Brevet FR3038151A1 — publié le 20161230

Alimentation électrique d'une charge avec barre de distribution segmentée La présente invention se rapporte au domaine de l'énergie et plus particulièrement à l'alimentation électrique d'équipements d'un réseau de télécommunication. Il est courant que les équipements de télécommunication ou de réseau informatique soient alimentés sous une basse tension continu de sécurité, typiquement 48VDC (Direct Current) et inférieure à 60VDC selon la norme internationale CEI, pour limiter le danger vis-à-vis des personnes intervenant sur le réseau d'alimentation. L'inconvénient majeur d'une alimentation à partir d'une tension basse, comparativement à une tension haute, réside dans la section plus importante des conducteurs cuivre pour passer la puissance consommée, conduisant à un coût de réalisation important à partir d'une certaine puissance typiquement de plusieurs kW. Il y a donc une volonté d'alimenter les équipements du réseau de télécommunication ou informatique avec une tension supérieure à 48VDC. Un niveau de tension souhaitée est de 400VDC.Toutefois, une telle tension pose des problèmes de sécurité des personnes. Le système d'alimentation doit par ailleurs être aussi fiable qu'en 48VDC. Pour répondre à ces contraintes, le système d'alimentation comprend des redondances et des dispositifs de protection. En particulier les équipements sont alimentés par deux voies distinctes de distribution d'alimentation. Les dispositifs de protection ont pour fonction d'isoler les parties défectueuses en cas de détection d'un défaut grave. Une contrainte imposée est de pouvoir alimenter les équipements sans coupure même dans le cas d'un tel défaut grave. Il est ainsi connu un système d'alimentation dont le schéma électrique est illustré par la figure 1. Une source de courant alternatif non représentée fournit de la puissance sur deux voies A, B pour l'alimentation des équipements Eq et pour la recharge des batteries Bat_A et Bat_B. Dans chaque voie source, un convertisseur de tension AC/DC appelé communément redresseur transforme le courant alternatif, en continu. Un jeu de barre de distribution d'alimentation (barre plus et barre moins) segmentée en deux segments est raccordé aux deux voies continues respectivement sur les deux segments. En effet à partir d'une certaine intensité de courant on utilise des barre de cuivre isolées ou non comme conducteur plutôt que des fils électriques isolés. Les deux segments sont raccordés ensemble par un contacteur Con de couplage piloté par un automate. Dans le cas considéré, le contacteur ne coupe que la polarité moins de la distribution, la polarité plus étant connectée en plusieurs points aux masses métalliques des équipements reliées ensemble donc ne pouvant pas être interrompues. On ne représente pas le plus sur le dessin. Du côté opposé au contacteur, chaque segment est raccordé à une batterie Bat_A, Bat_B et à un bloc de distribution Dis_A, Dis_B. Les blocs de distribution comprennent éventuellement des 3038151 2 convertisseurs continu-continu et des dispositifs de protection tels des fusibles. La sortie de chaque bloc de distribution alimente les équipements qui ont deux voies El, E2 d'alimentation. Les équipements consommant une puissance maximale Pu (en Watt), chaque voie d'alimentation doit fournir cette puissance Pu pour assurer la fiabilité si une des voies est en panne et en outre la puissance 5 de recharge d'une batterie Pa. Dit autrement, le système d'alimentation connu comprend : une barre de distribution d'alimentation segmentée à deux segments reliés entre eux par un contacteur, deux voies El, E2 d'alimentation pour alimenter les équipements à partir des deux segments, 10 deux voies A, B d'énergie reliées chacune sur un des segments pour fournir chacune une puissance constante en régime normal aux équipements et ayant un profil de puissance capable d'absorber une demande pic de courant. Ce courant pic sert à ouvrir très rapidement une protection telle qu'un disjoncteur ou un fusible en cas de court-circuit sur la canalisation électrique qu'elle protège. Dans ce cas la protection ne coupe que le 15 moins. Il est à noter que le schéma est simplifié en ce qu'il ne représente pour la partie courant alternatif, qu'une des phases d'une source triphasée ou que la phase si l'alimentation se fait entre une phase et le neutre. De même pour la partie courant continu, seul un conducteur est représenté comme décrit précédemment. 