Brevet FR2113972A1 — publié le 19720630

1- 2113972 Il est extrêmement pratique, pour les "bateaux et autres "bâtiments marins (qu' on désignera dans la suite par le terme général de "bateaux) de s'alimenter en énergie électrique à partir d'une source d'électricité "basée à terre pendant que 5 le "bateau est à quai, plutôt que de s'alimenter au moyen d'un générateur électrique installé à "bord, les canalisations de l'installation électrique prévue à bord du bateau sont fréquemment responsables d'une corrosion excessive des structures métalliques de ce bateau qui sont immergées. 10 II peut se présenter dans un bateau dont l'installa tion est prévue pour l'alimentation par une source basée à terre deux situations qui favorisent la corrosion. L'une de ces situations se rencontre lorsqu'on utilise un troisième conducteur de masse pour mettre à la masse la coque métallique du ba-15 teau ou les structures métalliques immergées, et qu'il se forme alors un couple galvanique entre le bateau et les structures métalliques installées à terre. Si la coque du bateau est une coque en aluminium ou une coque en fibre de verre équipée d'une ou plusieurs embases porte-hélices ou d'un ou plusieurs moteurs 20 hors-bord comportant des pièces en aluminium, l'aluminium tend à se comporter comme une anode sacrifiée, qui se corrode pour protéger les structures en fer installées à terre. L'autre situation est celle dans laquelle un bateau comporte une coque en acier et où l'action galvanique ne peut pas être aussi forte-25 ment destructrice que dans le cas de l'aluminium mais où la protection que doivent apporter les dispositifs de protection cathodiques dont le bateau est éventuellement équipé peut être gravement réduite par une fuite parasite du courant à travers le troisième fil ou fil de masse. 30 les détériorations résultant de ces situations sont coûteuses parce qu'elles provoquent un affaiblissement de la structure et une rugosité des surfaces de la coque du bateau ou de ses structures métalliques immergées. La corrosion induite par ces situations présente sa plus grande activité dans des 35 zones limitées de la coque et risque de provoquer l'ouverture de voies d'eau. En outre, la rugosité de la surface accroît la résistance au déplacement du bateau dans l'eau et affecte donc défavorablement le rendement du fonctionnement du bateau. 71 40754 -2- 2113972 l'invention a pour but de réaliser des moyens permettant d'éliminer le risque de détérioration par corrosion des bateaux qui comportent une structure métallique mise électriquement à la masse, tout en assurant en même temps la protection 5 du personnel embarqué contre les chocs électriques. Suivant l'invention, un filtre de masse électrique pour un bateau alimenté par une source de courant électrique alternatif basée à terre, par exemple un transformateur approprié et comportant des conducteurs principaux et un conducteur 10 de masse connectés entre la source de courant et le bateau, ce filtre de masse étant connecté en série avec le conducteur de masse et comprenant une première paire de redresseurs en série entre eux et une deuxième paire de redresseurs en série entre eux et de polarité inverse de ceux de la première paire, un 15 condensateur ou une paire de condensateurs, dans laquelle les deux condensateurs sont en série entre eux et possèdent des polarités opposées, les deux paires de redresseurs et le condensateur ou la paire de condensateurs étant connectés électriquement en parallèle. La combinaison en parallèle comprenant le 20 condensateur ou la paire de condensateurs et les redresseurs possèdent une impédance faible dans les conditions habituelles de courant de fonctionnement tout en empêchant simultanément le passage du courant continu à basse tension qu'on observe dans les phénomènes de corrosion. 25 La description qui va suivre, en référence aux dessins annexés, donnés surtout à titre d'exemple, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces dessins, la figure 1 est une vue schématique d'une installa-30 tion électrique prévue pour un bateau alimenté par une source de courant électrique alternatif basée à terre et qui comprend le filtre suivant l'invention ; la figure 2 est un schéma de circuit représentant le filtre suivant l'invention ; 35 la figure 3 est une représentation graphique de la caractéristique volts-ampères de chaque paire de redresseurs en série du filtre de masse ; la figure 4 est une représentation graphique de la caractéristique volts-ampère.s de la combinaison en parallèle 71 