Brevet FR2980273A1 — publié le 20130322

Dispositif de détection d'une coupure d'un câble électrique ainsi que système de distribution de courant, notamment ferroviaire, correspondant La présente invention concerne un ensemble d'un câble électrique, d'une fibre optique associée audit câble et d'un dispositif de détection d'au moins une coupure du câble. Elle concerne également un système de distribution électrique de courant ferroviaire correspondant. L'invention s'intéresse plus particulièrement au domaine des câbles électriques utilisés dans le secteur ferroviaire pour l'alimentation électrique de caténaires ou pour le transport d'informations de signalisation ferroviaire. Ces câbles électriques sont de plus en plus souvent la cible de voleurs qui n'hésitent pas à couper des tronçons entiers de câbles dans le but de récupérer du cuivre. Ces vols sont en constante augmentation en raison notamment de l'augmentation du prix de ce métal. Malheureusement, de telles coupures de câble causent un grand préjudice dans le domaine ferroviaire. Outre le coût lié au remplacement du câble, la coupure d'électricité résultante engendre en effet une paralysie du trafic des lignes de train concernées pendant le temps nécessaire à la réparation, pouvant durer plusieurs heures. On peut d'ailleurs noter que ce temps de réparation est actuellement rallongé par le fait qu'une coupure d'un câble électrique d'alimentation d'une caténaire n'est pas identifiée immédiatement. En effet, la raison du défaut d'alimentation de la caténaire n'est connue qu'après investigation. Face à la recrudescence de ces actes de malveillance, les autorités publiques et les sociétés ferroviaires concernées ont renforcé les dispositifs de surveillance des rails, notamment en déployant des caméras de vidéosurveillance et en réalisant des survols des rails par des hélicoptères de gendarmerie. Ces solutions, outre le fait qu'elles sont très coûteuses, ne permettent pas de surveiller la totalité du réseau ferroviaire pour empêcher la coupure des câbles. La présente invention vise à améliorer la situation. A cet effet, la présente invention a d'abord pour objet un ensemble d'un câble électrique, d'une fibre optique associée à ce câble, et d'un dispositif de détection d'au moins une coupure de ce câble, ledit dispositif de détection comprenant des moyens d'émission et des moyens de réception d'un signal optique dans la fibre, ledit ensemble étant configuré pour que la coupure du câble électrique engendre une modification du signal optique dans la fibre, ledit dispositif de détection comprenant en outre des moyens de traitement pour déterminer la présence de la coupure du câble à partir d'une détection de la modification du signal optique. Grâce à cet ensemble, la détection et l'identification d'une coupure du câble et son probable vol sont immédiates. On dispose en effet d'une information spécifiquement liée à la coupure du câble provenant de la modification du signal optique, à savoir l'interruption ou au moins l'atténuation dudit signal. Cela permet de mettre en oeuvre les réparations adéquates rapidement de manière à rétablir la connexion électrique dans un délai très bref. Cela permet également de donner l'alerte sans retard dans le but d'arrêter les auteurs du délit. Avantageusement, la fibre optique est insérée dans le câble. Grâce à cette intégration de la fibre optique dans le câble, par exemple au moyen d'un tube en matière synthétique ou métallique, une coupure du câble engendre une coupure de la fibre optique, ayant pour conséquence une perte du signal optique. De préférence, la fibre optique est une fibre multibrins, comprenant au moins un brin émetteur et un brin récepteur. Selon une réalisation, le câble comprend une gaine électriquement isolante et la fibre optique est insérée dans la gaine électriquement isolante. Selon une autre réalisation, le câble comprend une gaine de protection mécanique et la fibre optique est insérée dans la gaine de protection mécanique. Selon une autre réalisation encore, le câble comprend une âme et la fibre optique est insérée dans l'âme. Plus précisément, le câble pourra comprendre un faisceau de brins, en cuivre par exemple, la