20 En fonctionnement, le contacteur est ouvert et chacune des voies assure séparément l'alimentation des équipements qui lui sont connectés. Lorsqu'un défaut est détecté (panne d'un module redresseur du bloc de distribution, manque de puissance sur une des voies, test des batteries,...), le contacteur se ferme sous la commande d'un contrôleur sauf si ce dernier a détecté un défaut qui a entraîné la fusion du fusible de protection d'une des batteries pour éviter l'ouverture de 25 l'autre fusible batterie, le défaut étant probablement toujours là. Un tel dispositif de protection électrique évite un défaut de mode commun sur la barre d'alimentation si un court-circuit survient sur un des segments. De plus, en cas de défaillance de la source d'énergie en amont d'une batterie, cette dernière est dimensionnée pour fournir plus de puissance jusqu'à ce que le contacteur se ferme. Ce système permet ainsi une alimentation des équipements avec une certaine fiabilité et avec un profil de 30 puissance adapté pour absorber un pic de demande de courant électrique d'intensité plus élevée que la valeur normale. Toutefois, l'inconvénient majeur de ce système est qu'il nécessite de disposer d'une source d'énergie de deux fois la puissance Pu consommée par les équipements en particulier pour permettre 3038151 3 d'intervenir sur une des voies après qu'elle ait été isolée tout en maintenant l'alimentation des équipements avec une puissance Pu disponible. Ce surdimensionnement est coûteux. La présente invention propose un système d'alimentation plus efficace dans le dimensionnement énergétique tout en assurant une même protection en cas de défaut tel un court- 5 circuit sur la barre de distribution, un court-circuit en aval de la distribution et un amorçage d'arc électrique notamment lors d'une intervention humaine. A cette fin, l'invention a pour objet un système d'alimentation électrique d'équipements de puissance utileconsommée P. Le système comprend : une barre de distribution d'alimentation segmentée à au moins trois segments reliés deux 10 par deux par un dispositif de protection électrique contre une surintensité, deux voies d'alimentation aval pour alimenter les équipements à partir de deux segments, au moins trois voies d'alimentation amont reliées respectivement aux segments pour fournir en régime normal aux équipements la puissance consommée, les voies amont ayant un profil de puissance capable d'absorber un pic d'intensité et étant dimensionnées 15 pour fournir une puissance utile totale strictement inférieure à 2Pu. La barre de distribution segmentée ou barre bus comme on peut aussi l'appeler, consiste par exemple en des profilés en cuivre, parfois percés pour leur raccordement, avec une continuité électrique entre deux profilés assurée par un dispositif de protection. Lorsqu'il y a trois segments, il y a donc deux dispositifs de protection qui assurent cette continuité électrique. Les segments peuvent 20 tout aussi bien être des conducteurs isolés dont la section conductrice est dimensionnée pour passer un courant de régime normal et un courant de court-circuit pendant un bref instant. Le régime normal est celui selon lequel il n'y a aucun défaut électrique grave (telle qu'une surintensité) conduisant au déclenchement d'un des dispositifs de protection. Les dispositifs de protection contre une surintensité assurent le couplage entre deux segments 25 de la barre. Ils permettent d'éliminer un court-circuit sur un des segments et de pouvoir intervenir hors tension sur un des segments sans risque d'électrisation ou d'arc électrique. Ainsi, en régime normal l'ensemble des voies amont fournit la puissance utile Pu consommée par les équipements. Les voies amont sont dimensionnées pour fournir une puissance utile totale strictement inférieure à deux fois la puissance consommée en régime normal. En cas de défaut grave 30 tel un court-circuit, l'ensemble des voies amont est capable de fournir un pic de courant bien supérieur (au minimum deux fois le courant en régime normal) à la valeur du courant correspondant à la puissance consommée en régime normal (sans défaut). Selon un mode de réalisation, ce pic de courant est fourni par des batteries. Le dimensionnement de la puissance utile des voies amont ne tient pas compte d'une puissance complémentaire nécessaire à la charge des batteries pouvant fournir le pic de 3038151 4 courant. La puissance de charge des batteries est fournie par la redondance de puissance du système disponible sur la barre segmentée. La présente invention propose ainsi un système d'alimentation fiable avec une redondance limitée en puissance tout en garantissant l'alimentation des équipements en cas de défaut électrique 5 grave. Cette fiabilité est obtenue avec une puissance source inférieure à ce qui est nécessaire dans le système de l'art antérieur. Les points de liaison entre les voies d'énergie et les segments de la même barre d'alimentation étant localisés sur des segments différents pour des voies différentes, le système permet d'isoler facilement une voie défaillante par coupure du lien entre deux segments tout en gardant Pu Watt de disponible pour alimenter les équipements, notamment en évitant un creux de 10 tension perturbant le fonctionnement des équipements alimentés. La barre de distribution segmentée permet de travailler hors tension sur une partie de la distribution d'alimentation, par exemple sur une des voies, sans couper les autres voies. Ceci est très utile en 400VDC en particulier d'un point de vue sécurité des personnes intervenant. Par exemple, une panne sur la distribution est un court-circuit qui peut entraîner un courant très fort fourni par la 15 batterie, qui peut alors déclencher une projection de cuivre fondu et générer des ultraviolets (UV) violents. Un arc électrique peut également s'amorcer plus facilement qu'en tension plus basse et atteindre une personne provoquant