40754 -3' 2113972 des deux paires de redresseurs, avec l'impédance en courant alternatif qui est représentée par le condensateur ; et la figure 5 est une représentation graphique dont la courbe composite indique la caractéristique volts-ampères 5 et l'impédance capacitive en courant alternatif de la combinaison parallèle des paires de redresseurs et du condensateur ou de la paire de condensateurs. Gomme indiqué sur la figure 1, un bateau 1 est alimenté par une source de courant électrique alternatif basée à 10 terre qui comprend un transformateur 2 comportant un enroulement primaire 3 et un enroulement secondaire 4« la sortie du transformateur de l'installation source d'électricité, c'est-à-dire la sortie de l'enroulement secondaire est mise à la masse par un conducteur de masse 5 connecté à terre. Les conducteurs 15 6 et 7 d'alimentation en courant et le conducteur de masse 8 relient l'enroulement secondaire du transformateur à un poste prévu sur le bateau 1, de préférence par l'intermédiaire d'un moyen déconnectable qui comprend une prise femelle 9 et une fiche mâle 10. Les conducteurs 6 et 7 peuvent être connectés 20 à une sortie de puissance (non représentés) prévue à bord du bateau tandis que le conducteur de masse 8 est coimecté à la coque du bateau, comme indiqué en 9i à travers un filtre de masse électrique 11 qui est de préférence prévu sur le bateau. Le filtre de masse est connecté en série avec le conducteur de 25 masse 8, ainsi qu'on le verra plus particulièrement sur la figure 2. Ce filtre comprend une première paire de redresseurs 12 et 13 en série entre eux, une deuxième paire de redresseurs 14 et 15 en série entre eux et d'une polarité inverse de celle des redresseurs de la première paire, un dispositif capacitif, 30 par exemple une paire de condensateurs 16 et 17 en série entre eux et possédant des polarités opposées, les paires de redresseurs et le dispositif capacitif, par exemple les condensateurs 16 et 17» étant intercalés, en parallèle entre eux, dans le conducteur 8, comme représenté sur le dessin. 35 Les redresseurs ne sont représentés que schémati- quement puisque, en pratique, les quatre redresseurs peuvent être constitués par un dispositif à semi-conducteur d'une seule pièce. 71 40754 -+■ 2113972 Pour éviter la corrosion galvanique, il est nécessaire de limiter le passage du courant continu à "basse tension entre le bateau et la terre. Il est connu que la différence de potentiel maximale qui est engendrée entre deux mé-5 taux différents (sauf lorsqu'un des métaux est le magnésium) immergés dans un électrolyte constitué par l'eau de mer normale est de 1,1 volt. la figure 3 montre que sous cette tension, un courant de l'ordre de 100 ampères circule à travers un seul redresseur (point A)• Lorsque deux redresseurs sont 10 montés électriquement en série et qu'on applique une tension de 1,1 volt aux bornes de cet ensemble, par exemple aux bornes des redresseurs 12 et 13, la tension à travers chacun des redresseurs est d'environ 0,55 volt. La figure 3 montre qu'à cette tension, le courant qui circule est de moins de 0,001 15 ampère (point B). Lorsqu'on applique une tension inverse à cette combinaison de redresseurs, il circule une intensité pratiquement nulle. Etant donné que la tension établie entre le bateau et les installations à terre peut être de l'une ou l'autre des polarités, suivant les métaux en présence, il est né-20 cessaire de prévoir des redresseurs des deux polarités. Cet agencement est représenté sur la figure 2, sur laquelle les redresseurs 12 et 13 d'une même paire sont connectés en série entre eux, les redresseurs 14 et 15 de l'autre paire sont connectés en série entre eux et ces deux paires sont connectées élec-25 triquement en parallèle entre elles. Les paires de redresseurs sont de polarité inverse l'une de l'autre. La caractéristique volts-ampères de cette combinaison en courant continu est représentée sur la figure 4 par les courbes tiretées. Aux basses intensités, la combinaison des redresseurs présente une grande 30 impédance, par exemple sous 1,1 volt, elle laisse passer un courant de 0,001 ampère, c'est-à-dire qu'elle possède une résistance apparente de 1100 ohms tandis que, sous une intensité élevée, on observe une faible impédance, par exemple, sous 1,8 volt, elle laisse passer une intensité de 40 ampères, 35 c'est-à-dire qu'elle possède me résistance apparente de 0,045 ohm. La combinaison de ces deux paires de redresseurs assure la fonction recherchée, qui consiste à former un circuit à basse