Brevet FR2705840A1 — publié le 19941202

"SYSTEME DE DELESTAGE ELECTRIQUE" La présente invention concerne un système de délestage électrique, s'appliquant à un ensemble d'appareils électriques, tels que des appareils d'éclairage ou de chauffage, alimentés en courant alternatif par une même ligne, la mise en oeuvre de ce système de délestage ne nécessitant pas la modification d'un câblage préexistant. D'une façon générale, l'intérêt d'un système de délestage électrique est de permettre, dans certaines circonstances, l'interruption sélective de l'alimentation de certains appareils électriques appartenant à un ensemble. Plus particulièrement, le système de délestage électrique objet de la présente invention s'avère intéressant dans le cas de câblages de longueurs moyennes, de l'ordre de quelques centaines de mètres, comme ceux de l'éclairage public urbain, ces câblages étant généralement souterrains et installés dans des tranchées, ce qui représente un investissement assez important. Dans ce domaine d'application, le système de délestage proposé par l'invention permet de commander par exemple, à une heure prédéterminée, telle que minuit, l'extinction d'un tiers des appareils d'éclairage, puis à une autre heure prédéterminée, telle que trois heures du matin, l'extinction d'un autre tiers des appareils d'éclairage, et enfin à la levée du jour l'arrêt total de l'éclairage. Toutefois ce domaine d'application n'est pas limitatif, et l'invention trouvera aussi un intérêt certain dans tous les cas où l'on veut étendre ou affiner les commandes d'un ensemble d'appareils électriques, tout en évitant de "recâbler" une installation électrique industrielle ou domestique existante. La mise en place d'un délestage partiel programmé à commande centralisée, sur une installation de chauffage électrique, constitue un exemple typique de cet autre domaine d'application. Pour atteindre les buts précédemment exposés, l'invention a essentiellement pour objet un système de délestage électrique, du genre indiqué en introduction, caractérisé en ce que - l'ensemble formé par le ou les conducteurs de phase et le conducteur neutre est couplé par l'intermédiaire d'un transformateur d'isolement à un circuit "amont" comportant un interrupteur général, le conducteur neutre étant ainsi rendu apte à être dynamiquement polarisé par rapport à la terre, - l'ensemble d'appareils électriques comprend un premier groupe d'appareils, dont chacun est monté directement entre un conducteur de phase et le conducteur neutre, et est alimenté par la fermeture de l'interrupteur général, - l'ensemble d'appareils électriques comprend au moins un autre groupe d'appareils, dont chacun est monté en série avec un contact d'un relais, chaque appareil avec son contact étant branché aussi entre un conducteur de phase et le conducteur neutre, tandis que chaque relais, situé sur le site de l'appareil correspondant, est en relation avec ce conducteur neutre, et - un dispositif de pilotage, comportant au moins un interrupteur de délestage, est prévu pour induire sélectivement sur le conducteur neutre des signaux de commande, de basse tension comparativement à la tension d'alimentation des appareils, qui activent les relais ou un groupe de relais associés à l'autre groupe ou à l'un des autres groupes d'appareils. Ainsi, une ligne équipée du système de délestage selon l'invention comprend un interrupteur général, et un ou deux interrupteurs de délestage qui pilotent des relais situés à distance. Les appareils électriques récepteurs, alimentés par la ligne concernée, bénéficient donc des commandes combinées des différents interrupteurs, ce système de délestage étant basé sur le principe du remplacement du neutre habituel (neutre "impédant" ou neutre "à la terre"), par un neutre "piloté", dynamiquement polarisé par rapport à la terre, ceci au moyen d'un transformateur d'isolement laissant le neutre d'origine matériellement inchangé mais lui permettant de véhiculer des signaux de commande, sous basse tension. L'originalité du système de délestage proposé réside ainsi dans la commande à distance obtenue sans ajouter de conducteur supplémentaire, et dans la commande de deux états pour chaque appareil avec des composants électriques passifs. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le dispositif de pilotage comprend un transformateur abaisseur de tension, monté en aval du transformateur d'isolement et ayant son secondaire relié au conducteur neutre par au moins une branche de circuit comportant un interrupteur de délestage, dont la fermeture autorise l'envoi de signaux de commande sur ledit conducteur neutre. Le transformateur abaisseur peut notamment fournir, à son secondaire donc sur le conducteur neutre, une tension de l'ordre du vingtième de la tension d'alimentation fournie par le transformateur d'isolement. Ainsi ce transformateur abaisseur permet d'injecter dans le conducteur neutre des signaux de commande de très basse tension, composés d'alternances de courant, et pouvant comporter sélectivement des alternances positives et/ou négatives, permettant d'atteindre sélectivement deux groupes d'appareils concernés par le délestage. Pour mettre en oeuvre cette dernière possibilité, il est prévu plus particulièrement, selon l'invention, que - le dispositif de pilotage comprend deux branches de circuit en parallèle, dont l'une comporte un premier interrupteur de délestage en série avec une diode, et l'autre comporte un second interrupteur de délestage en série avec une diode, les deux diodes étant montées en sens opposés, - un groupe d'appareils est associé à des relais dont les bobines sont montées en série avec des diodes respectives disposées de telle sorte que ces relais soient activés seulement par des signaux de commande sous forme d'alternances de courant de signe prédéterminé, émises sur le conducteur neutre en cas de fermeture du premier interrupteur de délestage, et - un autre groupe d'appareils est associé à des relais dont les bobines sont montées en série avec des diodes respectives disposées de telle sorte que ces relais soient activées seulement par des signaux de commande sous forme d'alternances de courant de signe prédéterminé, inverse du précédent, émises sur le conducteur neutre en cas de fermeture du second interrupteur de délestage. Si le conducteur neutre reçoit des alternances positives issues du transformateur abaisseur, tous les relais associés à un groupe d'appareils sont activés. A l'inverse, si le conducteur neutre reçoit des alternances négatives, tous les relais associés à l'autre groupe d'appareils sont activés. Les deux hypothèses précédentes peuvent être combinées, auquel cas tous ces appareils sont alimentés simultanément. Pour la mise en oeuvre pratique de l'invention, il suffit de disposer, au départ de la ligne, le transformateur d'isolement et un boîtier de pilotage qui renferme le transformateur abaisseur de tension et les interrupteurs de délestage, ainsi qu'un dispositif de surveillance et d'alarme surveillant l'excursion en tension du conducteur neutre. Sur chaque site comportant des appareils soumis au délestage, on dispose un boîtier de délestage qui contient deux relais, les boîtiers de délestage plus ou moins nombreux étant disposés de loin en loin le long de la ligne. Plus particulièrement, chaque boîtier de délestage renferme un premier relais dont la bobine est montée en série avec une diode, entre le conducteur neutre et la terre, et un second relais dont la bobine est montée en série avec une diode, entre le conducteur neutre et la terre, les deux diodes étant montées en sens opposés. Chaque boîtier de délestage renferme encore avantageusement un dispositif de protection. La configuration et les avantages du système de délestage électrique précédemment défini le rendent notamment applicable à une installation d'éclairage, plus particulièrement d'éclairage public, comprenant deux ou trois groupes d'appareils d'éclairage devant être alimentés simultanément ou sélectivement De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme particulière d'exécution de ce système de délestage électrique Figure 1 est une vue d'ensemble, sous forme de schéma électrique, d'un système de délestage conforme à la présente invention, appliqué à une installation d'éclairage public Figure 2 est un schéma électrique plus détaillé du boîtier de pilotage appartenant au