fibre optique étant insérée au sein du faisceau, notamment à la place de l'un des brins en cuivre. De préférence, les moyens d'émission comprennent une diode 30 électroluminescente et les moyens de réception comprennent une photodiode. Avantageusement, les moyens d'émission et/ou les moyens de réception du signal optique sont localisés à distance d'extrémités de points de connexion électrique du câble. Autrement dit, ils sont à distance des extrémités du câble ce qui permettra de protéger lesdits moyens d'émission et/ou les moyens de 35 réception du signal optique indépendamment du câble. De préférence, le dispositif de détection comprend en outre des moyens de déclenchement d'une alarme lorsque la présence d'au moins une coupure du câble est déterminée. Cela permet d'avertir immédiatement une personne en charge de la surveillance du câble de l'occurrence de la coupure. Selon une réalisation, le câble est un câble d'alimentation électrique d'une caténaire. Il s'agit, par exemple, d'un câble d'alimentation 1500 V en courant continu ou 25 kV en courant alternatif pour la traction électrique ferroviaire. Selon une autre réalisation, le câble est un câble de signalisation ferroviaire. Il s'agit, par exemple, d'un câble de retour de traction tel qu'un câble isolé 750 V. Il peut s'agir d'un câble enterré, notamment en caniveau. En effet, ces câbles sont plus exposés que les câbles aériens aux tentatives de vol. La présente invention a également pour objet un système de distribution électrique de courant, notamment ferroviaire, comprenant un ensemble tel qu'évoqué plus haut. Ledit système de distribution comprend, par exemple, des organes de distribution électrique tels que des interrupteurs, des transformateurs et/ou des disjoncteurs, et des moyens de pilotage desdits organes électriques. Avantageusement, le système de distribution comprend des moyens de transmission d'informations de coupure du câble à un réseau raccordé à une unité de surveillance à distance. Ce réseau est distinct du réseau de distribution de courant électrique à la caténaire. Il comprend notamment des lignes de transmission d'informations. Le système pourra être configuré pour transmettre par ledit réseau à la fois des informations de surveillance des organes électriques et des informations de coupure du câble. Il pourra aussi être configuré pour que les moyens de pilotage des organes électriques et le dispositif de détection soient alimentés par une même source de courant électrique. De préférence, les moyens de traitement sont aptes à fournir une identification du câble coupé aux moyens de transmission d'informations, en particulier lorsque le système comprend plusieurs ensembles d'un câble électrique, d'une fibre optique et d'un dispositif de détection. Selon un aspect de l'invention, le système de distribution comprend un poste d'alimentation dans lequel sont agencés les organes de distribution électrique, les moyens de pilotage desdits organes électriques et ledit dispositif de détection, le câble électrique étant agencé au moins en partie à l'extérieur dudit poste d'alimentation. Avantageusement, les moyens de traitement sont aptes à identifier le poste d'alimentation auquel est raccordé un câble coupé, en particulier lorsque le système comprend plusieurs postes d'alimentation reliés à la même unité de surveillance à distance. Ledit poste pourra comprendre un bâti enfermant au moins tout ou partie des moyens de pilotage des organes de distribution électrique ainsi que les 10 moyens d'émission, les moyens de réception et/ou les moyens de traitement du dispositif de détection. Par « bâti », on entend un bâtiment fermé et hors d'eau. Ledit bâti pourra d'ailleurs être équipé d'une alarme, éventuellement reliée à ladite unité de surveillance à distance, par exemple par le même réseau que celui relié aux moyens de transmission d'informations de coupure du câble. 