Les CPL (Courants Porteurs en Ligne) sur les réseaux à Haute Tension

Au sigle de CPL, l’immense majorité des personnes vous indiquera que ce sont de petits boitiers, bien pratiques pour diffuser la télévision ou l’informatique dans la maison et que leur développement est une des réponses aux besoins générés par de développement de la microinformatique personnelle ; la réalité est toute autre… Lire la suite

CPL : Les débuts de la téléphonie Haute Fréquence vers 1915

Si le télégraphe électrique a été inventé en 1837, il a fallu attendre 1876 pour l’invention du premier téléphone par Bell.  Au début, il n’a été question que de téléphonie en courant continu modulé par le microphone à la fréquence de la voix humaine 300-3400 Hz sur une paire de fils de cuivre d’une longueur maximum d’environ 4km sans amplification. La téléphonie « classique  » a ensuite connu de nombreuses améliorations (micro à charbon – plus sensible -, bobine de Pupin – pour pallier à l’affaiblissement des signaux-, développement des centraux automatiques etc…)  mais elle est restée très longtemps sur le même principe de base.

 La possibilité de moduler des courants de hautes fréquences pour la téléphonie a été signalée par M. Leblanc dès 1886. Un peu plus tard M. Turpain a introduit dans ces systèmes la détection telle qu’on la pratiquait en radiotélégraphie ; enfin, un ingénieur français, M. Neu, a proposé, au congrès de Marseille, la téléphonie sans fil spécial, en utilisant comme conducteurs les câbles à haute tension des réseaux de force et lumière. Le brevet fondamental relatif à ce système de transmission a été pris en France le 25 juin 1915, par M. Marius Latour.

 La téléphonie en haute fréquence présentait un intérêt capital lorsqu’il s’agissait de relier une centrale électrique à ses sous stations. En effet, dans ce cas, le courant alternatif à haute tension cause des perturbations considérables sur les systèmes téléphoniques ordinaires, tandis qu’il est sans influence sur les systèmes à haute fréquence à cause de la grande différence des fréquences : celle des courants à haute fréquence étant de l’ordre de 100.000 périodes par seconde et celle des courants de force et lumière ne dépassant pas 50, (60 périodes au maximum aux Etats – Unis) .

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1923. Dispositif pour la téléphonie en haute fréquence

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1923. Poste de téléphonie en haute fréquence de Marius Latour

Parallèlement les développements basés sur la démonstration en 1910 par le major George Squier du Signal Corps de l’armée américaine de sa technique « sans fil câblé » pour transmettre plusieurs canaux téléphoniques sur une paire de fils ont vu le jour.

Les compagnies d’électricité dans le monde entier se sont lancées sur cette technique de téléphonie sur onde porteuse pour une utilisation sur les lignes électriques, avec les entreprises de fabrication d’équipements électriques tels que GE et Westinghouse aux Etats-Unis et Telefunken en Allemagne, entre autres, qui ont développé une variété de systèmes à cet effet. En 1930, la technique a atteint une période de maturité, avec 1000 systèmes installés dans toute l’Europe et les Etats-Unis.

Il est intéressant de constater que les deux autres moyens qui avaient été envisagés pour équiper les réseaux électriques de moyens de télécommunications dédiés, la pose d’un support télécom privé et la transmission radio avaient écartés pour des raisons de coûts et/ou de limites technologique dans les années 1900, sont celles qui sont les plus utilisés de nos jours :

  • Pose d’un support fibre optique dans le câble de garde ou dans les conducteurs des lignes HT/THT (voir les articles sur la Fibre Optique)
  • Transmission radio dans l’air par des faisceaux directionnels HF ou VHF dits « Faisceaux Hertziens »
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1923. Téléphonie entre centrales par courants de haute fréquence utilisant un conducteur BT posé sur les supports HT

Texte repris librement en partie et illustrations de l’article LA TELEPHONIE EN HAUTE FRÉQUENCE ET LA PROPULSION DES TRAINS PAR LES ONDES ÉLECTROMAGNÉTIQUES Par A. GIVELET, Ingénieur E.S.E, Revue la Science et La Vie, 1923 ( ?) p. 110, source http://gallica.bnf.fr. et de l’article Carrier-wave telephony over power lines: Early history, Schwartz, M. ; Columbia University, Communications Magazine, IEEE, Volume: 47, Issue: 1, janvier 2009.

