Introduction

La présente invention se rapporte à des moyens de protection, contre les perturbations électriques, pour équipements électriques monophasés couplés à une ligne de sortie d'un transformateur triphasé. Elle concerne plus particulièrement des moyens permettant d'éviter les dommages causés par des surtensions électriques.

Art antérieur

Les équipements électriques, en particulier les machines industrielles connectées à un réseau triphasé, peuvent subir des dégâts à cause de perturbations se propageant par le réseau électrique auquel ils sont couplés. Il peut en résulter des coupures d'alimentation ou même des détériorations matérielles. L'intervention d'un agent de l'exploitant du réseau électrique est bien souvent nécessaire pour identifier l'origine de la panne, y remédier avant de remettre en service le réseau, voire pour remplacer les équipements irrémédiablement endommagés. Cela peut représenter un coût pour l'exploitant du réseau électrique, tout comme pour le propriétaire de l'équipement électrique, et poser de nombreux problèmes du fait de l'indisponibilité dudit équipement. Pour limiter les dégâts provoqués par ces perturbations sur le réseau, il existe plusieurs types de dispositif. Un disjoncteur peut être disposé au départ de la ligne électrique d'alimentation des équipements à protéger, de sorte à ouvrir le circuit électrique en réponse à la survenance d'un court-circuit. Des fusibles peuvent être employés pour protéger un équipement contre les courants dépassant une valeur maximale spécifique. Il existe encore des dispositifs de protection contre une perte de terre ou une mauvaise connexion à la terre. On connaît encore des moyens de protection contre des courants de fuite circulant entre une ligne électrique de l'alimentation et la terre.

Un problème particulier se pose quant à la protection d'équipements électriques alimentés par un courant monophasé lorsque ces derniers sont installés au sein d'une installation électrique à courant triphasé. Cette configuration se trouve fréquemment sur des sites industriels où des équipements industriels monophasés sont couplés à l'une des phases en sortie d'un transformateur triphasé. Si les équipements électriques monophasés sont souvent protégés contre les surintensités, ils sont également souvent conçus pour fonctionner dans une plage limitée de tension, typiquement une plage correspondant à celle du réseau de distribution de l'électricité, soit 230 V ± 15 % en Europe. La plupart des équipements ne sont pas protégés contre les surtensions qui peuvent être observées à la sortie d'un transformateur triphasé industriel. En cas de surtension observée sur une ligne en sortie d'un transformateur triphasé, par exemple lorsque la tension du réseau l seau est supérieure à 300 V _ac , les composants internes des équipements électriques peuvent soit être endommagés ou détruits, soit leur durée de vie peut s'en trouver fortement réduite.

C'est pourquoi il existe un besoin pour des moyens efficaces de protection contre les perturbations électriques pour équipements électriques monophasés couplés à une ligne de sortie d'un transformateur triphasé, et plus particulièrement, des moyens permettant d'éviter les dommages causés par des surtensions électriques.

Résumé de l'invention

Un des objets de l'invention est de fournir des moyens efficaces de protection contre les perturbations électriques qui peuvent affecter les équipements électriques monophasés couplés à une ligne de sortie d'un transformateur triphasé. Un autre objet de l'invention est de proposer des moyens permettant d'éviter les dommages causés par des surtensions électriques. Un autre objet de l'invention est de fournir des moyens automatiques pour rétablir l'alimentation électrique après la survenance d'une perturbation, sans intervention d'un agent spécialisé ou d'un opérateur. Un autre objet de l'invention est de fournir des moyens efficaces et économes.

Un ou plusieurs de ces objets sont remplis par le dispositif de protection, le système de distribution et la méthode, selon la (les) revendication (s) indépendante (s). Les revendications dépendantes fournissent en outre des solutions à ces objets et/ou d'autres avantages.

