L'invention concerne les équipements pour réseaux haute tension, en particulier l'alimentation de circuits de contrôle ou de commande devant être connectés à un équipement haute tension.

Les équipements utilisés dans des réseaux haute tension, tels que des lignes de transport d'énergie, des transformateurs ou des convertisseurs de puissance, nécessitent des circuits électroniques locaux. Ces circuits électroniques sont utilisés soit pour commander des composants électroniques de puissance, soit pour réaliser des mesures et les opérations de contrôle sur l'équipement. Les tensions d'alimentation de ce circuit électronique sont très inférieures à la différence de potentiel entre la terre et le niveau haute tension de l'équipement auquel le circuit électronique est accolé.

L'alimentation d'un tel circuit électronique par batterie permet d'éviter un câblage entre la terre et le circuit, et permet d'alimenter ce circuit avec peu de contraintes d'isolation galvanique par rapport à la terre ou la haute tension. Cependant, l'autonomie d'une batterie étant limitée, des opérations de maintenance régulière sont nécessaires. De telles opérations de maintenance sont problématiques à haute tension, ou nécessitent l'arrêt de l'équipement associé au circuit électronique, ce qui peut être handicapant économiquement.

Une alimentation du circuit électronique à partir d'une source connectée à la terre pose des problèmes d'isolation galvanique entre la terre et la haute tension, d'autant plus gênants que le niveau de tension est élevé. Les contraintes de dimensionnement du circuit peuvent alors rendre son coût prohibitif.

Des alimentations de tels circuits électroniques par des collecteurs d'énergie ont également été proposées. Cependant, de telles solutions sont inappropriées en courant continu, et ne permettent pas de collecter une énergie suffisante pour alimenter le circuit électronique, si l'équipement haute tension sur lequel l'énergie est prélevée n'est pas traversé par un courant suffisant.

Le document FR738101 décrit un isolateur électrique haute tension. Cet isolateur est conçu pour détourner de l'énergie d'un conducteur à haute tension traversant l'isolateur. Un enroulement primaire traverse l'isolateur selon son axe et relie son entrée à sa sortie. L'enroulement primaire est entouré d'un manchon isolant. Un enroulement secondaire entoure le manchon isolant.

Des alimentations par fibre optique ont également été proposées. De telles alimentations sont basées sur une lumière émise par l'alimentation à la terre, la transmission de cette lumière par une fibre optique, et la conversion de cette lumière en électricité par un convertisseur accolé au circuit électronique. Cependant, de telles alimentations sont particulièrement coûteuses et ne fournissent qu'une puissance très limitée. L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. Il existe ainsi un besoin pour une solution simple et sûre d'alimentation de circuits électroniques connectés à haute tension, à partir d'un potentiel de terre, sans limitation d'autonomie. L'invention porte ainsi sur un isolateur électrique haute tension, tel que défini dans la revendication 1 annexée.

L'invention porte également sur l'objet des revendications dépendantes annexées. Les différentes caractéristiques des revendications dépendantes peuvent également être combinées indépendamment aux caractéristiques de la revendication 1 , sans constituer une généralisation intermédiaire.

On peut noter que les enroulements des différents circuits résonnants sont avantageusement distants les uns des autres suivant l'axe de l'isolateur.

L'invention porte également sur un système, comprenant :

-un isolateur tel que défini précédemment ;

-une alimentation électrique alternative générant un potentiel d'alimentation à partir d'un potentiel de terre, ladite alimentation électrique étant connectée à un troisième circuit résonnant muni d'un enroulement de génération d'un flux magnétique, ledit enroulement de génération d'un flux magnétique étant positionné au niveau de la première extrémité du corps. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

-la figure 1 est une représentation schématique d'un isolateur selon un exemple de mise en œuvre de l'invention ;

-la figure 2 est une représentation schématique d'un exemple de circuit de transmission d'énergie intégré à l'isolateur de la figure 1 ;

-la figure 3 est une vue en coupe d'une première variante de fixation d'un circuit résonnant sur un corps d'isolateur ;

-la figure 4 est une vue en coupe d'une deuxième variante de fixation d'un circuit résonnant sur un corps d'isolateur ;

-la figure 5 est une vue en coupe troisième première variante de fixation d'un circuit résonnant sur un corps d'isolateur ;

-la figure 6 est une vue en coupe d'une quatrième variante de fixation d'un circuit résonnant sur un corps d'isolateur ;

-la figure 7 est une vue en coupe d'une cinquième variante de fixation d'un circuit résonnant sur un corps d'isolateur.

