Brevet FR2902944A1 — publié le 20071228

La présente invention concerne un arrangement pour l'alimentation électrique de charges monophasées à partir d'un réseau triphasé. La distribution d'électricité pour les clients domestiques est effectuée couramment au moyen de réseaux basse tension en courant alternatif triphasé. Les lignes sont alors généralement équipées de 4 conducteurs dont un fil de neutre et 3 fils de phases. Les tensions des 3 phases par rapport au neutre présentent des valeurs moyennes égales et sont en déphasage de 120 degrés. Les clients qui souscrivent un abonnement électrique en monophasé sont alors alimentés par le conducteur de neutre et l'un des conducteurs de phase comme le montre la figure 1. Dans les zones où la densité de population est faible, le coût d'entretien et de renouvellement des ouvrages de distribution électrique est important au regard des quantités d'électricité qui y circulent. Il est donc fréquent de constater la présence de lignes vétustes ou encore équipées de conducteurs de faibles sections. Les abonnés connectés à ces réseaux sont alors souvent soumis à des chutes de tension lorsque des courants importants sont appelés par eux-même ou par d'autres abonnés. Ces chutes de tension sont essentiellement le résultat de la résistance des conducteurs électriques du réseau de distribution basse tension. L'amélioration de la qualité de livraison de l'électricité peut être obtenue par le renforcement du réseau en place, c'est à dire l'augmentation de la section des conducteurs de ces lignes. Mais le coût de cette opération est important, et son financement est difficile lorsque le nombre d'abonnés concernés est très réduit. La présente invention propose une solution économique permettant d'alimenter des clients monophasés à partir d'un réseau triphasé tout en limitant les chutes de tension subies par ces clients lorsqu'ils appellent des courants importants. L'on connaît déjà des solutions telles que le dispositif de conversion d'une source triphasée en une alimentation monophasée selon le brevet d'invention FR0214461, les solutions tournantes pour lesquelles un moteur triphasé entraîne un moteur monophasé ou encore les solutions à base d'onduleurs statiques à semi conducteurs. Toutes les solutions mentionnées ci dessus présentent des coûts de 35 réalisation bien supérieurs à ceux de la présente invention lorsqu'il s'agit de réduire les chutes de tension d'un facteur 2 à 3. De plus, ces solutions comportent un nombre de composants plus élevés, des pièces en mouvement, ou encore des éléments à base de semi conducteurs, ce qui tend à réduire la fiabilité de ces dispositifs. La durée de vie est un critère essentiel de choix lorsqu'il est question d'installations électriques de distribution, soumises à des contraintes extérieures strictes comme les températures extrêmes et la foudre. L'invention est maintenant expliquée en détail par la description du mode de branchement du transformateur (1), en référence au dessin annexé. La figure 2 représente un mode de branchement du transformateur (1) au réseau triphasé (3) constitué de 4 conducteurs dont un fil de neutre (N) et 3 fils de phases (P1), (P2) et (P3). Les bornes primaires (la) et (lb) du transformateur (1) sont reliées à 2 conducteurs de phases quelconques du réseau (3), ici les phases notées (P2) et (P3). Les bornes secondaires (2a) et (2b) du transformateur (1) sont branchées de manière à alimenter un ou plusieurs récepteurs monophasés (5). Par récepteur, on entend aussi bien un simple appareil électrique qu'une multitude d'appareils électriques comme l'on en rencontre habituellement chez un usager relié au réseau électrique. Le rapport de transformation du transformateur (1) est inférieur à 1. Selon une configuration avantageuse de l'invention, il est égal ou approximativement égal à l'inverse de la racine carrée de trois. Ainsi, le récepteur (5) est alimenté sous la même tension alternative que si il était branché entre le conducteur de neutre et l'un des conducteurs de phase du réseau triphasé (3). Cependant, l'énergie transite en amont du réseau triphasé (3) sous une tension supérieure. Ainsi, les chutes de tension dues au réseau amont sont réduites d'un facteur égal à l'inverse du rapport de transformation du transformateur (1) élevé au carré. Lorsque le rapport de transformation du transformateur (1) est égal à l'inverse de la racine carrée de