15 La présente invention concerne aussi un procédé de détection d'au moins une coupure d'un câble électrique auquel une fibre optique est associée, comprenant les étapes consistant à: - émettre un signal optique dans la fibre par un émetteur optique; - recevoir ledit signal optique par un récepteur optique; et 20 - déterminer la présence d'au moins une coupure du câble à partir d'une détection d'une modification du signal optique par le récepteur. Avantageusement, le procédé comprend en outre l'étape consistant à identifier le câble coupé et/ou un poste d'alimentation équipé dudit câble coupé. On va maintenant décrire des exemples de réalisation de l'invention de 25 façon plus précise, mais non limitative, en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un schéma représentant un système de distribution électrique selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est un schéma représentant la structure des organes de 30 distribution électrique du poste d'alimentation de la figure 1 selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est un schéma représentant la structure des organes de distribution électrique du poste d'alimentation de la figure 1 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; 35 - la figure 4 est un schéma illustrant un premier exemple d'insertion d'une fibre optique dans un câble électrique ; - la figure 5 est un schéma illustrant un deuxième exemple d'insertion d'une fibre optique dans un câble électrique ; - la figure 6 est un schéma illustrant un troisième exemple d'insertion d'une fibre optique dans un câble électrique ; et - la figure 7 est un organigramme illustrant le fonctionnement du procédé de détection de coupure de la présente invention. La figure 1 représente l'architecture d'un système de distribution électrique 2 de courant ferroviaire selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Ce système de distribution 2 comprend un câble électrique 4. Selon l'invention, ce câble 4 est associé à une fibre optique 6 qui est ici insérée dans le câble 4 selon l'une des manières décrites en référence aux figures 4 à 6. Le système de distribution 2 comprend en outre un poste d'alimentation 8, également appelé sous-station, assurant l'alimentation d'une ou plusieurs caténaire(s) à partir d'un réseau électrique. Le poste d'alimentation 8 assure aussi les protections électriques et la commande du système 2. Le système de distribution 2 comprend également un central sous-station 10 assurant la gestion à distance du poste d'alimentation 8. Un poste d'alimentation est prévu le long d'une ligne de chemin de fer, par exemple, pour un tronçon de plusieurs kilomètres ou dizaines de kilomètres et un central sous-station assure la gestion de plusieurs postes d'alimentation. Le central sous-station 10 comprend ici au moins un poste opérateur 12 raccordé à un tableau de contrôle optique 14, dit TCO, et à une télécommande 16. Ces équipements 12, 14, 16 permettent à un agent régulateur de gérer, surveiller et assurer en permanence le fonctionnement du système de distribution 2. Depuis son poste opérateur 12, l'agent surveille les informations affichées, notamment par l'intermédiaire de voyants optiques, sur le tableau de contrôle optique 14 et relatives à la zone d'action du central sous-station 10. En outre, l'agent transmet à l'aide de la télécommande 16 des commandes vers le ou les postes d'alimentation 8. A cet effet, un réseau de transmission d'informations 18, formé de lignes de transmission, raccorde la télécommande 16 du central sous-station 10 à une télécommande 20 du poste d'alimentation 8. Selon l'invention, le poste d'alimentation 8 comprend également un émetteur-récepteur optique 31. L'émetteur-récepteur optique 31 comprend, par exemple, une diode électroluminescente 32 pour l'émission d'un signal optique dans la fibre optique 6 et une photodiode 33 pour la réception du signal optique. D'une façon générale, les moyens de réception sont aptes à détecter une modification, notamment perte et/ou atténuation, du signal optique. Des moyens d'alimentation 34, 36 sont prévus pour alimenter les différents appareils du poste d'alimentation 8 et du central sous-station 10 respectivement à partir d'une même source de courant respective ayant une tension de 230 V en courant alternatif, par exemple. Le poste d'alimentation 8 comprend également des organes de distribution électrique dont l'architecture est détaillée en référence aux figures 2 et 3. Dans les modes de réalisation