Brevet FR2811819A1 — publié le 20020118

La présente invention concerne le domaine technique de la protection contre la foudre d'installations électriques diverses, raccordées à un réseau d'alimentation électrique. En effet, il est connu que lors d'un impact de foudre sur les fils aériens d'un réseau électrique, il est existe un risque non négligeable de détérioration de l'installation ou des installations électriques raccordées à ce réseau. Afin d'éviter ces risques de détérioration, en cas d'impact de foudre, il est connu de mettre en oeuvre des dispositifs de protection, tels que des disjoncteurs, des parafoudres ou des éclateurs. Ces dispositifs le plus généralement passifs, permettent dans certains cas, lorsque l'énergie de l'impact est en relation avec leur capacité de protection, d'empêcher une détérioration de l'installation électrique connectée au réseau. Toutefois, de tels dispositifs présentent l'inconvénient de se détériorer au fur et à mesure de leur mise en oeuvre et donc de présenter une durée de vie limitée dans le temps, de sorte qu'il est nécessaire de les changer régulièrement. De plus, lorsque le niveau de l'impact de foudre est supérieur à leur capacité de protection, ils ne sont plus en mesure de protéger convenablement l'installation raccordée au réseau électrique. Il apparaît donc le besoin de disposer d'un nouveau procédé de protection contre la foudre d'une installation électrique qui soit à même d'assurer une protection efficace de l'installation, quel que soit le niveau d'énergie de la foudre. Afin d'atteindre cet objectif, l'invention propose un nouveau procédé de protection contre la foudre d'une installation électrique raccordée au moins à un réseau d'alimentation électrique. Selon l'invention, le procédé de protection consiste notamment à: surveiller automatiquement l'activité électromagnétique atmosphérique, lorsque l'activité électromagnétique dépasse un niveau dit d'alerte, déconnecter automatiquement l'installation électrique du réseau en établissant un espace suffisant entre le réseau et le circuit d'alimentation de l'installation pour éviter toute formation d'arc électrique entre le réseau et l'installation en cas d'impact de foudre sur le réseau d'alimentation électrique. Un autre objectif de l'invention est de proposer un nouveau dispositif de protection d'une installation électrique qui présente une durée de vie élevée et qui ne se détériore pas au fur et à mesure de sa mise en oeuvre. Afin d'atteindre cet objectif, l'invention concerne également un dispositif de protection contre la foudre d'une installation électrique raccordée au moins à un réseau d'alimentation électrique. Selon l'invention, le dispositif de protection comprend - des moyens de surveillance automatique de l'activité électromagnétique atmosphérique, un circuit d'alimentation principale comprenant des moyens dits d'arrivée pour un raccordement du réseau électrique, d'une part, et des moyens dits de sortie, pour un raccordement à l'installation électrique, d'autre part, - des moyens asservis d'ouverture et de fermeture du circuit d'alimentation, - et une unité de commande qui est raccordée * aux moyens de surveillance, * et aux moyens asservis d'ouverture, et qui est programmée pour, lorsque l'activité électromagnétique dépasse une valeur d'alerte, commander l'ouverture du circuit d'alimentation par les moyens asservis, afin de déconnecter l'installation du réseau électrique en établissant dans le circuit d'alimentation, un espace suffisant pour éviter toute formation d'arc électrique en cas d'impact de foudre sur le réseau électrique. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite cidessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention. La fig. I est une vue schématique d'un dispositif de protection contre la foudre d'une installation électrique conforme à l'invention. La fig. 2 est une vue schématique d'un élément constitutif du dispositif selon l'invention. Un dispositif conforme à l'invention, tel qu'illustré à la fig. 1 et désigné dans son ensemble par la référence 1, est destiné à assurer la protection d'une installation électrique 2 raccordée à un réseau d'alimentation électrique 3 contre les impacts de foudre susceptibles d'intervenir sur ce réseau 3. Afin d'assurer cette fonction de protection, le dispositif 1 est destiné à venir s'interposer entre l'installation électrique 2 et le réseau d'alimentation 3. Ainsi, le dispositif I comprend un circuit d'alimentation principale 5 comprenant, d'une part, des moyens dits d'arrivée 6 pour un raccordement au réseau électrique 3 et, d'autre part, des moyens 7 dits de sortie, pour un raccordement à l'installation électrique 2. Les moyens de raccordement 6 et 7 sont, par exemple, constitués chacun par un bornier présentant autant de bornes que nécessaire, par exemple