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WO2013087443A1 - Parafoudre tripolaire integre dans une passerelle residentielle avec detecteur d'impact de foudre - Google Patents

Parafoudre tripolaire integre dans une passerelle residentielle avec detecteur d'impact de foudre Download PDF

Info

Publication number
WO2013087443A1
WO2013087443A1 PCT/EP2012/074274 EP2012074274W WO2013087443A1 WO 2013087443 A1 WO2013087443 A1 WO 2013087443A1 EP 2012074274 W EP2012074274 W EP 2012074274W WO 2013087443 A1 WO2013087443 A1 WO 2013087443A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
line
component
lightning
additional components
earth
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/074274
Other languages
English (en)
Inventor
Nicolas Dangy-Caye
Original Assignee
Sagemcom Broadband Sas
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sagemcom Broadband Sas filed Critical Sagemcom Broadband Sas
Priority to EP12794722.4A priority Critical patent/EP2792040B1/fr
Priority to BR112014013016-7A priority patent/BR112014013016B1/pt
Priority to US14/364,233 priority patent/US9257828B2/en
Priority to CN201280060180.1A priority patent/CN103988383B/zh
Publication of WO2013087443A1 publication Critical patent/WO2013087443A1/fr

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/04—Arrangements for preventing response to transient abnormal conditions, e.g. to lightning or to short duration over voltage or oscillations; Damping the influence of dc component by short circuits in ac networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/06—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage using spark-gap arresters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04M—TELEPHONIC COMMUNICATION
    • H04M11/00—Telephonic communication systems specially adapted for combination with other electrical systems
    • H04M11/06—Simultaneous speech and data transmission, e.g. telegraphic transmission over the same conductors
    • H04M11/062—Simultaneous speech and data transmission, e.g. telegraphic transmission over the same conductors using different frequency bands for speech and other data

Definitions

  • Tripolar arrester built into a residential gateway with lightning impact sensor
  • the invention relates to an electronic apparatus provided with means for protection against lightning overvoltages.
  • Electronic devices of the "residential gateway” or “modem” type or more generally, electronic devices making it possible to transfer data between a telephone line and any terminal, such as a computer, must be protected against lightning strikes that may occur on electronic devices. conductive elements of the telephone line.
  • the ITU-T K.21 recommendations define reference waveforms representative of lightning impacts. These waveforms are pulses of maximum amplitude 1.5 kilovolt (kV) in common mode for the so-called “K.21 normal level” wave, or 6.0 kilovolt (kV) for the so-called “K” wave. .21 enhanced level Colour
  • the design of a lightning protection thus consists in providing means enabling the device to support one or the other of these waveforms without damage.
  • a residential gateway is electrically powered by a power supply unit, itself connected to a electrical network type 230 Volt or 110 Volt, and it is also connected to a DSL line typically having two conductive elements.
  • This gateway includes in particular so-called front-end internal components (for example AFE-type Analog Front End components) coupled to the DSL line and which must be protected from lightning.
  • front-end internal components for example AFE-type Analog Front End components
  • the electric ground can be brought to substantially the same potential as the conductive elements of the DSL line, it is that is to say a potential close to that of the overvoltage, ie, in the case of a K.21 enhanced waveform, at 6.0 kV.
  • the other components of the gateway that are connected to ground are subjected to a potential substantially equal to 6.0 kV. This is particularly the case of the Ethernet port components of such a gateway.
  • the components of an Ethernet port are sized to withstand pulses of maximum amplitude 1.5 kV in common mode (K.21 normal level).
  • K.21 normal level the surge of 6.0 kV which is imposed on the ground in the event of lightning, makes it possible to protect the frontal components of the gateway, but it causes nevertheless one damage of the Ethernet port if the bridge is not connected to Earth.
  • the object of the invention is to propose an architecture for effectively protecting the components of such a device the effects of a lightning strike on the line to which such a device is connected, including when this device is not connected to the ground.
  • an electronic device powered by a power supply unit connected to a mains power supply, intended for being connected to a transmission line comprising two conductive elements and to a terminal for transferring data between the line and the terminal, this apparatus comprising:
  • a front component coupled to the line through an isolation transformer
  • an evacuation component such as a three-pole gas spark gap, connected to the conductive elements of the line and which turns on in the event of an overvoltage due to lightning of the line, to cancel this overvoltage by establishing a current flowing from the line to earth to protect the downstream components of this protection such as the transformer or the front-end component;
  • a capacitive and / or resistive type divider component interposed between the evacuation component and the electrical earth, to constitute, with the power supply unit and / or one or more of the additional components, a divider bridge by which the voltage imposed on the weight of the device in case of lightning is less than the overvoltage of the conductive elements of the line so as to also protect the additional components.