illustrés dans les figures 2 et 3, le câble 4 est soit un câble conducteur permettant l'alimentation d'une caténaire soit un câble de retour de traction. La figure 2 concerne le cas d'une électrification à 25 kV en courant alternatif. Il s'agit plus particulièrement ici d'une alimentation dite 2*25 kV. Cette alimentation permet d'augmenter la distance séparant deux sous-stations. Le poste d'alimentation 8 comprend, dans ce cas, une première partie 40 formée d'interrupteurs assurant l'interface avec le réseau électrique très haute tension THT, par exemple 225 kV. Une deuxième partie 42, comprenant des transformateurs, produit une tension de 25 kV à partir de la tension THT. Une troisième partie 44, comprenant des interrupteurs et des disjoncteurs, fournit la tension de 25 kV à une caténaire 46. Des câbles conducteurs 48, 50, 52, 54 assurent la liaison entre la troisième partie 44 et la caténaire 46. Il s'agit de câbles en cuivre moyenne tension, dits câbles HTA munis, selon l'invention, de fibres optiques Deux rails 56, 57 sont également représentés sur la figure 2. Ils correspondent aux files de rails de la ou des voies ferrées alimentées. Ils permettent le retour de courant de traction. Ils sont connectés aux transformateurs de la deuxième partie 42 par l'intermédiaire de câbles 58, 59 basse tension isolés 750 V munis de fibres optiques, conformément à l'invention. La figure 3 concerne le cas d'une électrification à 1500 V en courant continu. Le poste d'alimentation 8 comprend, dans ce cas, une première partie 60 formée de disjoncteurs haute tension assurant l'interface avec le réseau électrique haute tension HT, par exemple 20 à 90 kV. Une deuxième partie 62 comprend un transformateur triphasé triangle/étoile pour abaisser la tension. Une troisième partie 64, comprenant un redresseur, fournit la tension de 1500 V à une quatrième partie 66, formée de disjoncteurs et interrupteurs sectionneurs pour alimenter des caténaires. Des câbles conducteurs 68, 70, 72, 74 assurent la liaison entre la quatrième partie 66 et les caténaires. Il s'agit de câbles en cuivre moyenne tension, dits câbles HTA munis, selon l'invention, de fibres optiques Un rail 76 est également représenté sur la figure 3. Il correspond aux files de rails de la ou des voies ferrées alimentées. Il permet le retour de courant de traction. Il est connecté au redresseur de la troisième partie 64 par l'intermédiaire d'un câble 78 basse tension isolé 750 V muni de fibre optique, conformément à l'invention. Les figures 4 à 6 illustrent différents exemples d'insertion de la fibre optique 6 dans le câble 4, ce câble étant l'un des câbles 48, 50, 52, 54, 58, 59, 68, 70, 72, 74 ou 78 des figures 2 et 3. Le câble 4 est un câble multi-brins comprenant une âme 82 dans laquelle sont insérés plusieurs brins 83 en cuivre (figure 6). Une gaine isolante 84 enveloppe l'âme 82 et une gaine de protection mécanique 86 enveloppe l'ensemble. La fibre optique 6 est une fibre multi-brins comprenant, par exemple, un brin émetteur 88 destiné à être raccordé à la diode électroluminescente 32 et un brin récepteur 90 destiné à être raccordé à la photodiode 33. Elle est ici intégrée dans un tube 92 en matière synthétique ou métallique. Le tube 92 est inséré, selon le premier exemple, illustré à la figure 4, dans la gaine d'isolation 84. Selon un deuxième exemple, illustré à la figure 5, le tube 92 est inséré dans la gaine de protection mécanique 86. Selon un troisième exemple, illustré à la figure 6, le tube 92 est inséré dans l'âme 82 à la place d'un brin 83 de cuivre. Si l'on se reporte de nouveau à la figure 1, la télécommande 20 permet de recevoir des informations du poste d'alimentation 8, transmises à au moins un automatisme 24. Ce dernier commande le fonctionnement d'au moins un ou des organes électriques 22 avec le ou lesquels il est relié. Comme évoqué en relation avec les figures 2 et 3, il s'agit, par exemple, des disjoncteurs, interrupteurs et/ou redresseurs des premières 40, 60, troisième 44, 64 ou quatrième parties 66 des systèmes de distribution électrique correspondants. Autrement dit, l'automatisme 24 est agencé pour piloter le ou les organes électriques 22. Il pourra pour cela être apte à recevoir des informations sur leur état. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'automatisme 24 est raccordé à l'émetteur-récepteur optique 31 pour traiter le signal optique reçu et déterminer ainsi la présence d'une éventuelle coupure du câble 4. Il est alors apte à transmettre cette information de coupure du câble à la télécommande 20. De préférence, le système de distribution 2 comprend également au moins un capteur 26 raccordé à au moins une protection 28 et à l'automatisme 24. Le capteur 26 est agencé pour détecter des défauts électriques au niveau du ou des organes 22, notamment par l'intermédiaire de mesures. La protection 28 est en charge d'émettre des instructions de coupure électrique en cas de détection d'un tel défaut par le capteur 26. En outre, le poste d'alimentation 8 comprend ici un tableau de contrôle optique local 30 sur lequel sont affichées des informations relatives à l'organe électrique 22 et/ou à la coupure du câble 4. Ici, les disjoncteurs, interrupteurs, transformateurs et/ou autres organes électriques 22 parcourus par le courant servant à alimenter la caténaire sont à l'extérieur d'un bâti fermé 9 servant à abriter les appareils destinés au contrôle de ces derniers. Il en est éventuellement de même des capteurs 26 associés. Autrement dit, la télécommande 20, l'automatisme 24, la protection 28 et le tableau local de contrôle 30 sont situés à l'intérieur du bâti 9, notamment au niveau d'une baie électronique. Il en est ici de même de l'émetteur-récepteur optique 31. En variante, les disjoncteurs, interrupteurs, transformateurs et/ou autres organes électriques 22 parcourus par le courant servant à alimenter la caténaire sont, en partie ou en totalité, intégrés dans le bâti fermé 9, en particulier dans le cas des postes d'alimentation ou sous-stations 1500 V. Ils pourront alors être séparés des appareils destinés à leur contrôle par un cloisonnement. Les moyens de traitement pour déterminer la présence de la coupure du câble à partir de la détection d'une modification du signal optique sont intégrés, par exemple, au niveau de l'émetteur-récepteur optique 31 et/ou de l'automatisme 24. L'organigramme de la figure 7 illustre le fonctionnement du procédé de détection d'une coupure du câble 4. Lors d'une étape 104, un signal optique est émis depuis la diode électroluminescente 32 dans le brin 88 de la fibre optique 6. Ce signal optique est ensuite reçu, lors d'une étape 106, par la photodiode 33 depuis le brin 90 de la fibre optique. Le signal optique reçu correspond alors au signal optique émis retardé par le temps de propagation dans la fibre optique. En cas de coupure du câble 4, à l'étape 108, la fibre optique est également coupée. Le signal optique reçu par la photodiode 33 est alors fortement dégradé, voire perdu. Cette perte du signal optique déclenche, à l'étape 110, un signal d'alarme spécifique. Le signal d'alarme est ensuite transmis, à l'étape 112, depuis le poste d'alimentation 8 vers le central sous- station 10 par l'intermédiaire du réseau de transmission d'informations 18. L'agent présent au poste d'opérateur 12 est ainsi immédiatement alerté de l'occurrence d'une coupure du câble et déclenche la procédure de réparation adéquate. Bien entendu, d'autres modes de réalisation sont envisageables. Par exemple, lorsque le système de distribution 2 comprend plusieurs postes d'alimentation 8 associés au même central sous-station 10, chaque poste d'alimentation étant raccordé à un ou plusieurs câbles électriques munis de fibres optiques et de dispositifs de détection de coupure, les moyens de traitement associés aux câbles envoient, dans ce cas, sur le réseau, en même temps que l'information de coupure d'un ou plusieurs câbles, des informations d'identification du poste d'alimentation et/ou du ou des câbles endommagés. REVENDICATIONS1. Ensemble d'un câble électrique (4), d'une fibre optique (6) associée à ce câble (4), et d'un dispositif de détection d'au moins une coupure de ce câble (4), ledit dispositif de détection comprenant des moyens d'émission (32) et des moyens de réception (33) d'un signal optique dans la fibre (6), ledit ensemble étant configuré pour que la coupure du câble électrique (4) engendre une modification du signal optique dans la fibre (6), ledit dispositif de détection comprenant en outre des moyens de traitement pour déterminer la présence de la coupure du câble (4) à partir d'une détection de la modification du signal optique. 