATIONS1. Système d'alimentation comportant au moins un module d'alimentation (1) pour alimenter au moins un appareil électrique (2), et générant, à partir d'une tension (V1) et d'un courant (Il) d'une ligne haute tension (4), une tension d'entrée (Ve) et un courant d'entrée (Ie) de chaque module d'alimentation (1), caractérisé en ce que le système comporte en outre une capacité de ligne (3) connectée à la ligne haute tension (4) et au moins une capacité d'entrée (5) du module d'alimentation (1), la capacité d'entrée (5) étant reliée à la capacité de ligne (3) pour former un diviseur capacitif relié au module d'alimentation (1) de sorte que la tension d'entrée (Ve) de chaque module d'alimentation (1) est obtenue en divisant la tension (V1) de la ligne au moyen du diviseur de tension capacitif et le courant d'entrée (Ie) est un courant de fuite de la capacité de ligne. 2. Système d'alimentation selon la revendication 1, dans lequel chaque module d'alimentation (1) comporte successivement un étage de filtrage (7) connecté en parallèle avec la capacité d'entrée (3) pour filtrer la tension (Ve) , un étage redresseur (8) pour obtenir une tension continue (Vc) et un courant continu (Ic), un étage d'alimentation (8) pour générer un courant de sortie (Is) et une tension de sortie (Vs) entre une sortie de potentiel haut (Sh) et une sortie de potentiel bas (Sb) du module d'alimentation (1) pour alimenter un appareil électrique (2). 3. Système d'alimentation selon la revendication 2, comprenant plusieurs modules d'alimentation (1) définissant une chaîne (6) de modules d'alimentation (1), les capacités d'entrée (5) des modules d'alimentation (1) et la capacité de ligne (3) étant connectées en série. 4. Système d'alimentation selon la revendication 3,dans lequel au moins une sortie de potentiel haut (Sh) d'au moins un des modules d'alimentation (1) est connectée à une sortie de potentiel bas (Sb) d'un autre des modules d'alimentation (1). 5. Système d'alimentation selon la revendication 4, dans lequel la sortie de potentiel bas (Sb) de chaque module d'alimentation (1) est connectée à la sortie de potentiel haut (Sh) du module d'alimentation (1) lui succédant dans la chaîne (6), à l'exception du dernier module d'alimentation (1) de la chaîne (6) dont la sortie de potentiel bas (Sb) est connectée à une masse électrique dudit dernier module d'alimentation. 6. Système d'alimentation selon la revendication 3, dans lequel les sorties de potentiels hauts (Sh) de tous les modules d'alimentation (1) sont connectées entre elles et dans lequel, pour chaque module d'alimentation (1), la sortie de potentiel bas (Sb) est connectée à la masse du module d'alimentation (1). 7. Système d'alimentation selon la revendication 2, 20 dans lequel l'étage de filtrage (7) comprend des moyens de filtrage en mode différentiel (80) et des moyens de filtrage en mode commun (90). 8. Système d'alimentation selon la revendication 7, dans lequel les moyens de filtrage en mode différentiel 25 (80) comportent au moins un circuit RLC. 9. Système d'alimentation selon la revendication 8, dans lequel les moyens de filtrage en mode commun (90) comportent au moins une inductance mode commun. 10. Système d'alimentation selon la revendication 30 1, dans lequel chaque module d'alimentation est intégré dans un appareil électrique (2).