Brevet FR2908242A1 — publié le 20080509

-1- Le parc français d'éclairage public a pris son essor à partir des années 1950. Les rapports du CETUR constatent l'état actuel de vieillissement de la majorité des réseaux de Parc. La grande majorité de ces réseaux appartient au Patrimoine des Collectivités locales qui doivent en assurer l'entretien. Le brevet français 9115284 publié le 4 juin 1993 FR 2 684511 Procédé et dispositif contribuant à la réalisation d'un réseau de convertisseurs d'énergie électrique reliés à une Unité centrale décrit l'alimentation d'un réseau, par exemple un réseau d'éclairage public, en courant continu. Le brevet français ayant pour titre Système et appareils d'alimentation de lampes à décharge d'un réseau d'éclairage déposé sous le N FR 97/04.023 publié le 2 avril 1998 sous le n 2 761 564, décrit un convertisseur AC/DC permettant l'isolement galvanique d'un réseau d'éclairage public. Un équipement de réseau d'éclairage public réalisé en application de ces deux brevets possède les propriétés d'un réseau électrique de sécurité (courant continu et isolement galvanique) Il assure la sécurité des usagers dans le cas de contact indirect ou direct. Cependant, le maintien de cette sécurité suppose le réseau en bon état d'exploitation. Un bon gestionnaire contrôle périodiquement cet état. S'il s'agit d'un réseau équipé avec de l'appareillage classique à ballast, cette vérification s'effectue en contrôlant périodiquement hors exploitation, l'isolement des conducteurs du réseau. Cette précaution devient insuffisante lorsque le réseau est vieillissant. En effet, l'état du réseau peut se modifier d'une manière aléatoire entre deux contrôles, par exemple en fonction des conditions climatiques. L'appareil suivant la présente invention vise six objectifs : Équilibrer les potentiels des conducteurs et des appareils associés par rapport à la terre, û Mesurer l'isolement du réseau en cours d'exploitation, d'une manière quasi permanente, û Définir les états d'isolement permettant de caractériser d'une manière simple l'état actuel du réseau, Classer les résultats des mesures, indiquer l'état actuel, éventuellement transmettre les informations, Mémoriser les résultats de manière à fournir les renseignements statistiques caractérisant l'état de vieillissement du réseau; permettre ainsi la comparaison entre divers réseaux équipés d'un appareil, élément d'optimisation de la décision budgétaire pour l'entretien du patrimoine, Intervenir lorsque l'état devient dangereux, en modifiant la tension d'alimentation jusqu'à une valeur rétablissant la sécurité en cas de contact accidentel, tout en maintenant un niveau d'éclairement assurant la sécurité des usagers suivant paragraphe 3 de l'avant propos de la norme 17200. Pour clarifier la suite de l'exposé, nous décrivons les caractéristiques principales de l'appareil quant à sa présentation et son installation. L'appareil est contenu dans un coffret isolant de dimension permettant en général son installation à l'intérieur de l'armoire du point de livraison. Il est alimenté par le réseau d'énergie et raccordé aux conducteurs du réseau d'éclairage. Un couvercle protège les indicateurs, un connecteur d'interface de transmission éventuelle est prévu. L'appareil pilote deux voyants d'alarme placés sur la porte de l'armoire. Nous examinons successivement les six objectifs cités ci-dessus. 2908242 2 1. EOUILIBRAGE DES POTENTIELS Le potentiel par rapport à la terre des conducteurs alimentés un courant continu et galvaniquement isolés n' est défini que par les fuites ohmiques. Une règle normative exige une définition objective ou un contrôle permanent des potentiels. Un dispositif suivant l'invention 5 définit et équilibre les potentiels par rapport à la terre. Ce dispositif est représenté dans la figure 1 donnée à titre d'exemple. 