  • the downstream components are protected by the three-pole spark gap.
  • the current is discharged to this electrical ground.
  • the divider component constitutes with the power supply unit and / or the additional components a voltage divider bridge which makes it possible to limit the voltage imposed on the electrical ground and therefore on the terminals of the additional components of the apparatus which are exposed to lightning by the fact that they are connected to the electrical ground of the device.
  • FIG. 1 schematically represents an electrical circuit of a residential gateway of
  • FIGS. 2a and 2b show equivalent capacitive electrical diagrams related to a common point C of the electrical circuit of the gateway of the invention
  • FIG. 3 represents a capacitive equivalent electrical diagram related to the common point C of the electrical circuit of the gateway of the invention, when the earth is not connected to the gateway;
  • FIG. 4 schematically represents an electrical circuit of a residential gateway of the invention which furthermore comprises two current sensors and a photodiode.
  • the idea underlying the invention is to control the level of voltage experienced by the electrical ground of the equipment during a lightning strike by the addition of a divider component without compromising on the performance of the equipment in nominal operation.
  • This divider component is used to weight the energy distribution, on the one hand between the telephone line and the electrical ground of the equipment, and on the other hand, between the mass of the equipment and the ground.
  • a residential gateway 1 of the invention comprises an electric circuit 2 of the invention, which is connected via a DSL line 3 and a telephone jack 4 to a telephone line 5.
  • the DSL line 3 comprises two conductive elements 6, 7 carrying the digital data.
  • the residential gateway 1 is also connected to a set-top box 9, cooperating with the residential gateway 1 via an Ethernet line 16.
  • the gateway 1 To galvanically isolate the gateway 1 and to ensure communications with the telephone line 5 and the Ethernet line 16 by filtering noise, the gateway 1 comprises:
  • the set-top box 9 comprises an isolation transformer 33 and a capacitor C3.
  • the electrical circuit 2 of the residential gateway 1 is electrically powered by a mains unit 10, itself connected to a 230 volt or 110 volt type network.
  • a power cable 21 connects the gateway 1 and the power supply unit 10.
  • This power supply cable comprises a power supply element 22 carrying a supply voltage, here 12 V, and a reference conductive element 23 carrying a voltage 0V.
  • a three-pole spark gap 11, comprising two phase electrodes 12, 13 each connected to a conductive element 6, 7 of the DSL line 3 and a ground electrode 14 connected to an electrical ground 15 through a series capacitor C 4 of the gateway, protects electrical components (20, 8) coupled to the DSL line 3 and additional components (30, C1, C2, C5) connected to the ground electrical 15 lightning strikes occurring on the telephone line 5.
  • Capacitive capacitance coupling C5 has also been shown at the level of the mains block between an electric ground 18 and the reference conducting element 23.
  • the capacitances Ci a , Ci b , C 2 , C 3 , C 4 and C 5 form a bridge which makes it possible to divide the voltage imposed on the electrical ground 15 when a lightning strike occurs on the telephone line 15, and the bridge 1 is not connected to the electrical ground 18.
  • Vmax the maximum voltage that can be applied to the terminals of this component without being damaged.
  • gateway 1 of the invention For applications of the type of gateway 1 of the invention, it is possible to choose components having maximum voltages as defined below:
  • capacitors Ci a and Ci b sized for the K21 enhanced level waveform, i.e. having a voltage Vmax greater than 6.0 kV;
  • a transformer 8 which has a voltage Vmax substantially equal to the maximum amplitude of the waveform K21 normal level, ie 6.0 kV;
  • K.21 normal level approximately 2.0 kV
  • isolation transformers 30 and 33 of the Ethernet link which have a voltage V max close to 8.0 kV. It is particularly interesting to choose the value of the capacitance C4 to ensure that, when a lightning strike occurs creating a maximum overvoltage, that is to say, for the gateway 1, equal to the maximum amplitude of the waveform K21 enhanced level, the voltage imposed on the electrical ground 15 is divided so that the voltage applied across the electrical components remains below their V max .
  • C 4 it is better to know the number of devices that will be connected to the gateway 1. But most of the time, the user has the opportunity to choose the number of devices he wants to connect at the bridge. The dimensioning of C4 can then be done taking into account the maximum number of connected devices (equal for example to the number of Ethernet ports present on the gateway), or taking into account the number of connected devices most frequently (one or two equipment in practice).