Plus particulièrement, selon un premier aspect, l'invention se rapporte à un dispositif de protection, pour au moins un équipement électrique monophasé adapté à être alimenté par un courant électrique circulant sur une première ligne électrique couplée à une première phase d'un transformateur triphasé. En particulier, en Europe, l'équipement électrique est typiquement conçu pour être alimenté par une tension nominale de 230 V, et est conçu pour supporter des variations de la tension nominale de ± 15 %. Le transformateur triphasé et ledit au moins un équipement sont en outre couplés à un point de potentiel neutre. Le point de potentiel neutre est aussi souvent désigné par le terme masse ou simplement neutre. Le dispositif de protection comporte un dispositif de mesure configuré pour mesurer, périodiquement ou de manière continue, une première tension électrique sur la première électrique relativement au point de potentiel neutre.

Le dispositif de protection comporte un dispositif de détection de surtension configuré de sorte à détecter un premier événement relatif au dépassement d'un premier seuil par la première tension électrique. Le premier seuil est par exemple sensiblement égal à une tension en courant alternatif de 270 V. _r . Le dispositif de protection comporte un dispositif relais adapté à ouvrir ou fermer la première ligne électrique, en fonction d'une commande. Par exemple, le dispositif relais comprend un relais positionné en série sur la première ligne électrique de sorte que lorsque, le relais est ouvert, la première ligne électrique est coupée et la première tension électrique est alors nulle. Dans cet exemple, le relais est réversible par commande, c'est-à-dire que ce dernier est apte à être ouvert ou fermé, en fonction d'une commande reçue.

Le dispositif de protection comporte un dispositif de contrôle configuré de sorte à émettre à destination du dispositif relais une commande pour ouvrir la première ligne lors de la survenance du premier événement.

En cas de surtension, typiquement lorsque la tension en courant alternatif délivrée en sortie du transformateur triphasée est supérieure à 300 Vac par exemple pour l'Europe, les composants électroniques internes de l'équipement électrique risqueraient de se détériorer et provoquer l'arrêt du fonctionnement de l'équipement, si le dispositif de protection selon l'invention n'intervenait pas. Un risque couramment rencontré est en général qualifié de «coupure de neutre», provoqué par exemple par une mauvaise connexion au neutre des équipements, du fait notamment d'un mauvais serrage du câble de neutre. Ainsi, en cas de coupure de neutre, lorsque les charges propres des équipements électriques de chacune des trois lignes de sortie du transformateur triphasé ne sont pas équilibrées, des tensions composées pouvant atteindre un maximum de tension, à savoir 380 V, peuvent être observées aux bornes des équipements électriques. Ainsi, le dispositif de protection selon l'invention est conçu pour observer sur une ligne électrique en sortie du transformateur la tension, et le cas échéant couper quasi instantanément ladite ligne électrique, en cas de dépassement d'un seuil prédéterminé. Pour protéger les trois lignes électriques en sortie du transformateur, il est possible de disposer un dispositif de protection par ligne et/ou équipement électrique à protéger.

Le dispositif de protection peut comporter en outre un dispositif de configuration adapté pour permettre le réglage du premier seuil en fonction des caractéristiques électriques de l'équipement électrique monophasé. Ainsi, il est possible d'ajuster au mieux le premier seuil de déclenchement de la coupure de la première ligne, en fonction des caractéristiques propres à l'équipement à protéger, par exemple en tenant compte de sa capacité à tolérer des surtensions, ou du niveau de protection requis en fonction de la disponibilité souhaitée de l'équipement.

Le dispositif de mesure comporte par exemple un dispositif redresseur intégrateur configuré pour calculer une première valeur V _r en redressant la première tension électrique puis intégrant la première tension électrique au cours du temps. Le dispositif de détection de surtension est alors configuré de sorte à détecter le premier événement lorsque la première valeur V _r est supérieure au premier seuil. Il s'agit d'un moyen efficace pour déterminer si la première tension dépasse un seuil prédéterminé, et qui peut être réalisé à l'aide de composants peu coûteux et résistant à des tensions élevées, tels que notamment des diodes et des condensateurs.