deux dans le cas d'une alimentation monophasée et quatre dans le cas d'une alimentation triphasée. Selon une caractéristique essentielle de l'invention et afin d'assurer sa fonction de protection, le dispositif 1 comprend également des moyens asservis 10 d'ouverture et de fermeture du circuit d'alimentation 5. Les moyens asservis 10 peuvent être réalisés de toute manière appropriée. Selon une forme préférée mais non strictement nécessaire, les moyens asservis 10 comprennent un contacteur 1l et un sectionneur asservi 12 montés en série sur le circuit d'alimentation 5. Le sectionneur 12 est, de préférence mais non nécessairement, interposé entre le contacteur 11 et le réseau 3. Le contacteur 11 présente alors une capacité de coupure en rapport avec la puissance absorbée par l'installation électrique 2. Les moyens asservis 10 d'ouverture et de fermeture du circuit d'alimentation sont raccordés par une ligne 14 à une unité de commande 15 dont la fonction ressortira de la suite de la description. Selon l'exemple illustré, l'unité de commande 15 est plus particulièrement raccordée au contacteur 11 et au sectionneur asservi 12 par des lignes respectivement 141 et 142. Afin de pouvoir évaluer les risques d'impact de foudre sur le réseau d'alimentation 3, le dispositif I comprend, en outre, des moyens 20 de surveillance de l'activité électromagnétique atmosphérique. Les moyens 20 sont connus de l'homme du métier et ne nécessitent donc pas de plus amples descriptions. A titre indicatif, il est possible d'indiquer que les moyens 20 sont raccordés à une antenne ferrite 21 placée à distance du dispositif I et de préférence, à l'extérieur de l'installation électrique 2. Les moyens de surveillance 20 sont également raccordés par une ligne 22 à l'unité de commande 15. Le dispositif de protection dans sa forme de réalisation la plus simple, telle que décrite ci-dessus, fonctionne de la manière suivante. Lorsque l'activité électromagnétique surveillée par les moyens 20, dépasse un niveau dit d'alerte, identifié par l'unité 15, cette dernière commande l'ouverture du circuit d'alimentation par les moyens asservis 10. Cette ouverture du circuit 5 permet alors d'isoler physiquement l'installation électrique 2 du réseau d'alimentation 3 en établissant, dans le circuit d'alimentation 5, un espace dit de sécurité, suffisant pour éviter toute formation d'arc électrique entre l'installation 2 et le réseau 3 en cas d'impact de foudre sur le réseau électrique 3. Selon l'exemple illustré, l'ouverture du circuit 5 est pilotée par l'unité de commande 15 en faisant intervenir, tout d'abord, une déconnexion de l'installation 2 du réseau 3 par une ouverture du contacteur 11, suivie de l'ouverture du sectionneur 12, afin d'établir l'espace de sécurité. La déconnexion de l'installation 2 du réseau électrique 3 par le contacteur 11 présente l'avantage d'éviter toute apparition d'arc électrique lors de l'ouverture du sectionneur 12. Lorsque l'activité électromagnétique redescend en dessous du niveau d'alerte, l'unité de commande 15 pilote les moyens asservis 10 en fermeture du circuit d'alimentation 5. Cette fermeture du circuit d'alimentation 5 fait tout d'abord, intervenir la fermeture du sectionneur 12, puis la fermeture du contacteur 11, afin de connecter l'installation électrique 2 au réseau d'alimentation 3. Cette fermeture du circuit d'alimentation 5 peut être effectuée dès que l'activité électromagnétique atmosphérique redescend en dessous du niveau d'alerte ou après une durée de temporisation prédéfinie. Il est également possible d'envisager un fonctionnement du dispositif de protection 1 qui fait intervenir une fermeture du circuit d'alimentation 5 après une durée d'ouverture donnée et ce indépendamment du niveau de l'activité électromagnétique atmosphérique. Si l'installation électrique 2 est raccordée à la terre 24, il peut apparaître souhaitable de déconnecter l'installation 2 de la terre en cas de risque d'impact de foudre. A cette fin, le dispositif 1 comprend également un circuit de terre 25 équipé de moyens asservis 26 d'ouverture et de fermeture du circuit de terre 25. Les moyens asservis 26 sont raccordés par une ligne 27 à l'unité de commande 15 qui en pilote le fonctionnement, de manière que le circuit de terre 25 est ouvert lorsque le circuit d'alimentation 5 est ouvert, et le circuit de terre 25 est fermé lorsque le circuit d'alimentation 5 est fermé. Ainsi, l'unité de commande 15 assure l'ouverture du circuit de terre 25 lorsque l'activité électromagnétique atmosphérique dépasse le niveau d'alerte. Si l'installation électrique 2 est raccordée à un réseau de télécommunication filaire 30, le dispositif de protection 1 peut également comprendre un circuit de télécommunication 31 destiné à être interposé entre l'installation 2 et le réseau 30. Le circuit 