impédance pour laisser passer un courant de court-circuit 71 40754 -5- 2113972 ou autre courant fort dH à un dérangement de l'installation, tout en faisant en même temps obstacle au passage du courant continu à basse tension qu'on observe dans les phénomènes de corrosion. Pour améliorer encore la performance du filtre, on 5 utilise un dispositif capacitif composé par exemple d'un seul condensateur non polaire ou de deux condensateurs électroly-tiques polarisés 16 et 17 qui sont connectés en série et sont montés en opposition de polarité. Ce dispositif capacitif combiné avec les redresseurs réduit l'impédance en courant al-10 texnatif du filtre au potentiel inférieur à celui auquel les redresseurs sont conducteurs. Ce type de dispositif capacitif peut être calculé pour présenter une grande capacité aux basses tensions, par exemple, 0,14 farad à 3 volts. A une fréquence de ligne d'alimentation de 60 hertz, ce dispositif ca-15 pacitif possède une impédance de 0,04 ohms, ce qui est représenté par la courbe en traits continus de la figure 4. Cette impédance est inférieure à l'impédance apparente de l'ensemble des redresseurs 12, 13» 14 et 15 aux intensités inférieures à 30 ampères en courant alternatif. 20 la combinaison en parallèle des condensateurs et des redresseurs forme un circuit à basse impédance dans toutes les conditions d'intensité avec une faible dissipation de puissance. La caractéristique volts-ampères composite du filtre à une fréquence de 60 hertz est représentée sur la figure 25 5. Le conducteur de masse 8 est prévu pour éviter de graves chocs électriques à l'utilisateur des dispositifs électriques s'il existe des courts-circuits ou mises à la masse sur leur enveloppe extérieure. Il est nécessaire de préserver la 30 continuité électrique du conducteur de masse dans le cas de fortes intensités de court-circuit, qui peuvent excéder 1.000 ampères. Les redresseurs utilisés sont conçus pour répondre à cette spécification de forts courants de dérangementc Les redresseurs 12, 13, 14 et 15 décrits sont cons-35 titués chacun par une jonction PU de semi-conducteur au silicium dopé . Il est possible de réaliser ces quatre jonctions sur une même plaquette de matière semi-conductrice et d'obtenir la caractéristique volts-ampères représentée par la ligne en 71 40754 -6- 2113972 traits interrompus de la figure 4. Dans un sens plus général, l'invention a pour objet un filtre de masse électrique destiné à éliminer les courants galvaniques corrosifs et qui est connecté en série entre 5 deux métaux différents plongés dans un môme électrolyte, le filtre ayant une impédance de moins de 0,1 ohm pour les courants alternatifs de 60 hertz et une impédance d'au moins 1000 ohms sous les tensions continues pouvant atteindre jusqu'à 0,9 volt, et qui est capable de laisser passer des courants de 10 court-circuit d'au moins 1000 ampères. 71 40754 7- 2113972 EE7ESI)IO AÎIOSS J[. Piltre de masse électrique pour bateaux alimentés par une source de courant alternatif basée à terre, l'installation comprenant des conducteurs d'électricité et un conducteur de masse pour relier la source d'électricité au bateau, ce fil-5 tre étant connecté en série avec le conducteur de mise à la masse, et ce filtre étant caractérisé en ce qu'il comprend une paire de redresseurs en série entre eux, une deuxième paire de redresseurs en série entre eux et de polarité inverse de ceux de la première paire, un dispositif capacitif, les deux paires 10 de redresseurs et le dispositif capacitif étant connectés électriquement parallèles entre eux. 2,. Piltre de masse électrique suivant la revendica tion 1, caractérisé en ce que le dispositif capacitif comprend deux condensateurs en série entre eux et de polarité inverse. 15 2* Piltre de masse électrique suivant la revendica tion 1, caractérisé en ce que les deux paires de redresseurs sont constituées par un dispositif semi-conducteur monobloc. £. Piltre de masse électrique destiné à éliminer les courants galvaniques corrosifs, le filtre étant connecté élec-20 triquement en série entre deux métaux différents plongés dans tui électrolyte commun, ce filtre étant caractérisé en ce qu'il présente -une impédance de moins de 0,1 ohm sous une tension alternative de 60 périodes et une impédance d'au moins 1000 ohms sous une tension pouvant atteindre jusqu'à 0,9 volt en courant 25 c ontinu. £. Piltre de masse électrique suivant la revendica tion 4, caractérisé en ce que le filtre est capable de laisser passer des courants de dérangement d'au moins 1000 ampères.