système de figure 1 ; Figure 3 est un schéma électrique plus détaillé de l'un des boîtiers de délestage appartenant au même système. a figure 1 montre une installation d'éclairage public, qui comprend des lampes d'éclairage 1,2,3 etc... toutes branchées en parallèle entre un conducteur de phase 4 et un conducteur "neutre" 5 d'une même ligne, laquelle comprend encore un conducteur de "terre" 6 par rapport auquel le conducteur neutre 5 peut être dynamiquement polarisé. La ligne comporte encore un interrupteur général 7 et un transformateur d'isolement 8, situé entre la partie "amont" comportant l'interrupteur général 7 et la partie "aval" formée par les conducteurs 4 et 5. La lampe 1 est montée et alimentée directement entre les deux conducteurs 4 et 5. La lampe 2 est montée en série avec un contact 9 d'un relais 10, cette lampe 2 et le contact 9 associé étant branchés entre les deux conducteurs 4 et 5. De même, la lampe 3 est montée en série avec un contact 11 d'un autre relais 12, cette lampe 3 et le contact 11 associé étant branchés entre les conducteurs 4 et 5. Plus loin sur la ligne considérée, le même schéma se répète, avec d'autres lampes telles que la lampe 1, directement alimentée, et d'autres lampes telles que les lampes 2 et 3, auxquelles sont associés des relais supplémentaires. Du côté "amont", est disposé un boîtier de pilotage désigné dans son ensemble par le repère numérique 13, et représenté plus particulièrement sur la figure 2, qui comporte des bornes de branchement respectives pour le conducteur de phase 4, pour le conducteur neutre 5, pour le conducteur de terre 6 et pour deux interrupteurs de délestage décrits ci-après, soit au total cinq bornes. Dans le boîtier de pilotage 13, un transformateur abaisseur de tension 14 a son primaire branché entre les deux conducteurs 4 et 5 de la ligne, tandis que son secondaire est monté entre les conducteurs 5 et 6. Plus particulièrement, le secondaire du transformateur abaisseur 14 est relié au conducteur neutre 5 par un circuit se subdivisant en deux branches parallèles, dont l'une comporte un interrupteur 15 en série avec une première diode 16, et dont l'autre comporte aussi un interrupteur 17 en série avec une seconde diode 18, les deux diodes 16 et 18 étant montées en sens opposés. En ce qui concerne la tension, pour un réseau standard de 220 volts sur de moyennes longueurs, le transformateur abaisseur 14 peut fournir à son secondaire une tension de 12 volts. De façon plus générale, une tension au secondaire de l'ordre du vingtième de la tension d'alimentation donne le meilleur compromis ; ainsi, pour une tension d'alimentation de 5000 volts, le transformateur abaisseur 14 fournirait une tension d'environ 250 volts. Le boîtier de pilotage 13 est disposé dans le coffret électrique de départ qui contient aussi le transformateur d'isolement 8, ou à proximité de ce coffret électrique. Dans la pratique, le boîtier de pilotage 13 comporte encore des composants internes constituant un dispositif de surveillance et d'alarme 19, qui sert à surveiller l'excursion en tension du conducteur neutre 5, et à signaler tout défaut qui serait du à un court-circuit ou à une fuite au niveau de l'une des utilisations. En cas de défaut grave détecté par le dispositif 19, l'alimentation du transformateur abaisseur 14 peut être automatiquement interrompue. Au niveau de chaque paire de lampes telles que 2 et 3, soumises au délestage, il est prévu un boîtier de délestage désigné dans son ensemble par le repère numérique 20, et représenté plus particulièrement sur la figure 3, ce boîtier comportant des bornes de branchement respectives pour le conducteur neutre 5, pour le conducteur de terre 6, et pour les deux lampes 2 et 3, soit au total quatre bornes. Le boîtier de délestage 20 renferme les deux relais 10 et 12, associés respectivement aux deux lampes 1 et 2. La bobine du premier relais 10 est montée en série avec une diode 21, entre le conducteur neutre 5 et le conducteur de terre 6. De même, la bobine du second relais 12 est montée en série avec une autre diode 22, entre le conducteur neutre 5 et le conducteur de terre 6. Les deux diodes 21 et 22 sont montées en sens opposés. Les