En savoir plus : 1923-La-téléphonie-en-haute-fréquence-et-la-propulsion-des-trains-par-les-ondes-électromagnétiques

Les CPL : Comment ça marche?

La fonction d’une liaison C. P. L. H.T. (Courants Porteurs en Ligne à Haute Tension) est de transmettre des informations (téléphonie, signaux divers) à l’aide d’un courant porteur chargé de convoyer les dites informations en utilisant comme support de transmission les conducteurs des lignes de transport d’Energie. Les lignes d’énergie considérées sont les lignes aériennes (cas général du Transport d’Energie). Lire la suite

Les CPL en 2015, une technologie vivante !

Les CPL classiques en bande étroite HT/THT continuent à équiper les lignes HT/THT pour leur avantages et leur faible coût relatif au coût de l’ouvrage et ont vu leur performances améliorées (50kbps) par l’adoption des techniques de modulation numériques récentes. On les trouvent au catalogue de la plupart des équipementiers HT/THT (ABB, ALSTOM, DiMAT, GE, Siemens …) y compris pour les niveaux de tension 800 kV des ouvrages haute puissance construits récemment en Chine ou ailleurs.

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Alstom grid circuit bouchon 800kV

Les CPL large bande BT ont connu un essor considérable dans les années 2000 une fois résolus les problèmes de transmission dans le milieu très perturbé des réseaux électriques domestiques. Ils ont envahi nos logements devenant le complément haut débit fiable (200Mbps et plus) des nombreux réseaux locaux radio (WiFi, Bluetooth, zigbee …) formant le réseau local domestique (ou HAN, Home Area Network).

Les CPL large bande BT sont devenu un enjeu industriel important à la fois :

• pour les électriciens puisqu’il permettent le comptage intelligent (projet Linky eRDF en France) ainsi que des services en aval du compteur (smartgrid) sans le surcoût d’une infrastructure télécom pour la desserte finale.

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Les CPL relient le compteur Linky au concentrateur Linky situé dans le poste source en franchissant (à vérifier) le transformateur BT/MT.

• pour l’électronique / électroménager grand public permettant par exemple la distribution de la vidéo depuis la box internet ou le raccordement des équipements ménagers à l’internet des objets.

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Résultats d’une recherche Internet avec le mot clé CPL

 Les enjeux industriels se reflètent au niveau de la standardisation des CPL BT, deux alliances font la promotion de spécifications distinctes :

• La « Homeplug alliance » avec le standard IEEE 1901

• La « G3-PLC Alliance » dont eRDF est membre, avec les standards CPL-G1 et CPL-G3. Voir la délibération CRE relative aux dispositifs de comptage sur les réseaux publics d’électricité (Linky)

 

Le livre « Télétransmissions par ondes porteuses dans les réseaux de transport d’énergie à haute tension », 1946

 

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L’ouvrage « Télétransmissions par ondes porteuses dans les réseaux de transport d’énergie à haute tension,  Dunod, 1946,  111 pages, écrit par André Chevallier, ingénieur et professeur à l’ESE, fil conducteur de la série d’articles sur les CPL,  est aussi un texte de référence pour les télécommunications de l’époque et pour l’usage qui en est fait en appui de l’exploitation et de la protection d’un réseau de transport d’électricité, toujours d’actualité. 

En voici l’introduction en extrait, le livre est consultable à l’association ESTEL

INTRODUCTION (nous sommes en 1946 !)

L’interconnexion des grands centres producteurs français d’énergie électrique, possédant des régimes économiques différents, a rendu possibles entre eux des échanges d’énergie. Elle permet aussi par des boucles et doublements de lignes d’assurer la permanence du service, sans qu’il soit besoin de prévoir des réserves tournantes trop grandes.

L’exploitation de telles réseaux pose des problèmes de fourniture d’énergie, de répartition de charge, de contrôle d’exécution des programmes, de rétablissement de liaisons entre réseaux en cas d’incidents sur les lignes de transport, qui ne peuvent être résolus que par des organismes qualifies, connaissant à chaque instant l’état de fonctionnement des réseaux et ayant à leur disposition des moyens d action efficaces.