des brûlures et l'électrisation. Selon un mode de réalisation, chaque voie d'alimentation en énergie fournit Pu /2 Watts et un complément pour la recharge des batteries ce qui a l'avantage d'économiser de l'ordre de 25 % de 20 puissance par rapport à l'art antérieur. Un tel gain est substantiel en termes de dimensionnement des voies d'énergie qui n'ont plus à fournir une puissance 2.Pu comme dans l'art antérieur mais au minimum 3Pu/2. Selon un mode de réalisation des dispositifs de protection, il s'agit de dispositifs électro mécaniques qui ont pour fonction d'interrompre la circulation du courant entre deux segments, d'isoler 25 électriquement deux parties du système dimensionnées pour fournir Pu Watt et de protéger les segments du bus contre des courants de court-circuit. De tels dispositifs sont par exemple des interrupteurs-sectionneurs porte fusibles. La fonction isolation est particulièrement importante puisqu'à partir d'un certain niveau de tension, la tension de contact est dangereuse et le risque d'arc électrique est plus important. Un dispositif de protection sous la forme d'un interrupteur-sectionneur 30 porte fusible est plus fiable qu'un contacteur. Le dispositif de coupure peut couper l'ensemble des conducteurs ou seulement les conducteurs actifs, la ou les phases en alternatifs, un des pôles en courant continu. La segmentation de la barre de distribution par ces dispositifs de protection permet aussi d'isoler électriquement un segment de la barre dans un but de maintenance hors tension, grâce aux 3038151 5 fonctions d'isolation et d'interruption. Selon un mode de réalisation, les dispositifs de protection dans leur fonction isolation sont manoeuvrables par un technicien. Le système proposé permet de maintenir une distribution électrique de manière sécurisée en évitant le travail sous tension et ce, en maintenant l'alimentation des équipements via la distribution 5 redondante. Il permet d'avoir une plus grande fiabilité d'exploitation à un coût plus faible que les solutions antérieures qui utilisaient par exemple des contacteurs de couplage entre barre bus électriques sans la fonction d'ouverture sur surintensité. En effet, le taux de fiabilité de ces appareils (contacteur commandé) est plus faible que celui de certains dispositifs possédant les mêmes fonctions d'isolation et d'interruption de la charge tels que par exemple, les disjoncteurs ou les interrupteurs- 10 sectionneurs porte-fusibles. Il permet en outre de réduire la quantité de convertisseurs sources nécessaire alimentant la barre de distribution. Selon un mode de réalisation en DC, une redondance totale de type N+N redresseurs (N redresseurs fournissant au moins la puissance Pu) n'est en effet pas indispensable dès lors que la barre de distribution a trois segments séparés par deux inter-sectionneurs-fusibles. 15 Le système permet de protéger une des distributions contre les perturbations pouvant apparaitre sur la barre lorsqu'un court-circuit survient sur ou en aval la barre. La segmentation de la barre de distribution par l'action d'un dispositif de protection va isoler la distribution « saine (sans défaut) » lorsque sa source ou ses sources d'énergie va ou vont contribuer à fournir le courant de court-circuit sur la barre à destination du défaut situé sur ou à proximité de 20 l'autre distribution redondante. Ce système d'alimentation peut servir dans toute utilisation nécessitant une double distribution d'alimentation à sources multiples, et ce, pour tous les types d'alimentation DC ou AC, quel que soit son niveau de tension (TBTS, TBT, BT, HT...). Les équipements alimentés peuvent ne comporter qu'une entrée d'alimentation par contre ils 25 sont alors redondés de telle façon que la fonction assurée par un équipement soit assurée par un autre équipement selon un principe de redondance fonctionnelle. Selon une utilisation particulière, le système alimente des équipements redondés et des équipements à une entrée d'alimentation non redondés. Le système peut alimenter aussi bien des équipements de télécommunications ou des serveurs 30 que des équipements d'autres domaines tel par exemple le domaine du transport (aéronautique, spatial, ferroviaire, maritime, routier, etc...). Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description qui suit faite en regard des figures annexées données à titre d'exemple non limitatif. 3038151 6 La figure 1 est un schéma électrique d'un système d'alimentation de l'art antérieur. La figure 2 est un schéma électrique d'un mode de réalisation d'un système selon l'invention. Description de modes de réalisation de l'invention Un système d'alimentation selon l'invention, dont un mode de réalisation est illustré par la 5 figure 2, est dimensionné pour alimenter de manière fiable et sécurisée des d'équipements de puissance 1),, consommée en régime normal. Le système d'alimentation comprend au moins trois voies A, B, C d'alimentation amont et la barre de distribution d'alimentation comprend au moins trois segments. Les voies amont sont reliées respectivement sur les segments de la barre de distribution d'alimentation pour fournir en régime 10 normal la puissance 1),, aux équipements Eq. Les