relais 10 et 12 sont des relais continus comportant chacun, en parallèle avec la bobine, un condensateur électrochimique (non représenté) destiné à lisser la tension de commande qui peut osciller à une fréquence de 100 Hertz. Des boîtiers de délestage 20, tels que celui décrit ci-dessus, sont placés de loin en loin le long de la ligne, en correspondance avec les lampes concernées par le délestage. Chaque boîtier de délestage 20 comporte encore, avantageusement, un dispositif de protection 23, qui protège ce boîtier 20 en cas de défaut sur la ligne. D'une façon générale, le boîtier de pilotage 13 permet d'émettre sélectivement, sur le conducteur neutre 5, des signaux de commande de très basse tension composés par des alternances positives et/ou négatives, issues du secondaire du transformateur abaisseur 14. En chaque point d'utilisation, le boîtier de délestage 20 répond de façon sélective à ces signaux de commande, grâce à ses deux relais 10 et 12 et à ses diodes 21 et 22, pour autoriser ou non l'alimentation des lampes 2 et/ou 3. D'une manière plus détaillée, le fonctionnement du système de délestage s'établit comme suit Dans une première hypothèse, l'interrupteur général 7 est fermé, et les deux interrupteurs 15 et 17 du boîtier de pilotage 13 sont ouverts. Aucun signal de commande n'est alors induit sur le conducteur neutre 5, et les relais 10 et 12 ne sont pas excités, de sorte que leurs contacts respectifs 9 et 11 conservent leur position de repos ouverte. La lampe 1 est alors alimentée, mais les autres lampes 2 et 3 restent éteintes. Dans une deuxième hypothèse, l'interrupteur général 7 est fermé, de même que l'interrupteur 15 du boîtier de pilotage 13, mais l'autre interrupteur 17 de ce boîtier 13 reste ouvert. Comme précédemment, la lampe 1 est alors alimentée. La fermeture de l'interrupteur 15 associé à la diode 16 provoque, sur le conducteur neutre 5, l'émission d'un signal de commande sous forme d'alternances de signe déterminé, par exemple positif, par rapport à la terre. Compte tenu du montage des diodes 21 et 22, le signal de commande excite le premier relais 10 associé à la lampe 2, mais ne peut traverser le second relais 12 associé à la lampe 3. Le contact 9 du premier relais 10 se ferme alors, et la lampe 2 est alimentée. L'autre lampe 3 reste éteinte, le contact 11 correspondant restant ouvert. Dans une troisième hypothèse, l'interrupteur général 7 est fermé, l'interrupteur 15 est ouvert, et l'interrupteur 17 est fermé. La fermeture de ce dernier interrupteur 17, associé à la diode 18, provoque sur le conducteur neutre 5 l'émission d'un signal de commande sous forme d'alternances de signe opposé à l'hypothèse précédente, par exemple de signe négatif. Au niveau du boîtier de délestage 20, le fonctionnement est alors l'inverse de celui précédemment décrit : le contact 9 du premier relais 10 reste ouvert, tandis que le contact 11 du second relais 12 se ferme. Ainsi, la lampe 2 reste éteinte, alors que la lampe 3 est alimentée, la lampe 1 étant de toute façon alimentée. Dans une quatrième hypothèse, les trois interrupteurs 7,15 et 17 sont fermés. Les alternances des deux signes sont alors transmises sur le conducteur neutre 5, et elles activent respectivement les deux relais 10 et 12, dont les contacts respectifs 9 et 11 se ferment. Toutes les lampes 1,2 et 3 sont ainsi alimentées simultanément. Bien entendu, dans une dernière hypothèse, si l'interrupteur général 7 est ouvert, et quel que soit l'état des deux interrupteurs de délestage 15 et 17, toutes les lampes 1,2 et 3 restent éteintes. Ainsi, selon les hypothèses, le conducteur neutre 5 est tantôt libre de tension, mais chargé à la terre par les impédances parallèles des boîtiers de délestage 20, tantôt parcouru d'alternances de courant toutes de même signe, positives ou négatives selon le cas, tantôt enfin parcouru par un courant alternatif composé de la superposition des alternances positives et négatives. Bien entendu, les fonctionnements détaillés ci-dessus pour les trois lampes 1, 2 et 3 se répètent pour toutes les autres lampes branchées et commandées de façon identique. Ainsi, selon les états des deux interrupteurs de délestage 15 ou 17, on peut alimenter soit un seul groupe de lampes qui est "prioritaire" (comprenant toutes les lampes directement alimentées, telles que la lampe 1), soit deux groupes de lampes (comme toutes les lampes 1 et 2, ou toutes les lampes 1 et 3), soit l'ensemble des lampes 1,2 et 3. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce système de délestage électrique qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. Ainsi, l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention par des modifications de détail, des adaptations ou des compléments apportés aux circuits électriques, et notamment par l'adjonction de composants supplémentaires ayant une fonction de sécurité pour l'installation et ses utilisateurs. La réalisation monophasée, décrite ici comme exemple simple de mise en oeuvre de l'invention, est évidemment transposable à une installation triphasée, avec les adaptations nécessaires (en particulier : utilisation d'un transformateur d'isolement triphasé). La réalisation précédemment décrite, de type essentiellement électrique avec envoi de signaux positifs ou négatifs à des relais, peut aussi évoluer avantageusement vers une réalisation électronique de ce système de délestage, dans laquelle un dispositif de pilotage électronique émet des signaux codés, notamment sous forme d'informations binaires, pouvant piloter sélectivement de nombreux relais répartis sur la ligne concernée, aux points de distribution, ces signaux codés étant toujours véhiculés par le conducteur neutre 5. Dans ce cas, il suffit de disposer entre le conducteur neutre 5 et le conducteur de terre 6 une interface de puissance qui est l'étage de sortie d'un modem. Les signaux de commande codés transmis en série peuvent ainsi se présenter sous forme d'octets, qui représentent l'adresse d'un appareil sélectionné, ainsi que son état souhaité (marche ou arrêt). Le système de délestage, appliqué dans l'exemple décrit à des lampes d'éclairage public réparties en trois groupes est adaptable sans difficultés à une installation d'éclairage dont les lampes seraient réparties en deux groupes seulement. Les divers interrupteurs du système peuvent être commandés manuellement, ou automatiquement au moyen d'une horloge ou autre, selon les applications envisagées. Naturellement, ces applications ne se limitent pas à l'éclairage public, et englobent tout ensemble d'appareils électriques récepteurs, par exemple des appareils de chauffage, dans des utilisations collectives ou domestiques. Un même système de délestage peut contrôler des appareils tous identiques ou de nature distincte, par exemple des lampadaires d'une part et des panneaux lumineux d'autre part ; ainsi, il devient possible d'alimenter sur la même ligne un éclairage public de rues durant toute la nuit, et de commander des panneaux lumineux de signalisation, placés devant les écoles, seulement aux heures d'entrée et de sortie d'école, les deux commandes pouvant être simultanées notamment en hiver. REVENDICATIONS 1. Système de délestage électrique, s'appliquant à un ensemble d'appareils électriques (1,2,3), tels que des appareils d'éclairage ou de chauffage, alimentés en courant alternatif par une même ligne comprenant au moins un conducteur de phase (4) et un conducteur neutre (5), caractérisé en ce que - l'ensemble formé par le ou les conducteurs de phase (4) et le conducteur neutre (5) est couplé par l'intermédiaire d'un transformateur d'isolement (8) à un circuit "amont" comportant un interrupteur général (7), le conducteur neutre (5) étant ainsi rendu apte à être dynamiquement polarisé par rapport à la terre (6), - l'ensemble d'appareils électriques comprend un premier groupe d'appareils (1), dont chacun est monté directement entre un conducteur de phase (4) et le conducteur neutre (5), et est alimenté par la fermeture de l'interrupteur général (7), - l'ensemble d'appareils électriques comprend au moins un autre groupe d'appareils (2,3), dont chacun est monté en série avec un contact (9,11) d'un relais (10,12), chaque appareil (2,3) avec son contact (9,11) étant branché aussi entre un conducteur de phase (4) et le conducteur neutre (5), tandis que chaque relais (10,12), situé sur le site de l'appareil (2,3) correspondant, est en relation avec ce conducteur neutre (5), et - un dispositif de pilotage (13), comportant au moins un interrupteur de délestage (15,17), est prévu pour induire sélectivement sur le conducteur neutre (5) des signaux de commande, de basse tension comparativement à la tension d'alimentation des appareils (1,2,3), qui activent les relais ou un groupe de relais (10,12) associés à l'autre groupe ou à l'un des autres groupes d'appareils (2,3). 