La figure 1 est une représentation schématique d'un système électrique incluant un isolateur électrique haute tension 1 selon un exemple de mise en œuvre de l'invention. L'isolateur 1 est ici illustré à titre illustratif dans une application de support d'une ligne haute tension 94. Un isolateur selon l'invention peut bien entendu également être utilisé avec d'autres types d'équipement haute tension, tels que des transformateurs ou des convertisseurs par exemple sous forme de traversées isolées ou de parafoudres.

Un isolateur électrique 1 est fixé en haut d'un poteau 91 . Le poteau 91 comporte au niveau de sa partie supérieure un bras 92. L'isolateur électrique 1 est fixé en porte-à-faux au poteau 91 par l'intermédiaire de ce bras 92. Un circuit d'alimentation électrique 2 est fixé au poteau 91 ou au bras 92, ou à l'isolateur 1 . L'alimentation 2 est configurée pour générer une tension alternative sur une interface de sortie, à partir d'un potentiel de référence à la terre 93.

L'isolateur électrique 1 comporte de façon connue en soi des supports de fixation 13 et 14 à des extrémités opposées. L'isolateur électrique 1 comporte en outre un corps isolant 1 1 allongé selon un axe, de façon connue en soi. Les supports de fixation 13 et 14 sont fixés à des extrémités axiales respectives 1 17 et 1 18 du corps isolant 1 1 . Les supports de fixation 13 et 14 sont ici des pièces métalliques. Les supports de fixation 13 et 14 sont isolés électriquement de façon connue en soi par l'intermédiaire du corps isolant 1 1 . En particulier, l'isolateur électrique 1 comporte avantageusement au moins une section transversale entre les extrémités axiales 1 17 et 1 18 ne contenant que du matériau isolant électriquement (cette section transversale contenant par exemple uniquement le corps isolant 1 1 , ou par exemple le corps isolant 1 1 et de l'air). L'isolateur 1 ne comporte alors pas de conducteur électrique s'étendant de part en part entre les extrémités axiales 1 17 et 1 18.

Le support de fixation 13 est fixé au bras 92. Le support de fixation 14 comporte un arceau 141 traversé par une ligne haute tension 94. Un circuit électronique 3 est par exemple fixé au support 14. Le circuit électronique 3 est connecté à la ligne haute tension 94. Le circuit électronique 3 est par exemple configuré pour mesurer un paramètre électrique sur la ligne haute tension 94, par exemple le courant la traversant ou son potentiel.

L'isolateur électrique 1 comporte en outre un dispositif de transmission d'énergie électrique sans fil 12. Le dispositif de transmission d'énergie 12 comporte une entrée connectée au circuit d'alimentation 2, et une sortie connectée au circuit électronique 3. Le dispositif de transmission d'énergie 12 comprend plusieurs circuits résonnants isolés galvaniquement les uns des autres couplés magnétiquement. Chacun de ces circuits résonnants comprend au moins un enroulement respectif autour de l'axe du corps 1 1 . Ces enroulements sont distants les uns des autres le long dudit axe et sont couplés magnétiquement. Ainsi, de l'énergie électrique peut être transmise entre les circuits résonnants le long de l'axe de l'isolateur 1 . En l'occurrence, le dispositif de transmission d'énergie 12 comprend un circuit résonnant d'entrée 121 , un premier circuit résonnant intermédiaire 122, un deuxième circuit résonnant intermédiaire 123, et un circuit résonnant de sortie 124. Les circuits résonnants 121 à 124 sont répartis le long de l'axe du corps 1 1 de l'isolateur. Le circuit résonnant d'entrée 121 est connecté au circuit d'alimentation 2. Le circuit résonnant de sortie 124 est connecté au circuit électronique 3.