  • Ci a Ci, C 2 , C 3 , C 5:
  • Ci b 45 picofarad (mp);
  • FIG. 2a illustrates the divider bridge seen at a common point C at the potential of the electrical ground 15, when no equipment is connected to the gateway 1 by Ethernet link (this may be the case for a gateway adapted to transmitting data only by wireless link).
  • the transformer 8 of the DSL line only supports a V max of 6.0 kV, it is possible to subject the gateway to a surge of 12.0 kV.
  • FIG. 2b illustrates the divider bridge seen at point C when a single device, here the set-top box 9, is connected to the gateway 1 by Ethernet link.
  • a single device here the set-top box 9
  • V max the maximum voltage
  • components C2 and C3 which both have a maximum voltage V ma x, for example 6kV, higher than their usual voltage V max , of about 2.0 kV.
  • V ma x for example 6kV
  • V max usual voltage
  • the robustness to lightning impacts of a system consisting of the gateway and the set-top box is increased by dimensioning a single component per equipment.
  • the choice to increase the maximum voltage of the component C2 alone is certainly less advantageous than the C2 and C3 pair but makes it possible to ensure the robustness of the gateway alone.
  • the gateway 1 it is also possible to provide a connection of the gateway 1 to the electrical ground 18.
  • the current is directly discharged to the electrical ground 18, and the electric mass 15 is not subjected no surge.
  • said "two-conductor" arrangement consists in connecting the reference conductive element 23 to the electrical ground 18 at the sector block 10;
  • three-conductor arrangement consists in adding to the power supply cable 21 a third conductive element 24 (shown in dashed lines in FIG. 1) for bringing the electric ground 18 back to the gateway 1.
  • FIG. 3 illustrates the divider bridge seen at point C when the set-top box 9 is connected to the gateway 1 by Ethernet link, and a connection to the ground is provided according to the three-conductor arrangement but the installation does not include no land. It is important to consider the contribution of capacitance C6 in the design of the divider bridge. Advantageously, it is even possible to size the bridge to replace the capacity C 4 by the capacity e, which saves the cost of a capacitor.
  • the capacitance value of the capacitor C4 has been chosen equal to 910 pf, but the invention of course provides for the use of a capacitor C4 of different capacitance, preferably between 200 pf and 2 nf. In particular, it is desirable to optimize this value when it is planned to connect several devices to the gateway (a greater capacity value will be chosen if the number of devices is high).
  • the gateway according to the invention is equipped with means enabling it to count and memorize the number of impacts of lightning that it has suffered during its lifetime.
  • This information may later be used by the after-sales service, the telephone operator, or other to intervene on the bridge, or change it preventively when it has suffered a number of lightning strikes deemed too important.
  • FIG. 4 shows a photodiode 40 mounted at near the spark gap 11, that is to say in a region of the bridge 1 in which the light arc created by the passage of the current in the spark gap 11 occurring when the telephone line 5 is knocked down can be detected.
  • the photodiode 40 detects the lightning strikes and transmits information indicating that an impact has occurred to a processor 41 equipped with a memory 42. This information can then be read by a technician, either by opening the gateway 1 or by connecting a particular connector to it.
  • a current sensor 43 for detecting an evacuated current when a lightning strike occurs, or to obtain a current measurement, usable in particular for counting the lightning strikes.
  • a current sensor 43 is illustrated in FIG. 4.
  • This sensor 43 comprises a current transformer 44 whose primary is connected in series with the capacitor C4 so as to create in the secondary an image current of that, and means of acquisition 45 for transforming the current into a voltage and then measuring this voltage.
  • this current sensor may well be a different technology sensor, Hall effect for example.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

L' invention concerne un appareil électronique (1) alimenté par un bloc d'alimentation (10) connecté à un réseau électrique de type secteur, destiné à être connecté à une ligne de transmission (5), (3) comprenant deux éléments conducteurs (6), (7) et à un terminal (9) pour transférer des données entre la ligne (5), (3) et le terminal (9). Selon l'invention, cet appareil comprend: - un composant frontal 20 couplé à la ligne au travers d'un transformateur d'isolement (8); - différents composants additionnels (8), (30), C1, C2, C5 reliés à une masse électrique (15) de l'appareil (1); - un composant d'évacuation (11) tel qu'un éclateur à gaz tripolaire, connecté aux éléments conducteurs (6), (7) de la ligne et qui devient passant en cas de surtension due à un foudroiement de la ligne (5), (3), pour annuler cette surtension par établissement d'un courant circulant depuis la ligne vers la masse (15) de manière à protéger les composants situés en aval de cette protection tels que le transformateur (8) ou le composant frontal (20); - un composant diviseur de type capacitif et/ou résistif C4 interposé entre le composant d'évacuation (11) et la masse électrique (15), pour constituer, avec le bloc d'alimentation et/ou un ou plusieurs des composants additionnels, un pont diviseur grâce auquel la tension imposée à la masse (15) de l'appareil en cas de foudre est inférieure à la surtension subie par les éléments conducteurs (6), (7) de la ligne de manière à protéger également les composants additionnels (8), (30), C1, C2, C5.