Le dispositif de détection de surtension peut être arrangé de manière à détecter un deuxième événement relatif au passage sous un deuxième seuil de la première tension électrique. Le dispositif de contrôle est alors configuré de sorte à émettre à destination du dispositif relais une commande pour fermer la première ligne lors de la survenance du deuxième événement. Le deuxième seuil est par exemple sensiblement égal à une tension en courant alternatif de 270 V _AC . Ainsi, lorsque la première tension électrique revient à un niveau supportable par l'équipement électrique, la première ligne électrique est alors rétablie automatiquement, sans intervention d'un opérateur ou d'un agent spécialisé, et le fonctionnement de l'équipement électrique peut alors immédiatement reprendre. Le dispositif de protection peut aussi comporter un dispositif de configuration adapté pour permettre le réglage du deuxième seuil en fonction des caractéristiques électriques de l'équipement électrique monophasé. Dans le cas où le dispositif de mesure comporte par exemple un dispositif redresseur intégrateur configuré pour calculer une première valeur V _r en redressant la première tension électrique puis intégrant la première tension électrique au cours du temps, le dispositif de détection de surtension peut être configuré de sorte à détecter le deuxième événement lorsque la première valeur est inférieure ou égale au deuxième seuil.

Selon un second aspect, l'invention se rapporte à un système de distribution électrique comportant: un transformateur électrique triphasé délivrant sur trois lignes électriques Ll, L2, L3 respectivement trois phases PI, P2, P3, le transformateur électrique étant en outre couplé à un point de potentiel neutre N ; au moins un équipement électrique monophasé couplé électriquement au point de potentiel neutre N et à l'une des trois lignes électriques L1 , L2, L3 pour alimenter ledit au moins un équipement électrique en courant; un dispositif selon le premier aspect, couplé électriquement à la ligne électrique destinée à alimenter l'équipement électrique monophasé.

Ledit au moins un équipement électrique est par exemple un dispositif d'éclairage pour éclairer une voie ou une installation publique.

Selon un troisième aspect, l'invention se rapporte à une méthode pour protéger au moins un équipement électrique monophasé adapté à être alimenté par un courant électrique circulant sur une première ligne électrique couplée à une première phase d'un transformateur triphasé, le transformateur triphasé et ledit au moins un équipement étant en outre couplés à un point de potentiel neutre N. La méthode comporte les étapes suivantes: une première étape de mesure d'une première tension électrique sur la première électrique relativement au point de potentiel neutre; une deuxième étape de détection d'un premier événement relatif au dépassement d'un premier seuil par la première tension électrique; une troisième étape d'ouverture de la première ligne électrique, si le premier événement a été détecté au cours de la deuxième étape.

Le premier seuil peut être déterminé en fonction des caractéristiques électriques de l'équipement électrique monophasé.

La méthode peut en outre comporter: une quatrième étape de détection d'un deuxième événement relatif au passage sous un deuxième seuil de la première tension électrique; une cinquième étape de fermeture de la première ligne lors de la survenance du deuxième événement.

Le deuxième seuil peut être déterminé en fonction des caractéristiques électriques de l'équipement électrique monophasé.

Au cours de la première étape, une première valeur V _r peut être calculée en redressant la première tension électrique puis intégrant la première tension électrique au cours du temps. Le premier événement est alors détecté au cours de la troisième étape lorsque la première valeur est supérieure au premier seuil. Le deuxième événement peut alors être détecté au cours de la cinquième étape lorsque la deuxième valeur est inférieure ou égale au deuxième seuil.

Brève description des figures

D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront, dans la description ci-après de modes de réalisation, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est un schéma de principe illustrant le principe de l'alimentation électrique d'équipements électriques monophasés par un transformateur électrique triphasé; la figure 2 est un schéma bloc d'un dispositif de protection, pour équipements électriques monophasés, contre les perturbations électriques en sortie d'une ligne électrique d'un transformateur triphasé, selon un mode de réalisation de l'invention; la figure 3 est un diagramme d'une méthode selon un mode de réalisation de l'invention pour protéger des équipements électriques monophasés, contre les perturbations électriques en sortie d'une ligne électrique d'un transformateur triphasé; la figure 4 est un schéma bloc d'un système, selon un mode de réalisation de l'invention, de distribution électrique à des équipements électriques, en particulier des dispositifs d'éclairage, muni d'un système de protection contre les perturbations électriques.