La figure 2 est un schéma électrique correspondant à un exemple de dispositif de transmission d'énergie 12 selon l'invention. Le circuit résonnant 121 comprend au moins un enroulement conducteur connecté au circuit d'alimentation 2. Cet enroulement est positionné au niveau de l'extrémité 1 17 du corps isolant 1 1 . Cet enroulement est destiné à générer un flux magnétique dont une partie traverse un enroulement d'un circuit résonnant adjacent. L'enroulement du circuit résonnant 121 comprend au moins une spire dont l'axe est sensiblement colinéaire à l'axe du corps isolant 1 1 . L'inductance et la résistance de l'enroulement du circuit résonnant 121 sont ici modélisées par une inductance 161 et une résistance 171 . Le circuit résonnant 121 inclut ici un condensateur 151 connecté en série avec l'inductance 161 . Des composants discrets peuvent bien entendu être ajoutés pour adapter les valeurs d'inductance et de résistance dans le circuit résonnant 121 .

Le circuit résonnant 122 comprend au moins un enroulement conducteur. L'enroulement du circuit résonnant 122 comprend au moins une spire dont l'axe est sensiblement colinéaire à l'axe du corps isolant 1 1 . L'inductance et la résistance de l'enroulement du circuit résonnant 122 sont ici modélisées par une inductance 162 et une résistance 172. Des composants discrets peuvent bien entendu être ajoutés pour adapter les valeurs d'inductance et de résistance dans le circuit résonnant 122. Le circuit résonnant 122 est ici de type RLC série et inclut un condensateur 152 connecté en série avec l'inductance 162 et la résistance 172. Le condensateur 152 est ici un composant discret.

Le circuit résonnant 123 comprend au moins un enroulement conducteur. L'enroulement du circuit résonnant 123 comprend au moins une spire dont l'axe est sensiblement colinéaire à l'axe du corps isolant 1 1 . L'inductance et la résistance de l'enroulement du circuit résonnant 123 sont ici modélisées par une inductance 163 et une résistance 173. Des composants discrets peuvent bien entendu être ajoutés pour adapter les valeurs d'inductance et de résistance dans le circuit résonnant 123. Le circuit résonnant 123 est ici de type RLC série et inclut un condensateur 153 connecté en série avec l'inductance 163 et la résistance 173. Le condensateur 153 est ici un composant discret. Le circuit résonnant 124 comprend au moins un enroulement conducteur connecté au circuit électronique 3. Cet enroulement est positionné au niveau de l'extrémité 1 18 du corps isolant 1 1 . Cet enroulement est destiné à recevoir un flux magnétique d'un enroulement d'un circuit résonnant adjacent. Le circuit électronique 3 est ici illustré sous forme d'une charge électrique. L'enroulement du circuit résonnant 124 comprend au moins une spire dont l'axe est sensiblement colinéaire à l'axe du corps isolant 1 1 . L'inductance et la résistance de l'enroulement du circuit résonnant 124 sont ici modélisées par une inductance 164 et une résistance 174. Des composants discrets peuvent bien entendu être ajoutés pour adapter les valeurs d'inductance et de résistance dans le circuit résonnant 124. Le circuit résonnant 124 est ici de type RLC série et inclut un condensateur 154 connecté en série avec l'inductance 164 et la résistance 174. Le condensateur 154 est ici un composant discret.

Les enroulements de deux circuits résonnants adjacents le long du corps 1 1 sont couplés magnétiquement. Les enroulements des différends circuits résonnants sont par exemple réalisés en fil conducteur, par exemple en cuivre ou en aluminium. Avantageusement, la fréquence d'alimentation générée par le circuit d'alimentation 2 est égale aux fréquences de résonance des circuits résonnants.

Lorsque le circuit d'alimentation 2 applique une tension alternative sur le circuit résonnant 121 , un courant variable circule dans ce circuit 121 , dont l'enroulement crée un flux magnétique variable. Une partie de ce flux magnétique va traverser l'enroulement du circuit résonnant 122 par couplage mutuel. Le flux variable dans l'enroulement du circuit résonnant intermédiaire 122 crée une tension induite variable dans l'enroulement. Un courant variable apparaît dans cet enroulement et dans le condensateur 152. Ce courant crée alors un autre flux magnétique variable. Ainsi, de l'énergie électrique est transférée de proche en proche jusqu'au circuit résonnant 124.