Description

Parafoudre tripolaire intégré dans une passerelle résidentielle avec détecteur d' impact de foudre
L' invention concerne un appareil électronique équipé de moyens de protection contre une surtension due à la foudre .
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Des appareils électroniques de type « passerelle résidentielle » ou « modem », ou plus généralement, des appareils électroniques permettant de transférer des données entre une ligne téléphonique et un terminal quelconque comme un ordinateur, doivent être protégés contre des impacts de foudre pouvant survenir sur des éléments conducteurs de la ligne téléphonique.
Dans ce cadre, les recommandations ITU-T K.21 définissent des formes d'onde de référence représentatives d'impacts de foudre. Ces formes d'onde sont des impulsions d'amplitude maximale 1,5 kilovolt (kV) en mode commun pour l'onde dite « K.21 normal level », ou 6,0 kilovolt (kV) pour l'onde dite « K.21 enhanced level ».
La conception d'une protection contre la foudre consiste ainsi à prévoir des moyens permettant à l'appareil de supporter l'une ou l'autre de ces formes d'onde sans dommage .
En pratique, la conception d'une telle protection contre la foudre est compliquée dans le cas d'une passerelle destinée à être installée chez un particulier.
En effet, pour être efficace, une protection contre la foudre nécessite que la passerelle soit reliée à la terre. Hors, il n'est pas possible d'avoir l'assurance que l'utilisateur final va de façon effective connecter son appareil à la terre. En outre, la qualité de sa terre représente un aléa supplémentaire qui ne peut pas non plus être maîtrisé.
Une passerelle résidentielle est alimentée électriquement par un bloc secteur, lui-même connecté à un réseau électrique de type 230 Volt ou bien 110 Volt, et elle est par ailleurs connectée à une ligne DSL comportant typiquement deux éléments conducteurs.
Cette passerelle comporte notamment des composants internes dits frontaux (par exemple des composants de type AFE - Analog Front End) couplés à la ligne DSL et qui doivent être protégés de la foudre.
Lorsque la passerelle n'est pas reliée à la terre ou que la connexion est mauvaise, et qu'un impact de foudre survient, la masse électrique peut-être portée sensiblement au même potentiel que les éléments conducteurs de la ligne DSL, c'est-à-dire à un potentiel proche de celui de la surtension, soit, dans le cas d'une forme d'onde K.21 enhanced, à 6, 0 kV.
Dans cette situation, les autres composants de la passerelle qui sont reliés à la masse sont soumis à un potentiel sensiblement égal à 6,0 kV. C'est notamment le cas des composants du port Ethernet d'une telle passerelle.
A l'heure actuelle, les composants d'un port Ethernet sont dimensionnés pour résister à des impulsions d'amplitude maximale 1,5 kV en mode commun (K.21 normal level) . Ainsi, la surtension de 6,0 kV qui est imposée à la masse en cas de foudre, permet de protéger les composants frontaux de la passerelle, mais elle provoque malgré tout 1 ' endommagement du port Ethernet si la passerelle n'est pas reliée à la terre.
OBJET DE L'INVENTION
Le but de l'invention est de proposer une architecture permettant de protéger efficacement les composants d'un tel appareil des effets d'un impact de foudre sur la ligne à laquelle un tel appareil est connecté, y compris lorsque cet appareil n'est pas connecté à la terre.
RESUME DE L'INVENTION
En vue de la réalisation de ce but, on propose un appareil électronique alimenté par un bloc d'alimentation connecté à un réseau électrique de type secteur, destiné à être connecté à une ligne de transmission comprenant deux éléments conducteurs et à un terminal pour transférer des données entre la ligne et le terminal, cet appareil comprenant :
- un composant frontal couplé à la ligne au travers d'un transformateur d'isolement;
différents composants additionnels reliés à une masse électrique de l'appareil;
un composant d'évacuation tel qu'un éclateur à gaz tripolaire, connecté aux éléments conducteurs de la ligne et qui devient passant en cas de surtension due à un foudroiement de la ligne, pour annuler cette surtension par établissement d'un courant circulant depuis la ligne vers la masse de manière à protéger les composants situés en aval de cette protection tels que le transformateur ou le composant frontal;
un composant diviseur de type capacitif et/ou résistif interposé entre le composant d'évacuation et la masse électrique, pour constituer, avec le bloc d'alimentation et/ou un ou plusieurs des composants additionnels, un pont diviseur grâce auquel la tension imposée à la masse de l'appareil en cas de foudre est inférieure à la surtension subie par les éléments conducteurs de la ligne de manière à protéger également les composants additionnels.