Description détaillée

La figure 1 illustre schématiquement le principe de l'alimentation électrique d'équipements électriques monophasés par un transformateur électrique triphasé. Le transformateur délivre une première phase PI sur une première ligne électrique Ll, une deuxième phase P2 sur une deuxième ligne électrique L2, et une troisième phase P3 sur une troisième ligne électrique L3. Le transformateur est couplé à un point N de potentiel neutre. En fonctionnement, la tension Ul entre la première ligne Ll électrique et le point N, la tension U2 entre la deuxième ligne Ll électrique et le point N, et la tension U3 entre la troisième ligne Ll électrique et le point N, sont sensiblement égales à une valeur nominale typiquement égale à 230 V _AC +/- 15 % en Europe. Au moins un premier équipement peut être couplé à la première ligne Ll et le point N pour être alimenté par la tension Ul. Au moins un deuxième équipement peut être couplé à la deuxième ligne L2 et le point N pour être alimenté par la tension U2. Au moins un troisième équipement peut être couplé à la troisième ligne Ll et le point N pour être alimenté par la tension U3. Un risque couramment rencontré est en général qualifié de «Coupure de Neutre», provoqué par exemple par une mauvaise connexion au point N par les équipements. Ainsi, en cas de coupure de neutre, lorsque les charges propres supportées par les lignes Ll, L2, L3 ne sont pas équilibrées, c'est-à-dire différentes, des tensions composées pouvant atteindre un maximum de tension, à savoir 380 V, peuvent être observées aux bornes des équipements électriques.

La figure 2 est un schéma bloc d'un dispositif de protection 10, pour un équipement 12 électrique monophasé, contre les perturbations électriques en sortie d'une ligne électrique, par exemple la première ligne Ll, d'un transformateur triphasé, selon un mode de réalisation de l'invention. L'exemple qui suit est donné pour une protection de l'équipement électrique alimenté par la première ligne Ll. Toutefois, le dispositif fonctionne de manière identique couplé indifféremment à l'une quelconque des trois lignes Ll, L2, L3, en fonction de l'équipement électrique à protéger. L'alimentation électrique de l'équipement 12 monophasé est couplée à la première ligne Ll et au point neutre N de sorte à recevoir du transformateur une tension Ul. Le dispositif de protection 10 comporte une première entrée 14 adaptée à être couplée à la première ligne Ll, et une deuxième entrée 16 adaptée à être couplée au point neutre N. Le dispositif comporte une sortie 18 sur laquelle la phase PI est délivrée, et ainsi permettre de coupler d'autres dispositifs à la première ligne Ll. Le dispositif de protection comporte un dispositif de mesure 22 configuré pour mesurer, périodiquement ou de manière continue, la tension Ul entre la première entrée 14 et la deuxième entrée 16, c'est-à- dire entre la première ligne Ll et le point neutre N. Le dispositif de protection comporte un dispositif de détection 24 de surtension configuré de sorte à détecter un premier événement relatif au dépassement d'un premier seuil S _H par la tension Ul. Le premier seuil S _H est par exemple sensiblement égal à une tension en courant alternatif de 270 V _AC . Le dispositif de détection de surtension peut être arrangé de manière à détecter un deuxième événement relatif au passage sous un deuxième seuil S _B de la tension électrique Ul. Le deuxième seuil S _B est par exemple sensiblement égal à une tension en courant alternatif de 270 V _AC . Le dispositif de protection comporte un relais 30, disposé entre la première entrée 14 et la sortie 18, de sorte à pouvoir ouvrir ou fermer la première ligne Ll, en fonction d'une commande. Le dispositif de protection comporte un dispositif de contrôle 28 configuré de sorte à émettre à destination du relais 30 une commande pour ouvrir la première ligne Ll lors de la survenance du premier événement, lorsque ce dernier est détecté par le dispositif de détection 24. Le dispositif de contrôle peut également être configuré de sorte à émettre à destination du dispositif relais une commande pour fermer la première ligne lors de la survenance du deuxième événement, lorsque ce dernier est détecté par le dispositif de détection 24. Le dispositif de protection peut comporter en outre un dispositif de configuration 26 adapté pour permettre le réglage du premier seuil S _H et/ou du deuxième seuil S _B en fonction des caractéristiques électriques de l'équipement électrique monophasé. Ainsi, il est possible d'ajuster au mieux le premier seuil S _H de déclenchement de la coupure de la première ligne, en fonction des caractéristiques propres à l'équipement à protéger, par exemple en tenant compte de sa capacité à tolérer des surtensions, ou du niveau de protection requis en fonction de la disponibilité souhaitée de l'équipement. Il est aussi possible d'ajuster au mieux le deuxième seuil S _b de rétablissement de la première ligne, en fonction des caractéristiques propres à l'équipement à protéger, par exemple en tenant compte de sa capacité à tolérer des surtensions, ou du niveau de protection requis en fonction de la disponibilité souhaitée de l'équipement.