Un isolateur 1 selon l'invention permet ainsi de façon simple de transférer, avec une isolation galvanique, de l'énergie électrique entre un circuit d'alimentation et un circuit électronique présentant des potentiels très différents. Un tel isolateur 1 reste compact et l'utilisation des propriétés d'isolation du corps isolant 1 1 comme support de circuit résonnant permet de réduire la distance entre les circuits résonnants d'extrémités, ce qui permet d'améliorer encore le rendement de transmission.

Avantageusement, les circuits résonnants intermédiaires 122 et 123 présentent une même fréquence de résonance. Avantageusement, le circuit résonnant d'entrée 121 et le circuit résonnant de sortie 124 présente la même fréquence de résonance que les circuits résonnants intermédiaires. Ces différentes configurations permettent d'améliorer le rendement de transmission d'énergie du dispositif 12. Il est particulièrement difficile d'obtenir de bons rendements lorsque la distance entre émetteur et récepteur est importante or, dans un contexte d'équipement haute tension, cette distance est importante pour assurer une isolation galvanique. Avantageusement, la fréquence de résonance des circuits résonnants 121 à 124 est au moins égale à 5 kHz, voire au moins égale à 20 kHz, voire au moins égale à 100 kHz, pouvant par exemple atteindre 1 GHz. De tels niveaux de fréquence de résonance permettent :

-de réduire la taille des condensateurs des circuits résonnants, voire de les éliminer ;

-de réduire le nombre de spires de chaque enroulement d'un circuit résonnant.

Dans l'exemple illustré, les circuits résonnants 121 , 122, 123 et 124 incluent un chacun un condensateur. Un tel composant est facultatif, la capacité parasite des enroulements des circuits résonnants pouvant être suffisante pour obtenir une fréquence de résonance appropriée pour chacun de ces circuits résonnants. Les condensateurs des circuits résonnants peuvent préférentiellement être du type film ou céramique.

Pour accroître le couplage mutuel entre les enroulements des circuits résonnants 121 à 124, les enroulements sont avantageusement concentriques, avec un axe confondu à celui du corps isolant 1 1 . L'utilisation d'enroulements concentriques ayant un axe confondu à celui du corps isolant 1 1 permet de maintenir ces enroulements parallèles aux lignes équipotentielles. Les enroulements n'altèrent ainsi pas la tenue en tension de l'isolateur 1 . Afin d'accroître encore le rendement du dispositif de transmission d'énergie 12, chacun desdits enroulements comporte plusieurs spires enroulées autour de l'axe du corps isolant 1 1 .

Dans un souci de simplification, le dispositif de transmission 12 comprend ici seulement deux circuits résonnants intermédiaires. On peut cependant envisager d'utiliser un plus grand nombre de circuits résonnants intermédiaires afin de réduire la distance entre deux circuits résonnants adjacents et d'améliorer ainsi le rendement de transmission de ce dispositif de transmission 12. Le nombre de circuits résonants intermédiaires pourra par exemple être défini en fonction de la longueur du corps isolant 1 1 , ainsi que de sa géométrie.

Le corps isolant 1 1 est par exemple réalisé dans un matériau isolant usuel, tel que de la céramique, de la porcelaine ou du verre. Le corps isolant 1 1 peut aussi être réalisé sous forme composite comme un axe en fibre de verre et une gaine en silicone. Le corps isolant 1 1 conserve la fonction usuelle d'un isolateur, à savoir isoler galvaniquement des supports 13 et 14, placés à des potentiels électriques très différents.

Les enroulements des circuits résonnants sont ici circulaires, pour s'adapter à un corps isolant 1 1 présentant une symétrie de révolution.

La figure 3 est une vue en coupe schématique dans un plan longitudinal d'une première variante d'isolateur selon l'invention. La figure 3 est uniquement une vue de détail au niveau d'un circuit résonnant 120 du dispositif de transmission d'énergie 12. Le corps isolant 1 1 a ici une forme de révolution autour de l'axe 1 15, définissant une alternance d'anneaux saillants 1 1 1 et de gorges 1 12. L'enroulement du circuit résonnant 120 comporte plusieurs spires 160 enroulées autour de l'axe 1 15 et connectées à un condensateur 150. Les spires 160 et le condensateur 150 sont ici positionnés au fond de la gorge 1 12, ce qui permet de leur assurer une plus grande protection mécanique et électrique.