Ainsi, lorsqu'un impact de foudre survient, les composants en aval sont protégés par l'éclateur tripolaire. Dans le cas où l'appareil électronique est relié à une terre électrique, le courant est évacué vers cette terre électrique. Dans le cas contraire, le composant diviseur constitue avec le bloc d'alimentation et/ou les composants additionnels un pont diviseur de tension qui permet de limiter la tension imposée à la masse électrique et donc aux bornes des composants additionnels de l'appareil qui sont exposés à la foudre par le fait qu' ils sont reliés à la masse électrique de l'appareil. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Il sera fait référence aux figures des dessins annexés, parmi lesquelles :
la figure 1 représente schématiquement un circuit électrique d'une passerelle résidentielle de
1 ' invention ;
les figures 2a et 2b représentent des schémas électriques équivalents capacitifs rapportés à un point commun C du circuit électrique de la passerelle de l'invention ;
la figure 3 représente un schéma électrique équivalent capacitif rapporté au point commun C du circuit électrique de la passerelle de l'invention, lorsque la terre n'est pas connectée à la passerelle ;
la figure 4 représente schématiquement un circuit électrique d'une passerelle résidentielle de l'invention qui comporte en outre deux capteurs de courant et une photodiode.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
L'idée à la base de l'invention est de contrôler le niveau de tension subi par la masse électrique de l'équipement lors d'un impact de foudre par l'adjonction d'un composant diviseur sans compromis sur les performances de l'équipement en fonctionnement nominal. Ce composant diviseur permet de pondérer la répartition d'énergie, d'une part entre la ligne téléphonique et la masse électrique de l'équipement, et d'autre part, entre la masse de l'équipement et la terre.
Concrètement, on prévoit un point commun relié la masse électrique dans un pont diviseur dont les extrémités sont une électrode de terre d'un éclateur tripolaire et des composants électriques d'interface d'un bloc d'alimentation et de liaisons Ethernet. Le potentiel subi par la masse électrique correspond alors à la surtension générée par la foudre divisée par un certain facteur. Une passerelle résidentielle 1 de l'invention, visible à la figure 1, comporte un circuit électrique 2 de l'invention, qui est connecté via une ligne DSL 3 et une prise téléphonique 4 à une ligne téléphonique 5. La ligne DSL 3 comporte deux éléments conducteurs 6, 7 transportant les données numériques.
La passerelle résidentielle 1 est aussi connectée à un boîtier décodeur 9, coopérant avec la passerelle résidentielle 1 par une ligne Ethernet 16.
Pour isoler galvaniquement la passerelle 1 et assurer les communications avec la ligne téléphonique 5 et la ligne Ethernet 16 en filtrant des bruits parasites, la passerelle 1 comprend :
un transformateur d' isolement 8 et des condensateurs Cia et Cib ;
un transformateur d'isolement 30 et un condensateur C2.
De même, pour isoler galvaniquement le boîtier décodeur 9 et assurer les communications avec la ligne Ethernet 16, le boîtier décodeur 9 comprend un transformateur d'isolement 33 et un condensateur C3.
Le circuit électrique 2 de la passerelle résidentielle 1 est alimenté électriquement par un bloc secteur 10, lui- même connecté à un réseau de type 230 Volt ou bien 110 Volt. Un câble d'alimentation 21 relie la passerelle 1 et le bloc secteur 10. Ce câble d'alimentation comporte un élément conducteur d'alimentation 22 portant une tension d'alimentation, ici 12 V, et un élément conducteur de référence 23 portant une tension de 0V.
Un éclateur tripolaire 11, comportant deux électrodes de phase 12, 13 chacune connectée à un élément conducteur 6, 7 de la ligne DSL 3 et une électrode de terre 14 connectée à une masse électrique 15 au travers d'une capacité série C4 de la passerelle, protège des composants électriques (20, 8) couplés à la ligne DSL 3 ainsi que des composants additionnels (30, Cl, C2, C5) reliés à la masse électrique 15 des impacts de foudre survenant sur la ligne téléphonique 5.
On a aussi représenté un couplage capacitif de capacité C5 au niveau du bloc secteur entre une terre électrique 18 et l'élément conducteur de référence 23.