1 est le conducteur positif, 2 est le conducteur négatif, 3 et 4 représentent les fuites positives et négatives entre les équipotentielles et la terre, 10 5 et 6 sont de résistances élevées (pour exemple 500 kilos Ohm) définissant un point milieu, 7 est un régulateur de type connu, 8 et 9 des circuits injectant sous haute résistance un courant dans l'un ou l'autre conducteur, 15 10 un circuit de type connu confirmant les seuils d'alarme, 11 est un signal d'ordre, 12 est une horloge de type connu, 13 est le conducteur de terre. Le fonctionnement est le suivant : 20 L'horloge 12 définit une période de durée déterminée, par exemple une minute. Cette période est assez longue pour permettre un filtrage efficace des parasites de basse fréquence. Elle est assez courte devant la fréquence des variations de l'état du réseau. L'horloge ne fonctionne que lorsque le réseau est en exploitation. La période d'horloge est divisée en deux phases. La première phase dont la durée est majoritaire, (par exemple 58 s sur 60 s) est consacrée à 25 l'équilibrage des tensions. Pendant la première phase, le régulateur 7 est rendu opérationnel par le signal 11. Suivant le déséquilibre constaté entre le point milieu 5-6 et la terre 13, le régulateur 7 agit sur l'un ou l'autre des circuits 8 ou 9 pour rétablir un écart tolérable entre le potentiel du point milieu et de la terre (par exemple 5 V). Si le déséquilibre entre les points 3 et 4 est trop important, l'équilibrage n'est plus possible. 30 Cet état est constaté par le circuit 10 qui émet un signal d'alarme dont nous reparlerons ci-dessous (≈6). Les fuites peuvent être naturellement équilibrées ou leur différence peut être équilibrée par le dispositif de la fig. 1. Néanmoins, l'état d'isolement du réseau peut ne plus répondre aux règles normatives de sécurité des personnes., notamment la norme C15-100. 35 2. MESURE Pendant la deuxième phase de la période d'horloge de 58 à 60 s suivant notre exemple, un dispositif suivant l'invention mesurera l'état actuel d'isolement du réseau et transmettra l'information. 40 Ce dispositif est représenté figure 2 à titre d'exemple. Les repères 1 à 13 de la figure 2 ont la même signification que sur la figure 1, 14 est un signal d'ordre provenant de l'horloge 12, 15 est un circuit mémoire de type connu, 16 est un signal d'ordre provenant de l'horloge 12, 17 est un circuit comparateur de type connu, 18 est un signal de commande du circuit 19, 19 est un circuit injectant sous haute résistance un courant dans le conducteur positif, 20 est une résistance de valeur donnée par exemple deux kilos Ohm. 2908242 3 Le fonctionnement est le suivant : Le signal 14 donne au circuit 15 l'ordre de mémoriser la tension du point milieu 5 û 6 lors de la fin de la phase un. Le signal 16 donne au circuit 17 un ordre d'injection de courant dans le conducteur positif. 5 Le circuit 17 agit sur le circuit 19 par le signal 18 pour injecter un courant progressivement croissant. Ce courant déséquilibre les tensions du conducteur par rapport à la terre. Ce déséquilibre est mesuré par le circuit 17. Lorsqu'il atteint une valeur fixée (par exemple 50 V) la progression du courant est arrêtée. 10 La valeur de la tension aux bornes de la résistance 20 est alors inversement proportionnelle à la résistance globale de fuite. Dans notre exemple, une tension de 10 V correspond à une résistance globale de fuite de 10 kilos Ohm, 2 V à 50 kilos Ohm. 3. DÉFINITION DES ETATS. 