segments sont reliés entre eux par des dispositifs de protection électrique contre une surintensité. Le système comprend en outre deux voies El, E2 d'alimentation aval pour alimenter les équipements à partir de deux segments distincts. Contrairement à l'art antérieur, le système comprend donc au moins une troisième voie 15 d'alimentation amont. Les trois voies amont sont sur dimensionnées par rapport à la puissance 1),, consommée par les équipements mais l'architecture du système proposé fait que ce surdimensionnement peut être strictement inférieur à celui nécessaire selon l'art antérieur tout en assurant une meilleur fiabilité d'alimentation. Ainsi, la somme des puissances utiles des différentes voies amont est strictement inférieure à 2.Pu. Selon un mode de réalisation, chacune des trois voies 20 amont est dimensionnée pour fournir Pu/2 soit 3P'/2 au total. Les voies amont sont capables d'absorber un pic de demande de courant. Selon un mode de réalisation, les voies d'alimentation amont comprennent des batteries qui permettent de fournir le pic de courant pendant une durée brève mais suffisante pour que la partie défaillante soit isolée et que la partie redondante puisse assurer la continuité d'alimentation des équipements. 25 Selon un mode de réalisation chaque segment de la barre est raccordé à une batterie. Chacune des batteries peut fournir un pic de courant pendant une durée brève mais suffisante pour isoler la partie défectueuse par fusion d'un fusible de protection ou sectionnement par un interrupteur sectionneur-porte fusible. Chaque batterie peut-être composée de plusieurs blocs batteries en série et de branches de 30 batteries en parallèle. Les dispositifs de protection ont pour fonction d'isoler les parties défectueuses en cas de détection d'un défaut grave. Le dimensionnement des protections aussi bien en calibre qu'en temps de réponse est à la portée de l'homme du métier. 3038151 7 Le système d'alimentation ainsi proposé permet un découplage total de fautes (non propagation des défauts) : il y a toujours une puissance Pu disponible en cas de court-circuit sur un des segments, il permet une intervention humaine hors tension sur l'un quelconque des trois segments. Selon un autre mode de réalisation, au moins une batterie est reliée au segment du milieu. Ce 5 mode permet un découplage du défaut de court-circuit sur un des segments extérieurs. Il est à noter que de même que pour l'art antérieur décrit, le schéma est simplifié en ce qu'il ne représente pour la partie courant alternatif, qu'une des phases d'une source triphasée ou que la phase si l'alimentation se fait entre une phase et le neutre. De même, pour la partie courant continue, seul un conducteur est représenté. Ainsi, dans le cas de distribution électrique alternative fournie triphasée, il y 10 a autant de barres de distribution d'alimentation que de phases et une barre de neutre, soit quatre barres, on parle alors de bus de distribution d'alimentation ou de jeu de barres. Le bus de distribution d'alimentation comprend l'ensemble des barres de distribution d'alimentation. Dans le cas d'une énergie alternative fournie sur une phase et le neutre ou dans le cas du courant continu, il y a deux barres de distribution d'alimentation. Dans le cas d'un courant alternatif fourni sur trois phases, il y a 15 autant de barres de distribution d'alimentation que de phases, soit trois barres ou quatre barres si la distribution comporte le neutre. On parle de barre de distribution segmentée dès lors que la barre comporte un dispositif de coupure électrique, que ce soit en courant continu ou en courant alternatif. Dans le cas d'un jeu de barres, au moins une des barres est segmentée selon l'invention. 20 Les voies d'alimentation aval pour alimenter les équipements ne sont pas limitées à deux, par exemple il peut y avoir au moins une troisième voie d'alimentation. REVENDICATIONS1. Système d'alimentation électrique d'équipements de puissance utile consommée Pu comprenant : une barre de distribution d'alimentation segmentée à au moins trois segments reliés deux par deux par un dispositif de protection électrique contre une surintensité, deux voies (El, E2) d'alimentation aval pour alimenter les équipements à partir de deux segments, au moins trois voies d'alimentation amont (A, B, C) reliées respectivement aux segments pour fournir en régime normal la puissance Pu aux équipements, les voies amont étant capables de fournir un pic de courant supérieur au courant d'alimentation en régime normal et étant dimensionnées pour fournir une puissance totale strictement inférieure à 2Pu. Système d'alimentation selon la revendication 1 dans lequel les voies d'alimentation amont comprennent au moins une batterie reliée au segment central. Système d'alimentation selon la revendication 1 dans lequel les voies d'alimentation amont comprennent au moins une batterie par segment. Système d'alimentation selon l'une des revendications précédentes dans lequel les dispositifs de protection sont des interrupteurs-sectionneurs porte fusible. Système d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel les dispositifs de protection sont des disjoncteurs.2. 3. 4. 5. 25