Les capacités Cia, Cib, C2, C3, C4, C5 forment un pont qui permet de diviser la tension imposée à la masse électrique 15 lorsqu'un impact de foudre survient sur la ligne téléphonique 15, et que la passerelle 1 n'est pas connectée à la terre électrique 18.
Pour chaque composant électrique, on peut définir une tension maximale Vmax, qui est la tension maximale que l'on peut appliquer aux bornes de ce composant sans qu' il soit endommagé .
Pour des applications du type de la passerelle 1 de l'invention, on peut choisir des composants ayant des tensions maximales telles que définies ci-après :
des condensateurs Cia et Cib dimensionnés pour la forme d'onde K21 enhanced level, c'est-à-dire qui ont une tension Vmax supérieure à 6,0 kV ;
un transformateur 8 qui a une tension Vmax sensiblement égale à l'amplitude maximale de la forme d'onde K21 normal level, soit 6,0 kV ;
des condensateurs C2 et C3 qui ont une tension Vmax légèrement supérieure à l'amplitude maximale de l'onde
K.21 normal level, soit environ 2,0 kV ;
des transformateurs d'isolement 30 et 33 de la liaison Ethernet qui ont une tension Vmax proche de 8,0 kV. Il est particulièrement intéressant de choisir la valeur de la capacité C4 pour faire en sorte que, lorsqu'un impact de foudre survient créant une surtension maximale, c'est-à-dire, pour la passerelle 1, égale à l'amplitude maximale de la forme d'onde K21 enhanced level, la tension imposée à la masse électrique 15 soit divisée de sorte que la tension appliquée aux bornes des composants électriques reste inférieure à leur Vmax. Pour optimiser le choix de C4, il est préférable de connaître le nombre d'équipements qui seront connectés à la passerelle 1. Mais la plupart du temps, l'utilisateur a la possibilité de choisir le nombre d'équipements qu'il souhaite connecter à la passerelle. Le dimensionnement de C4 peut alors être réalisé en tenant compte du nombre maximum d'équipements connectés (égal par exemple au nombre de ports Ethernet présents sur la passerelle) , ou bien en tenant compte du nombre d'équipements connectés le plus fréquemment (un ou deux équipement dans la pratique) .
Pour illustrer l'invention, on choisira les valeurs suivantes pour Cia, Ci , C2, C3, C5 :
Cia = 45 picofarad (pf) ;
Cib = 45 picofarad (pf) ;
C2 = 1 nanofarad (nF) ;
C3 = 1 nanofarad (nF) ;
C5 = 1 nanofarad (nF) .
La figure 2a illustre le pont diviseur vu à un point commun C au potentiel de la masse électrique 15, lorsqu' aucun équipement n'est connecté à la passerelle 1 par liaison Ethernet (cela peut être le cas pour une passerelle adaptée à transmettre des données uniquement par liaison sans fil) .
Pour optimiser le pont diviseur dans ce cas, on choisit C4 = 910 pf, ce qui permet d'obtenir, lorsqu'un impact de foudre survient et que la passerelle n'est pas connectée à la terre, une tension au point C égale à la moitié de la surtension générée par la foudre.
Ainsi, alors que le transformateur 8 de la ligne DSL ne supporte qu'une Vmax de 6,0 kV, il est possible de soumettre la passerelle à une surtension de 12,0 kV.
La figure 2b illustre le pont diviseur vu au point C lorsqu'un seul équipement, ici le boîtier décodeur 9, est connecté à la passerelle 1 par liaison Ethernet. On peut choisir de conserver C4 = 910 pf, ou bien d'optimiser cette valeur pour une passerelle ayant un équipement connecté, dans le but de diminuer la surtension à la masse électrique pour qu'elle soit inférieure à la tension maximale Vmax de C2 et C3.
Avantageusement, il est possible de choisir des composants C2 et C3 qui ont tous deux une tension maximale Vmax, par exemple 6kV, supérieure à leur tension Vmax habituelle, d'environ 2,0 kV. On choisira alors de préférence une tension maximale Vmax identique pour les deux composants, car la tension aux bornes de C2 et la tension aux bornes de C3 sont sensiblement identiques en cas d'impact de foudre. Ainsi, on augmente la robustesse aux impacts de foudre d'un système composé de la passerelle et du boîtier décodeur en dimensionnant un seul composant par équipement. Le choix d'augmenter la tension maximale du composant C2 seule est certes moins avantageux que le couple C2 et C3 mais permet d'assurer la robustesse de la passerelle seule.