Des rainures 1 14 sont avantageusement ménagées dans la gorge 1 12.

Les rainures 1 14 présentent le même pas que les spires 160 de l'enroulement du circuit résonnant 120. Les spires 160 de cet enroulement sont logées dans ces rainures 1 14, ce qui permet notamment de garantir un meilleur maintien mécanique de ces spires 160.

Le condensateur 150 est fixé au corps isolant 1 1 par tous moyens appropriés, par exemple par collage. Le condensateur 150 est ici logé dans une rainure respective ou dans un renfoncement. Avantageusement, l'enroulement du circuit résonnant 120 (et le cas échéant le condensateur 150) est recouvert par un matériau isolant électriquement 18. Ainsi, la maintenance de l'isolateur 1 sera facilitée, en permettant par exemple une projection d'eau pour éviter la formation d'un chemin de conduction en surface du corps isolant 1 1 , sans pour autant altérer le circuit résonnant 120. Le matériau isolant 18 forme ici un manchon autour des spires 160. Le matériau isolant est par exemple une résine synthétique isolante.

La figure 4 est une vue en coupe schématique dans un plan longitudinal d'une deuxième variante d'isolateur selon l'invention. La figure 4 est uniquement une vue de détail au niveau d'un circuit résonnant 120 du dispositif de transmission d'énergie 12. Le corps isolant 1 1 a ici une forme de révolution autour de l'axe 1 15, définissant une alternance d'anneaux saillants 1 1 1 et de gorges 1 12. L'enroulement du circuit résonnant 120 comporte plusieurs spires 160 enroulées autour de l'axe 1 15 et connectées à un condensateur 150. Les spires 160 et le condensateur 150 sont ici positionnés à la périphérie d'un anneau saillant 1 1 1 , ce qui permet d'accroître le couplage mutuel entre les circuits résonnants adjacents. Des rainures 1 14 sont ménagées à la périphérie de l'anneau saillant 1 1 1 . Les rainures 1 14 présentent le même pas que les spires 160 de l'enroulement du circuit résonnant 120. Les spires 160 de cet enroulement sont logées dans ces rainures 1 14, ce qui permet notamment de garantir un meilleur maintien mécanique de ces spires 160.

Le condensateur 150 est fixé au corps isolant 1 1 par tous moyens appropriés, par exemple par collage. Le condensateur 150 est ici logé dans une rainure respective ou dans un renfoncement. Avantageusement, l'enroulement du circuit résonnant 120 (et le cas échéant le condensateur 150) est recouvert par un matériau isolant électriquement 18. Ainsi, la maintenance de l'isolateur 1 sera facilitée, en permettant par exemple une projection d'eau pour éviter la formation d'un chemin de conduction en surface du corps isolant 1 1 , sans pour autant altérer le circuit résonnant 120. Le matériau isolant 18 forme ici un manchon autour des spires 160. Le matériau isolant est par exemple une résine synthétique isolante.

La figure 5 est une vue en coupe schématique dans un plan longitudinal d'une troisième variante d'isolateur selon l'invention. La figure 5 est uniquement une vue de détail au niveau d'un circuit résonnant 120 du dispositif de transmission d'énergie 12. Le corps isolant 1 1 a ici une forme de révolution autour de l'axe 1 15, définissant une alternance d'anneaux saillants 1 1 1 et de gorges 1 12. On définit par 1 13 la jonction entre un anneau saillant 1 1 1 et une gorge 1 12. L'enroulement du circuit résonnant 120 comporte plusieurs spires 160 enroulées autour de l'axe 1 15 et connectées à un condensateur 150. Les spires 160 et le condensateur 150 sont ici positionnés dans la jonction entre un anneau saillant 1 1 1 et une gorge 1 12.