31 est alors pourvu de moyens asservis d'ouverture et de fermeture 32, raccordés à l'unité de commande 15 par une ligne 33. L'unité 15 commande alors l'ouverture des moyens 32, lorsque l'activité électromagnétique atmosphérique dépasse le niveau d'alerte. De manière préférée, l'unité de commande 15 pilote les moyens 32 d'ouverture et de fermeture du circuit de télécommunication 31, de manière que le circuit 31 est ouvert lorsque le circuit d'alimentation 5 est ouvert et fermé quand le circuit d'alimentation 5 est fermé. Selon une variante de réalisation du dispositif de protection 1, ce dernier peut comprendre des moyens de télécommunication 35 hertziens ou raccordés au réseau filaire 30 de télécommunication. Les moyens 35 sont, en outre, raccordés par une ligne 36 à l'unité de commande 15 qui est programmée pour transmettre des informations aux moyens de communication 35 et pour modifier son fonctionnement en fonction d'informations reçues par les moyens de communication 35. Dans certains cas d'utilisation, il peut apparaître souhaitable que le fonctionnement de l'installation électrique 2 soit maintenu même en cas de déconnexion du réseau d'alimentation 3. A cette fin, le dispositif de protection 1 conforme à l'invention peut comprendre un circuit 40 d'alimentation auxiliaire ou de secours destiné à être raccordé, d'une part, à une source autonome d'électricité 41 et, d'autre part, à l'installation électrique 2. Le circuit d'alimentation de secours 40 est, par ailleurs, pourvu de moyens d'ouverture et de fermeture 42 raccordés par une ligne 43 à l'unité de commande 15. Ainsi, lorsque l'unité de commande 15 commande l'ouverture du circuit d'alimentation principale 5, elle commande par les moyens 42, la fermeture du circuit d'alimentation auxiliaire 40, de sorte que la continuité du fonctionnement de l'installation 2 est assurée par l'électricité fournie par la source autonome 41. Le dispositif de protection 1 peut alors comprendre, en outre, des moyens 44 de surveillance de l'autonomie de la source 41. Les moyens 44 sont raccordés par une ligne 45 à l'unité de commande 15 qui peut alors être programmée de manière que lorsque l'autonomie de la source d'électricité 41 descend en dessous d'un niveau de sécurité, la fermeture du circuit d'alimentation 5 soit assurée et ceci indépendamment du niveau de l'activité électromagnétique atmosphérique, afin que le fonctionnement de l'installation électrique 2 ne soit pas interrompu. Un tel mode de programmation de l'unité de commande 15 peut, notamment, être mis en oeuvre lorsque l'installation électrique 2 contribue à la sécurité des personnes, de sorte que le risque de détérioration par la foudre ne prévaut pas sur la fonction de sécurité de l'installation 2. La source autonome 41 peut être réalisée de toute manière appropriée, telle que par exemple par un groupe électrogène ou encore par un système de batterie. Dans ce dernier cas, l'unité de commande 15 peut être programmée pour assurer périodiquement une alimentation de l'installation 2 par le système de batteries indépendamment de tout risque d'impact de foudre. L'unité 15 commande alors périodiquement l'ouverture du circuit d'alimentation principale 5 et la fermeture du circuit d'alimentation de secours 40, afin de faire intervenir des cycles de charge et de décharge du système de batterie. Par ailleurs, de manière préférée, le dispositif de sécurité I comprend une batterie 48 destinée à permettre le fonctionnement des différents éléments constitutifs du dispositif I indépendamment de toute alimentation électrique extérieure. La batterie 48 est raccordée par une ligne 49 à l'unité de commande 15. Comme cela a été précisé précédemment, le sectionneur 12 constitutif des moyens asservis d'ouverture et de fermeture 10 du circuit d'alimentation 5 peut être réalisé de toute manière appropriée. Selon une forme préférée de réalisation plus particulièrement illustrée à la fig. 2, le sectionneur 12 comprend, d'une part, une barre de contacts fixes 50 raccordés à une partie du circuit 5 d'alimentation principale et, d'autre part, une barre de contacts mobiles 51 portés par un vérin électrique 52 et raccordés à une autre partie du circuit 5 d'alimentation principale. Le vérin 52 est raccordé par une ligne 53, à l'unité de commande 15 qui en pilote le fonctionnement. Ainsi, la barre mobile 51 est déplacée par le vérin 52 en translation entre une position A de fermeture du circuit 5, telle qu'illustrée en traits plats à la fig. 2, et une position B d'ouverture, telle qu'illustrée en traits mixtes à cette même fig. 2. En position d'ouverture, les contacts fixes et mobiles 50 et 51 sont, de préférence, éloignés d'une distance de 100 mm ou plus, permettant d'éviter tout risque d'apparition d'arc électrique entre les contacts des barres 50 et 51 en cas d'impact de foudre sur le réseau électrique. Dans la mesure o le dispositif de protection conforme à l'invention 1 met en oeuvre un circuit de terre 25 et/ou un circuit de télécommunication 31, le sectionneur 12 peut également assurer une fonction d'ouverture et de fermeture commandée par l'unité 15 de ces circuits de communication 31 et de terre 25. Bien entendu, les barres 50 et 51 présentent alors autant de contacts que nécessaire pour assurer une ouverture et une fermeture de ces circuits. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS I -Procédé de protection contre la foudre d'une installation électrique (2) raccordée au moins à un réseau (3) d'alimentation électrique, caractérisé en ce qu'il consiste notamment à: - surveiller automatiquement l'activité électromagnétique atmosphérique, - lorsque l'activité électromagnétique dépasse un niveau dit d'alerte, déconnecter automatiquement l'installation électrique (2) du réseau (3) en établissant un espace suffisant entre le réseau et le circuit (5) d'alimentation de l'installation pour éviter toute formation d'arc électrique entre le réseau (3) et l'installation (2) en cas d'impact de foudre sur le réseau d'alimentation électrique (3). 2-Procédé de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste, lorsque l'activité électromagnétique atmosphérique dépasse le niveau d'alerte, à déconnecter automatiquement l'installation électrique (2) du circuit de terre (24) en établissant un espace suffisant entre l'installation (2) et le circuit de terre (24) pour éviter toute formation d'arc électrique. 3 -Procédé de protection selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste pour déconnecter l'installation électrique (2) du réseau d'alimentation (3), tout d'abord, à couper automatiquement l'alimentation de l'installation par le réseau, puis à ouvrir automatiquement le circuit (5) raccordant le réseau à l'installation en établissant un espace suffisant entre l'installation et le réseau pour éviter toute formation d'arc électrique entre le réseau (3) et l'installation (2) en cas d'impact de foudre sur le réseau d'alimentation électrique (3). 4 -Procédé de protection selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste - pour couper automatiquement l'alimentation de l'installation par le réseau, à mettre en oeuvre un contacteur asservi, - et pour ouvrir automatiquement le circuit d'alimentation, à mettre en oeuvre un sectionneur (12) asservi. - Procédé de protection selon l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce qu'il consiste lorsque l'installation (2) est déconnectée du réseau électrique (3), à alimenter l'installation au moyen d'une source autonome d'électricité (41) . 6 -Procédé de protection selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il consiste à - mettre en oeuvre, en tant que source autonome d'électricité (41), un système de batterie électrique, - et, lorsque le niveau de charge du système de batterie (41) descend en dessous d'un seuil de sécurité, reconnecter automatiquement l'installation électrique (2) au réseau d'alimentation (3) indépendamment du niveau de l'activité électromagnétique atmosphérique. 7 - Procédé de protection selon l'une des revendications I à 6, caractérisé en ce qu'il consiste après une déconnexion du réseau d'alimentation électrique, à reconnecter l'installation au réseau indépendamment du niveau de l'activité électromagnétique atmosphérique et, le cas échéant, déconnecter automatiquement l'installation (2) de la source autonome d'électricité (41) et/ou reconnecter automatiquement l'installation (2) au circuit de terre. 8 -Procédé de protection selon l'une des revendications I à 6, caractérisé en ce qu'il consiste, lorsque le niveau d'activité électromagnétique atmosphérique redevient inférieur au niveau d'alerte, à reconnecter automatiquement l'installation du réseau électrique et, le cas échéant, déconnecter automatiquement l'installation de la source autonome d'électricité et/ou reconnecter automatiquement l'installation au circuit de terre. 9 -Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il consiste lors de la déconnexion de l'installation du réseau électrique, à déconnecter également l'installation (2) d'un réseau filaire (30) de communication et, le cas échéant, lors de la reconnexion de l'installation au réseau électrique, à reconnecter l'installation (2) au réseau (30) de communication. 