Avantageusement, il est aussi possible de prévoir une connexion de la passerelle 1 à la terre électrique 18. Dans ce cas, lorsqu'un impact de foudre survient, le courant est directement évacué à la terre électrique 18, et la masse électrique 15 ne subit pas de surtension.
Deux agencements permettent de réaliser cette connexion :
- agencement dit « à deux conducteurs » : consiste à connecter l'élément conducteur de référence 23 à la terre électrique 18 au niveau du bloc secteur 10 ;
agencement dit « à trois conducteurs »: consiste à ajouter au câble d'alimentation 21 un troisième élément conducteur 24 (représenté en pointillés à la figure 1) pour ramener la terre électrique 18 à la passerelle 1.
Dans l'agencement à deux conducteurs, si le réseau domestique ne comporte pas de terre électrique, ce qui est relativement courant, la configuration électrique revient à celle décrite plus haut en absence de terre électrique. Dans l'agencement à trois conducteurs, la proximité du troisième élément conducteur 24 et de l'élément conducteur de référence 23 créé un couplage capacitif parasite de capacité parasite C6.
La figure 3 illustre le pont diviseur vu au point C lorsque le boîtier décodeur 9 est connecté à la passerelle 1 par liaison Ethernet, et qu'une connexion à la terre est prévue selon l'agencement à trois conducteurs mais que l'installation ne comporte pas de terre. Il est important de tenir compte de la contribution de la capacité C6 dans le dimensionnement du pont diviseur. Avantageusement, il est même possible de dimensionner le pont pour remplacer la capacité C4 par la capacité e, ce qui permet d'économiser le coût d'un condensateur.
La valeur de capacité du condensateur C4 a été choisie égale à 910 pf, mais l'invention prévoit bien sûr l'utilisation d'un condensateur C4 de capacité différente, de préférence comprise entre 200 pf et 2 nf. En particulier, il est souhaitable d'optimiser cette valeur lorsqu' il est prévu de connecter à la passerelle plusieurs équipements (on choisira une valeur de capacité d'autant plus grande que le nombre d'équipements est élevé) .
En outre, on a choisi d'illustrer l'invention avec un condensateur C4, mais il est possible de monter à la place de ce condensateur plusieurs composants résistifs, ou capacitifs, ou capacitifs et résistifs.
Complémentairement , la passerelle selon l'invention est équipée de moyens lui permettant de compter et mémoriser le nombre d'impacts de foudres qu'elle a subi au cours de sa vie.
Cette information peut être ultérieurement utilisée par le service après-vente, l'opérateur téléphonique, ou autre pour intervenir sur la passerelle, ou bien la changer préventivement lorsqu'elle a subi un nombre d'impacts de foudre jugé trop important.
On représente à la figure 4 une photodiode 40 montée à proximité de l'éclateur 11, c'est-à-dire dans une région de la passerelle 1 dans laquelle l'arc lumineux créé par le passage du courant dans l'éclateur 11 survenant lorsque la ligne téléphonique 5 est foudroyée peut être détecté.
La photodiode 40 détecte les impacts de foudre et transmet une information indiquant qu'un impact a eu lieu à un processeur 41 muni d'une mémoire 42. Cette information pourra ensuite être lue par un technicien, soit en ouvrant la passerelle 1, soit en connectant un connecteur particulier à celle-ci.
Il est aussi possible de munir la passerelle 1 d'un capteur de courant 43 pour détecter un courant évacué lorsqu'un impact de foudre survient, ou bien pour obtenir une mesure de courant, utilisable notamment pour compter les impacts de foudre. Un tel capteur de courant 43 est illustré à la figure 4. Ce capteur 43 comprend un transformateur de courant 44 dont le primaire est connecté en série avec le condensateur C4 de façon à créer dans le secondaire un courant image de celui, et des moyens d'acquisition 45 permettant de transformer le courant en une tension puis de mesurer cette tension. Bien sûr, ce capteur de courant peut parfaitement être un capteur de technologie différente, à effet Hall par exemple.