Des rainures 1 14 sont ménagées dans la jonction 1 13. Les spires 160 sont positionnées sensiblement dans un même plan et concentriques. Les spires 160 de cet enroulement sont logées dans ces rainures 1 14, ce qui permet notamment de garantir un meilleur maintien mécanique de ces spires 160.

Le condensateur 150 est fixé au corps isolant 1 1 par tous moyens appropriés, par exemple par collage. Le condensateur 150 est ici logé dans une rainure respective ou dans un renfoncement. Avantageusement, l'enroulement du circuit résonnant 120 (et le cas échéant le condensateur 150) est recouvert par un matériau isolant électriquement 18. Ainsi, la maintenance de l'isolateur 1 sera facilitée, en permettant par exemple une projection d'eau pour éviter la formation d'un chemin de conduction en surface du corps isolant 1 1 , sans pour autant altérer le circuit résonnant 120. Le matériau isolant est par exemple une résine synthétique isolante. On peut également envisager une autre variante de l'isolateur 1 de la figure 5. Les spires d'un enroulement étant dans un même plan, elles peuvent être incluses dans un circuit imprimé. Le condensateur 150 peut alors être un composant discret soudé sur un tel circuit imprimé.

Dans les exemples illustrés, les enroulements des circuits résonnants sont rapportés sur le corps isolant 1 1 . On peut cependant également envisager de noyer les enroulements des circuits résonnants à l'intérieur du matériau du corps isolant 1 1 .

On peut également envisager une autre variante de l'isolateur 1 de la figure

5. Les spires d'un enroulement étant dans un même plan, elles peuvent être réalisées sous forme de pistes sur un circuit imprimé simple ou double face ou de pistes dans un circuit imprimé multicouches. Le condensateur 150 peut alors être un composant discret soudé sur un tel circuit imprimé.

Les variantes illustrées aux figures 6 et 7 correspondent à des modes de réalisation d'enroulements de circuits résonnants noyés à l'intérieur du matériau du corps isolant 1 1 et avec un enroulement réalisé par des pistes sur un circuit imprimé.

La figure 6 est une vue en coupe schématique dans un plan longitudinal d'une quatrième variante d'isolateur selon l'invention. La figure 6 est uniquement une vue de détail au niveau d'un circuit résonnant 120 du dispositif de transmission d'énergie 12. Le corps isolant 1 1 a ici une forme de révolution autour de l'axe 1 15, définissant une alternance d'anneaux saillants 1 1 1 et de gorges 1 12. L'enroulement du circuit résonnant 120 comporte plusieurs spires 160. Les spires 160 sont ici réalisées sous forme de pistes sur un substrat de circuit imprimé 19. Le circuit imprimé 19 est ici noyé dans le matériau du corps isolant 1 1 , et s'étend notamment radialement dans un anneau saillant 1 1 1 . Les spires 160 sont enroulées autour de l'axe 1 15. Les spires 160 sont ici connectées à un condensateur 150. Le condensateur 150 est fixé au circuit imprimé 19.

La figure 7 est une vue en coupe schématique dans un plan longitudinal d'une cinquième variante d'isolateur selon l'invention. La figure 7 est uniquement une vue de détail au niveau d'un circuit résonnant 120 du dispositif de transmission d'énergie 12. Le corps isolant 1 1 a ici une forme de révolution autour de l'axe 1 15, définissant une alternance d'anneaux saillants 1 1 1 et de gorges 1 12. L'enroulement du circuit résonnant 120 comporte plusieurs spires 160. Les spires 160 sont ici réalisées sous forme de pistes sur les deux faces opposées d'un substrat de circuit imprimé 19. Le circuit imprimé 19 est ici noyé dans le matériau du corps isolant 1 1 , et s'étend notamment radialement dans un anneau saillant 1 1 1 . Les spires 160 sont enroulées autour de l'axe 1 15. Dans les exemples illustrés, les spires des enroulements sont logées dans des rainures de l'isolateur 1 . On peut également envisager d'autres variantes, par exemple des spires simplement fixées à la surface du corps isolant 1 1 .

Dans l'exemple illustré, le corps isolant 1 1 présente une alternance d'anneaux saillants et de gorges. Cependant, l'invention peut également s'appliquer à un isolateur 1 comportant un corps isolant dont la surface externe est cylindrique.