Le dispositif de mesure comporte par exemple un dispositif redresseur intégrateur configuré pour calculer une première valeur V _r en redressant la tension Ul électrique puis intégrant la tension Ul au cours du temps. Le dispositif de détection de surtension est alors configuré de sorte à détecter le premier événement lorsque la première valeur V _r est supérieure au premier seuil.

La figure 3 est un diagramme d'une méthode selon un mode de réalisation de l'invention pour protéger un équipement 12 électrique monophasé, contre les perturbations électriques en sortie d'une ligne électrique, par exemple la première ligne Ll, d'un transformateur triphasé. L'exemple qui suit est donné pour une protection de l'équipement électrique alimenté par la première ligne Ll. Toutefois, le dispositif fonctionne de manière identique couplé indifféremment à l'une quelconque des trois lignes Ll, L2, L3, en fonction de l'équipement électrique à protéger. En particulier, la méthode peut être mise en œuvre par le dispositif de protection 10 décrit précédemment. La méthode comporte une étape préalable 100, au cours de laquelle on ferme la première ligne Ll, par exemple en envoyant une commande au relais 30 de fermeture de la première ligne Ll. Puis au cours d'une première étape 110, on mesure la tension Ul sur la première ligne Ll relativement au point neutre N. Au cours de la première étape, une première valeur V _r peut être calculée en redressant la première tension Ul puis intégrant la première tension Ul au cours du temps. Dans une deuxième étape 120, on détecte un premier événement relatif au dépassement d'un premier seuil S _H par la première tension Ul. Dans une troisième étape 130, on ouvre la première ligne Ll, si le premier événement a été détecté au cours de la deuxième étape 120. Puis, au cours d'une quatrième étape 140, on mesure la tension Ul sur la première ligne Ll relativement au point neutre N. Dans une cinquième étape 150, on détecte un deuxième événement relatif au passage sous un deuxième seuil S _B de la première tension Ul. On ferme la première ligne Ll, si le deuxième événement a été détecté au cours de la cinquième étape. La figure 4 est un schéma bloc d'un système, selon un mode de réalisation de l'invention, de distribution électrique à des équipements électriques, en particulier des dispositifs d'éclairage, muni d'un système de protection contre les perturbations électriques. Le système de distribution électrique comporte: un transformateur 210 électrique triphasé délivrant sur trois lignes électriques Ll, L2, L3 respectivement trois phases PI, P2, P3, le transformateur électrique étant en outre couplé à un point de potentiel neutre N ; des équipements électriques monophasés 220 couplés électriquement au point de potentiel neutre N et aux trois lignes électriques Ll, L2, L3; des dispositifs de protections 10, couplés électriquement aux lignes électriques Ll, L2, L3.

Les équipements électriques sont par exemple des dispositifs d'éclairages pour éclairer des voies ou des installations publiques.