Dans le cas où une connexion à la terre selon l'agencement à deux conducteurs est prévu, il peut être intéressant de munir la passerelle de deux capteurs de courant 43, 46, un capteur 46 mesurant le courant I i qui est évacué par la terre lorsque la passerelle 1 est connectée à la terre, et un capteur 43 pour mesurer le courant I2 pour mesurer le courant évacué par la masse électrique 15. En comparant les valeurs de I i et I2 mesurées, il est possible de déduire un certain nombre d' informations qui seront ensuite mémorisées dans la mémoire 42. Ainsi, dans un mode particulier d' implémentation de l'invention :
si I i ~ 0 Ampère (A) et I2 ≠ 0 A, on déduira que le réseau électrique ne comporte pas de terre, et on utilisera I2 pour compter les impacts de foudre et pour estimer un niveau de l'impact;
si Ii ≠ 0 A et ±2 ¾ 0 A, on déduira que le réseau électrique comporte une terre, et on utilisera Ii pour compter les impacts de foudre et pour estimer le niveau de l'impact ;
si Ii ≠ 0 A et ±2 ≠ 0 A, on déduira que le réseau électrique comporte une terre de mauvaise qualité, et on utilisera Ii et I2 pour compter les impacts de foudre, pour estimer le niveau de l'impact, et pour estimer une qualité de la connexion à la terre.

Claims

REVENDICATIONS
1. Appareil électronique (1) alimenté par un bloc d'alimentation (10) connecté à un réseau électrique de type secteur, destiné à être connecté à une ligne de transmission (5, 3) comprenant deux éléments conducteurs (6, 7) et à un terminal (9) pour transférer des données entre la ligne (5, 3) et le terminal (9), cet appareil comprenant :
- un composant frontal (20) couplé à la ligne au travers d'un transformateur d'isolement (8) ;
différents composants additionnels (8, 30, Ci, C2, C5) reliés à une masse électrique (15) de l'appareil (1) ; un composant d'évacuation (11) tel qu'un éclateur à gaz tripolaire, connecté aux éléments conducteurs (6,
7) de la ligne et qui devient passant en cas de surtension due à un foudroiement de la ligne (5, 3) , pour annuler cette surtension par établissement d'un courant circulant depuis la ligne vers la masse (15) de manière à protéger les composants situés en aval de cette protection tels que le transformateur (8) ou le composant frontal (20);
un composant diviseur de type capacitif et/ou résistif (C4) interposé entre le composant d'évacuation (11) et la masse électrique (15), pour constituer, avec le bloc d'alimentation (10) et/ou un ou plusieurs des composants additionnels, un pont diviseur grâce auquel la tension imposée à la masse (15) de l'appareil en cas de foudre est inférieure à la surtension subie par les éléments conducteurs (6, 7) de la ligne de manière à protéger également les composants additionnels (8, 30, Ci , C2 , C5 ) ;
2. Appareil électronique selon la revendication 1, dans lequel le composant d'évacuation (11) est un éclateur à gaz tripolaire comportant deux électrodes de phase (12, 13) et une électrode de terre (14), les électrodes de phase (12, 13) étant connectées chacune à un élément conducteur (6, 7) de la ligne de transmission (5, 3) et l'électrode de terre (14) au composant diviseur (C4) .
3. Appareil électronique selon la revendication 2, dans lequel le composant diviseur (C4) a une capacité comprise entre 0 et 2 nanofarads.
4. Appareil électronique selon l'une des revendications 1 à 3, connecté à une terre électrique du réseau électrique par un conducteur dédié du câble d'alimentation (21) reliant l'appareil électronique au bloc d'alimentation (10).
5. Appareil électronique selon l'une des revendications 1 à 4, comportant en outre des moyens de comptage d'impacts de foudre (40, 41, 43, 46) .
6. Appareil électronique selon les revendications
2 et 5, dans lequel les moyens de comptage comprennent un photodétecteur (40) détectant un arc lumineux créé par l'éclateur (11) lors d'un foudroiement.
7. Appareil électronique selon l'une des revendications 5 à 6, dans lequel les moyens de comptage comprennent un capteur de courant (43, 46) .
8. Appareil électronique selon la revendication 5, dans lequel l'appareil électronique (1) comporte en outre une ligne d'évacuation de courant vers la terre électrique (18) et dans lequel les moyens de comptage comprennent deux capteurs de courant (43, 46), un premier capteur de courant (43) étant monté en série avec le composant diviseur (C4) et un second capteur (46) étant agencé pour mesurer le courant circulant dans la ligne d'évacuation vers la terre.
9. Appareil électronique selon l'une des revendications 5 à 8, comportant en outre un composant de mémorisation (42) pour mémoriser des données fournies par un détecteur de courant (43, 46) .
10. Système comprenant un appareil électronique selon l'une des revendications 1 à 9 et un terminal (9), le terminal étant relié à l'appareil par une ligne de transmission (16) et comportant des composants additionnels (C3) , caractérisé en ce que des composants (C2 ) parmi les composants additionnels de l'appareil électronique et des composants (C3) parmi les composants additionnels du terminal sont dimensionnés pour résister à un même niveau de surtension prédéterminé.
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