trois, les chutes de tension en ligne sont donc divisées par trois. Lorsque la résistance interne du conducteur de neutre du réseau triphasé (3) est supérieure à celle des conducteurs de phase, le gain en terme de chute de tension est encore supérieur à la valeur calculée précédemment. Il est à remarquer cependant que dans la pratique, l'amélioration de la qualité de fourniture de la tension conduit à une consommation accrue de courant pour la plupart des appareils électriques. Ce phénomène tend à réduire légèrement l'impact positif de la solution selon l'invention. De la même manière, la résistance interne du transformateur (1) n'est pas nulle et entraîne une chute de tension additionnelle lorsqu'un courant est absorbé par les récepteurs (5). En définitive, les chutes de tension sont réduites d'un facteur compris généralement entre deux et trois. Selon la présente invention, l'une des bornes des récepteurs monophasés (5) est reliée au conducteur de neutre du réseau triphasé (3) par une impédance (4a). Cette configuration permet de conserver des moyens de protection habituels tels que les disjoncteurs différentiels pour la sécurité des personnes utilisant les récepteurs (5). L'impédance (4a) n'est traversée par aucun courant dans les conditions normales de fonctionnement. En revanche, lorsqu'un défaut d'isolation se produit au niveau d'un récepteur (5), tel que le contact accidentel entre la borne (2b) et la terre, un courant est alors généré au travers de l'impédance (4a). La protection différentielle qui surveille la différence de courant circulant au travers des bornes (2a) d'une part, et (2b) d'autre part, sera alors activée. Selon une variante de l'invention, l'une des bornes secondaires (2a) du transformateur (1) est reliée à la terre par une impédance (4b). L'impédance (4a) ou (4b) peut à titre d'exemple non limitatif être 20 constituée de fil de cuivre, d'aluminium ou encore d'alliages à base de ces métaux. Selon une variante particulière d'exécution de la présente invention, la stabilité de la tension alimentant les récepteurs (5) peut être améliorée par l'emploi de moyens de ferro-résonance pour le transformateur (1). Il faut toutefois 25 remarquer que cette amélioration généralement se fait au détriment du rendement du transformateur (1). Selon une autre variante particulière d'exécution de la présente invention, le primaire ou le secondaire du transformateur (1) présentent plusieurs bornes correspondant à un nombre de spire de bobinage différent et permettant 30 de choisir la tension nominale d'alimentation des récepteurs monophasés (5). REVENDICATIONS 1 û Dispositif d'alimentation de récepteurs monophasés (5) à partir 5 d'un réseau électrique triphasé (3) comprenant : - Un transformateur électrique (1) de rapport de transformation inférieur à 1 dont les bornes primaires (la) ou (lb) sont branchées entre deux conducteurs de phase du réseau triphasé (3) et dont les bornes secondaires (2a) et (2b) sont branchées aux bornes des récepteurs monophasés (5). 10 - Une impédance (4a) reliant l'une des bornes secondaires (2a) ou (2b) du transformateur (1) au conducteur de neutre du réseau triphasé (3). 2 û Dispositif d'alimentation de récepteurs monophasés à partir d'un réseau électrique triphasé (3) comprenant : - Un transformateur électrique (1) de rapport de transformation inférieur à 1 dont 15 les bornes primaires (la) ou (lb) sont branchées entre deux conducteurs de phase du réseau triphasé (3) et dont les bornes secondaires (2a) et (2b) sont branchées aux bornes des récepteurs monophasés (5). - Une impédance (4b) reliant l'une des bornes secondaires (2a) ou (2b) du transformateur (1) à la terre. 20 3 û Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'impédance (4) est un fil de cuivre, d'aluminium, on encore d'alliage à base de ces métaux et dont la section est comprise entre 1 et 16 mm2. 4 û Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le rapport de transformation du transformateur (1) est 25 proche de l'inverse de la racine carrée de trois. û Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le transformateur (1) comprend des moyens de ferro-résonance. 6 û Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, 30 caractérisé en ce que le transformateur (1) comprend plusieurs bornes correspondant à des nombres différents de spires de bobinage et permettant de choisir la tension d'alimentation nominale des récepteurs (5).