15 Un procédé suivant l'invention caractérise d'une manière simple l'état actuel du réseau en divisant le domaine de variation de l'isolement en zones séparées par des valeurs seuils correspondant à des règles normatives. Ces valeurs correspondent à des courants établis dans un court circuit accidentel en contact direct. Ces valeurs sont choisies d'une part par rapport à la valeur admise comme conditions 20 d'agrément par un organisme habilité, d'autre part par rapport à la valeur maximum indiquée par la norme C 15 100. Dans notre exemple, le seuil haut d'isolement correspondant à 50 kilo ohms soit, suivant notre exemple, pour une tension continue de 240 V, à un courant de 4,8 mA Le seuil bas d'isolement correspond à 10 kilos Ohm, soit à un courant de 24 mA, proche de la 25 valeur de 30 mA indiquée par la norme. Une valeur de 20 kilos Ohm est choisie par exemple pour le seuil intermédiaire. Nous pouvons dans notre exemple définir les zones suivantes : - état satisfaisant, d'isolement supérieur à 50 kilo ohms, caractérisée par la couleur verte, - état légèrement détérioré mais ne présentant pas actuellement de danger pour les 30 personnes, correspondant aux valeurs comprises entre 50 et 20 kilos Ohm, caractérisé par la couleur jaune, état dégradé nécessitant une surveillance ou une intervention, valeurs comprises entre 20 et 10 kilos Ohm caractérisé par la couleur orange, état dangereux, nécessitant une intervention ou une exploitation réduite, caractérisé par 35 la couleur rouge. 4. CLASSEMENT DES RÉSULTATS DANS LES ZONES DÉFINIES. Un dispositif suivant l'invention caractérise l'état actuel suivant les zones définies. Ce dispositif est représenté dans la figure 3 donnée à titre d'exemple : 40 1 est l'horloge 12 de la figure 1, 2 un totalisateur mécanique à 7 chiffres, 3 la résistance 20 de la figure 2, 4 une référence de tension, dans notre exemple 2V, 5 un comparateur de type connu, 45 6 un voyant jaune, 7 un totalisateur comme 2, 8 circuit verrouillé de type connu, 9 un voyant vert, 10 une référence de tension, dans notre exemple 5 V, 2908242 -4 11 un comparateur comme 5, 12 un voyant orange, 13 un totalisateur comme 2, 14 une référence tension dans notre exemple 10 V, 5 15 un comparateur comme 5, 16 un voyant rouge, 17 un totalisateur comme 7, 18 un circuit verrouillé, 19 un voyant rouge. 10 Le fonctionnement est le suivant : Lors d'une inspection, si l'état est bon, un opérateur agit sur le poussoir du circuit 8 et allume le voyant vert qui est visible sur la porte de l'armoire électrique. A chaque période d'une minute, l'horloge incrémente le totalisateur 2. La lecture du totalisateur donne la durée totale de contrôle. Le comparateur 5 est actif lorsque la tension de 15 la résistance 3 atteint 2 V, correspondant à" mA et 50 kilos Ohm. La résistance de fuite globale a une valeur inférieure à 50 kilos Ohms. Le voyant jaune s'allume. Le totalisateur 7 est incrémenté. Le voyant vert s'éteint. Ce voyant visible sur la porte de l'armoire, signale à l'agent de contrôle l'apparition d'un défaut. Si la tension atteint 5 V, le voyant orange s'allume, signalant un isolement inférieur à 20 kilos 20 Ohm, le totalisateur 13 est incrémenté. Si la tension atteint 10 V, le voyant rouge s'allume. Le totalisateur 17 est incrémenté. Le circuit 18 est verrouillé allume le voyant rouge 19 visible sur la porte de l'armoire. En soulevant le couvercle, l'opérateur peut constater l'allumage du voyant caractérisant l'état actuel. Des voyants non décrits ci-dessus signalent les phases d'équilibrage et de mesure, les 25 réglages d'équilibrage Nous noterons que des contacts de relais actionnés par les comparateurs 5, 11 et 15 et les circuits verrouillés 8 et 9 constituent une interface permettant de transmettre à distance par divers moyens connus des informations TOR renseignant sur l'état actuel du réseau. 