Ces organismes appelés « Dispatchings » ou Centres répartiteurs doivent posséder des téléphones les reliant aux usines génératrices et aux postes de transformation de leur zone de contrôle, ainsi que aux autres centres répartiteurs.

Ils doivent connaître à chaque instant les puissances produites dans la zone, la puissance réactive fournie par leurs centrales. Ils doivent connaître, en cas de rupture de liaison entre deux réseaux, la fréquence et les tensions entre les deux réseaux pour en ordonner le couplage. Ils doivent pouvoir assurer le réglage à distance des machines motrices pour annuler des écarts de fréquence, de puissance ou de fréquence-puissance.

Ils peuvent avoir besoin d’assurer le débouclage de certaines lignes ou de délester, en cas d’incidents graves, une partie de leur clientèle. Il est donc nécessaire qu’ils aient à leur disposition des commandes à distance et qu’ils connaissent en retour la position des disjoncteurs ou des sectionneurs.

Il est intéressant pour eux d’apprécier la stabilité d’un transport, qui leur est donnée par la valeur de l’angle des rotors des machines synchrones situées aux deux extrémités d’une longue ligne. Ils doivent pouvoir suivre, en cas de rupture de synchronisme, les oscillations entre groupes et pouvoir ainsi déterminer les machines qui ont tendance à la reprise de synchronisme et celles qui le perdent.

La permanence du service exige que les lignes soient munies de systèmes de protection permettant d’éliminer rapidement les sections de ligne défectueuses et de maintenir en service les lignes saines.

La connaissance des différents termes de mesure, la téléphonie, la protection, les commandes, la signalisation, exigent des transmissions dont les qualités primordiales sont la rapidité et la sécurité. Ces diverses télétransmissions doivent s’effectuer entre des points séparés par des distances qui peuvent être courtes, mais aussi pouvant atteindre 500 à 700 kilomètres.

Les moyens permettant de réaliser ces transmissions sont les conducteurs des lignes aériennes téléphoniques ou de câbles aériens ou souterrains, les ondes libres, les ondes dirigées sur les lignes à haute tension.

La solution qui consiste à utiliser des conducteurs de lignes ou de câbles téléphoniques présente l’avantage d’éviter les transformations nécessaires à l’attaque d’ondes porteuses : d’où une économie de matériels. Mais les lignes [téléphoniques] aériennes ne présentent pas la sécurité voulue. Elles sont soumises aux intempéries. Elles risquent d’être détruites par les intempéries. Elles demandent de plus un entretien continu. Par contre les câbles [téléphoniques] satisfont aux conditions de sécurité demandées, mais ils conduisent à des frais d’établissement extrêmement élevés.

Les ondes libres pourraient être utilisées, mais elles nécessitent, même avec des aériens directifs, pour obtenir des liaisons sûres, des puissances d’émissions relativement élevées, donc des installations importantes et un personnel spécialisé.

La solution qui consiste à utiliser la ligne haute tension elle-même comme milieu de propagation d’ondes de haute fréquence, est une solution qui satisfait à la fois aux conditions de sécurité et aux conditions économiques. La sécurité « mécanique » est du même ordre de grandeur que celle obtenue avec un câble souterrain. L’énergie est transmise au récepteur par un milieu conducteur au lieu d’être rayonnée. Les puissances d’émission, pour un même résultat sont infiniment moins grandes que dans l’emploi d’ondes libres.

D’une façon générale quand les distances sont courtes, la transmission par ondes porteuses sur la ligne haute tension est utilisée.

En France, comme en Amérique, en Allemagne en Russie et au Japon, ce moyen de transmission connaît un développement considérable.

En France, toutes les lignes à 220 kilovolts et à 150 kilovolts en sont équipées ainsi que de nombreuses lignes à 90 et 60 kilovolts. Il existe à l’heure actuelle, en France, environ 500 liaisons à haute fréquence. Le nombre en croit de façon constante.

Il semble que cette technique se soit développée simultanément en Amérique, en Allemagne, au Japon, en France. Marius Latour, dès 1920, en a été le promoteur en France, mais les matériels vraiment industriels n’ont été mis en service que vers 1928.

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