10 - Dispositif de protection contre la foudre d'une installation électrique raccordée au moins à un réseau d'alimentation électrique, caractérisé en ce qu'il comprend: - des moyens (20) de surveillance automatique de l'activité électromagnétique atmosphérique, - un circuit (5) d'alimentation principale comprenant des moyens (6) dits d'arrivée pour un raccordement du réseau électrique (3), d'une part, et des moyens (7) dits de sortie, pour un raccordement à l'installation électrique (2), d'autre part, - des moyens asservis (10) d'ouverture et de fermeture du circuit d'alimentation, - et une unité de commande (15) qui est raccordée: * aux moyens de surveillance (20), * et aux moyens asservis (10) d'ouverture et de fermeture, et qui est programmée pour, lorsque l'activité électromagnétique dépasse un niveau d'alerte, commander l'ouverture du circuit d'alimentation (5) par les moyens asservis, afin de déconnecter l'installation (2) du réseau électrique (3) en établissant dans le circuit d'alimentation (5), un espace suffisant pour éviter toute formation d'arc électrique en cas d'impact de foudre sur le réseau électrique. I - Dispositif de protection selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend: - un circuit de terre (25) destiné à être raccordé, d'une part, à l'installation (2) et, d'autre part, à la terre (24), - des moyens asservis (26) d'ouverture et de fermeture du circuit de terre pilotés par l'unité de commande (15) pour ouvrir le circuit de terre (25). lorsque l'activité électromagnétique atmosphérique dépasse le niveau d'alerte. 12 - Dispositif de protection selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce qu'il comprend: - un circuit de télécommunication (31) destiné à être raccordé à un réseau de télécommunication filaire (30), et des moyens asservis (32) d'ouverture et de fermeture du circuit de télécommunication piloté par l'unité de commande (15) pour ouvrir le circuit de télécommunication (31), lorsque l'activité électromagnétique atmosphérique dépasse le niveau d'alerte. 13 - Dispositif de protection selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit (40) d'alimentation de secours, destiné à raccorder Il l'installation (2) à une source autonome d'électricité (41) et pourvu de moyens asservis (42) pilotés par l'unité de commande (15) pour connecter l'installation (2) à la source autonome d'électricité (41), lorsque le circuit d'alimentation principale est ouvert. 14- Dispositif de protection selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (44) de surveillance automatique de l'autonomie de la source d'électricité (41), raccordés à l'unité de commande (15) qui est programmée pour, lorsque l'autonomie de la source d'électricité descend au dessous d'un seuil de sécurité, fermer le circuit d'alimentation principale (5) et reconnecter I'installation (2) au réseau électrique (3) indépendamment du niveau de l'activité électromagnétique atmosphérique. - Dispositif de protection selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que l'unité de commande (15) est programmée pour ouvrir périodiquement le circuit (5) d'alimentation principale et fermer le circuit (40) d'alimentation de secours, afin de solliciter périodiquement la source autonome d'électricité (41). 16 -Dispositif de protection selon l'une des revendications 10 à 15, caractérisé en ce que l'unité de commande (15) est programmée pour, après une durée d'ouverture donnée et indépendamment du niveau de l'activité électromagnétique atmosphérique, fermer le circuit (5) d'alimentation principale et, le cas échéant, fermer les circuits de terre (25) et/ou de télécommunication (31) et ouvrir le circuit (40) d'alimentation de secours. 17 - Dispositif de protection selon l'une des revendications 10 à 15, caractérisé en ce que l'unité de commande (15) est programmée pour, lorsque l'activité électromagnétique atmosphérique est inférieure au niveau d'alerte, fermer le circuit d'alimentation principale et, le cas échéant, fermer les circuits de terre et/ou de télécommunication et ouvrir le circuit d'alimentation de secours. 18 - Dispositif de protection selon l'une des revendications 10 à 17, caractérisé en ce que les moyens asservis (10) d'ouverture et de fermeture du circuit (5) d'alimentation principale comprennent un contacteur (11) piloté par l'unité de commande (15) et monté en série avec un sectionneur asservi (12) piloté par l'unité de commande (15) qui est programmée pour assurer l'ouverture du circuit (5) d'alimentation principale, en ouvrant tout d'abord le contacteur (11), puis le sectionneur (12). 19- Dispositif de protection selon la revendication 18, caractérisé en ce que le sectionneur (12) comprend une barre (50) de contacts fixes et une barre (51) de contacts mobiles déplacée en translation entre une position d'ouverture (A) et une position de fermeture (B) par un vérin (52) piloté par l'unité de commande (15). - Dispositif de protection selon l'une des revendications 10 à 19, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (35) de transmission et de réception d'informations, raccordés à l'unité de commande (15) qui est programmée pour transmettre des informations et pour modifier son fonctionnement en fonction d'informations reçues.