2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel la fibre optique (6) est insérée dans le câble (4). 3. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le câble (4) comprend une gaine électriquement isolante (84) et la fibre optique (6) est insérée dans la gaine électriquement isolante (84). 4. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le câble (4) comprend une gaine de protection mécanique (86) et la fibre optique (6) est insérée dans la gaine de protection mécanique (86). 5. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le câble (4) comprend une âme (82) et la fibre optique est insérée dans l'âme (82). 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens d'émission (32) et/ou les moyens de réception (33) du signal optique sont localisés à distance d'extrémités de points de connexion électrique du câble (4). 7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre des moyens de déclenchement d'une alarme lorsque la présence d'au moins une coupure du câble (4) est déterminée. 8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le câble (4) est un câble (48, 50, 52, 54; 68, 70, 72, 74) d'alimentationélectrique d'une caténaire (46) et/ou un câble (58, 59; 78) de signalisation ferroviaire. 9. Système de distribution électrique (2) de courant, notamment ferroviaire, 5 comprenant un ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10.Système de distribution selon la revendication 9, comprenant des moyens de transmission d'informations (20, 24) de coupure du câble à un réseau (18) 10 raccordé à une unité de surveillance à distance (10). 11.Système de distribution selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, comprenant des organes de distribution électrique (22, 40, 42, 44; 60, 62, 64, 15 66) et des moyens de pilotage (24, 26, 28) desdits organes électriques. 12.Système de distribution selon la revendication 11, le système de distribution étant configuré pour transmettre des informations de surveillance des organes électriques et des informations de coupure du câble (4) à un même réseau (18) 20 et/ou pour que les moyens de pilotage et le dispositif de détection soient alimentés par une même source de courant électrique (34). 13.Système de distribution selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12, comprenant un poste d'alimentation (8) dans lequel sont agencés les 25 organes de distribution électrique (22, 40, 42, 44; 60, 62, 64, 66), les moyens de pilotage (24, 26, 28) desdits organes électriques et ledit dispositif de détection, le câble électrique (4) étant agencé au moins en partie à l'extérieur dudit poste d'alimentation (8). 30 14.Système de distribution selon la revendication 13, dans lequel ledit poste comprend un bâti (9) enfermant au moins tout ou partie des moyens de pilotage (24, 26, 28) des organes de distribution électrique (22, 40, 42, 44; 60, 62, 64, 66) ainsi que les moyens d'émission (32), les moyens de réception (33) et/ou les moyens de traitement du dispositif de détection. 35 15.Système de distribution selon l'une quelconque des revendications 13 ou 14, dans lequel les moyens de traitement sont aptes à fournir une identificationdu câble coupé et/ou du poste d'alimentation équipé dudit câble coupé aux moyens de transmission d'informations (20,24). 16.Procédé de détection d'au moins une coupure d'un câble électrique (4) auquel une fibre optique (6) est associée, comprenant les étapes consistant à : - émettre (104) un signal optique dans la fibre (6) par un émetteur optique (32); - recevoir (106) ledit signal optique par un récepteur optique (33); et - déterminer la présence d'au moins une coupure du câble (4) à partir d'une détection d'une modification du signal optique par le récepteur (33). 17. Procédé de détection selon la revendication 16, comprenant en outre l'étape consistant à identifier le câble coupé et/ou un poste d'alimentation équipé dudit câble coupé.15