2. Système de délestage électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de pilotage (13) comprend un transformateur abaisseur de tension (14), monté en aval du transformateur d'isolement (8) et ayant son secondaire relié au conducteur neutre (5) par au moins une branche de circuit comportant un interrupteur de délestage (15,17), dont la fermeture autorise l'envoi de signaux de commande sur ledit conducteur neutre (5). 3. Système de délestage électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que - le dispositif de pilotage (13) comprend deux branches de circuit en parallèle, dont l'une comporte un premier interrupteur de délestage (15) en série avec une diode (16), et l'autre comporte un second interrupteur de délestage (17) en série avec une diode (18), les deux diodes (16,18) étant montées en sens opposés, - un groupe d'appareils (2) est associé à des relais (10) dont les bobines sont montées en série avec des diodes respectives (21) disposées de telle sorte que ces relais (10) soient activés seulement par des signaux de commande sous forme d'alternances de courant de signe prédéterminé, émises sur le conducteur neutre (5) en cas de fermeture du premier interrupteur de délestage (15), et - un autre groupe d'appareils (3) est associé à des relais (12) dont les bobines sont montées en série avec des diodes respectives (22) disposées de telle sorte que ces relais (12) soient activés seulement par des signaux de commande sous forme d'alternances de courant de signe prédéterminé, inverse du précédent, émises sur le conducteur neutre (5) en cas de fermeture du second interrupteur de délestage (17). 4. Système de délestage électrique selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le transformateur abaisseur de tension (14) est prévu pour fournir, à son secondaire donc sur le conducteur neutre (5), une tension de l'ordre du vingtième de la tension d'alimentation fournie par le transformateur d'isolement (8). 5. Système de délestage électrique selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le dispositif de pilotage est réalisé sous la forme d'un boîtier de pilotage (13) renfermant, outre le transformateur abaisseur de tension (14) et les interrupteurs de délestage (15, 17), un dispositif de surveillance et d'alarme (19) surveillant l'excursion en tension du conducteur neutre (5). 6. Système de délestage électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que les relais (10,12) sont associés deux par deux, dans des boîtiers de délestage (20) situés sur le site des appareils (2,3) correspondants et renfermant, chacun, un premier relais (10) dont la bobine est montée en série avec une diode (21), entre le conducteur neutre (5) et la terre (6), et un second relais (12) dont la bobine est montée en série avec une diode (22), entre le conducteur neutre (5) et la terre (6), les deux diodes (21,22) étant montées en sens opposés. 7. Système de délestage électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque boîtier de délestage (20) renferme encore un dispositif de protection (23). 8. Système de délestage électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de pilotage (13) est prévu pour induire sur le conducteur neutre (5) des signaux de commande codés, notamment sous forme d'informations binaires, pouvant piloter sélectivement les relais, ces signaux de commande codés représentant l'adresse d'un appareil sélectionné et son état souhaité. 9. Système de délestage electrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par son application à une installation d'éclairage, notamment d'éclairage public, comprenant deux ou trois groupes d'appareils d'éclairage (1,2,3) devant être alimentés simultanément ou sélectivement.