30 5. MÉMORISATION D'INTERPRÉTATION DES RÉSULTATS La mémorisation des résultats est effectuée par les compteurs électromécaniques 2, 7, 13 et 17 décrits ci-dessus. Pour éviter toute erreur humaine les capteurs sont sans remise à zéro. Leur capacité de 7 chiffres correspond à une très longue durée d'observation (près de vingt ans). Lors des inspections, l'opérateur relève les valeurs actuelles. 35 Un procédé suivant l'invention permet d'étudier d'une manière statistique l'évolution de l'état du réseau. L'analyste effectue les différences entre les relevés successifs et calcule en pourcentage la durée des états rapportés à la durée de contrôle. La figure 4 donne à titre d'exemple une figuration des résultats permettant de suivre d'une manière claire l'évolution d'un réseau vieillissant ou d'effectuer la comparaison entre deux 40 réseaux obsolescents. La longueur des segments caractérise la durée dans chaque état 1 à 4 pour respectivement : vert, jaune, orange, rouge. Dans notre exemple l'intervention s'effectue dans l'ordre de préférence sur le réseau 3, puis 2, optimisant ainsi l'entretien du Patrimoine. 45 6. INTERVENTION EN ÉTAT DANGEREUX. La norme 17200 classe suivant la règle 104 l'éclairage public comme installation de type 1, dont le fonctionnement est nécessaire à la sécurité des usagers et qualifie d'intempestif le fonctionnement abusif des dispositifs de protection. Il y a donc contradiction entre les 2908242 -5- impératifs des normes C 15 100 sécurité des personnes et C 17200, sécurité des usagers. Un procédé suivant l'invention, mettant en oeuvre les possibilités de variation des potentiels offert par les équipements réalisés suivant les brevets cités dans le premier paragraphe, permet de concilier ces impératifs en réduisant les potentiels et des valeurs admises comme non 5 dangereuses par la norme C 15100, soit 50 V en courant continu entre terre et conducteurs. Les tensions étant équilibrées à 50 V, la tension d'alimentation est de 100 V. Dans notre exemple, la tension correspondant au plein éclairement est de 220 V. La réduction relative en éclairement est d'environ 10, soit 1 décibel. Malgré cette réduction, l'éclairement assure encore la sécurité des usagers. La variation est perceptible par les riverains qui alertent le 10 service technique. Si l'on considère la probabilité de coïncidence entre un contact accidentel et un défaut de ce type, on peut conclure que l'intervention décrite, si elle est déclenchée par un défaut de courte durée, est intempestive et ne sera pas acceptée fréquemment par le service technique. Un procédé suivant l'invention permet de concilier raisonnablement les conditions 15 d'exploitation et la sécurité des usagers. Il consiste à tenir compte, pendant la période d'exploitation, de la durée cumulée des défauts graves en un temps donné. Un dispositif suivant l'invention mettant en oeuvre ce procédé est donné à titre d'exemple figure 5. 1 est la résistance 20 de la figure 2, 20 2 est un intégrateur de type connu, 3 une référence de tension, 4 un comparateur de type connu, 5 un signal d'ordre vers le convertisseur AC/ DC. Le fonctionnement est le suivant : 25 La tension aux bornes de la résistance 1 comparée à la référence 3 est intégrée. La tension de sortie de l'intégrateur est fonction est fonction de l'importance et de la durée du défaut. Elle décroît lorsque le défaut disparaît. L'intégrateur 2 est d'ailleurs dissymétrique. Lorsque la tension de sortie atteint une valeur déterminée, le circuit 4 lance par la liaison 5 30 l'ordre de réduction de tension. La réduction s'effectue en un temps suffisant pour permettre l'adaptation des usagers. A titre d'exemple, la durée du défaut en zone rouge peut être de l'ordre de la demi heure, la durée d'observation de retour en période orange de l'ordre de l'heure, la durée de réduction de l'éclairage en cas d'intervention de l'ordre de 10 mn. 35 Nous remarquerons que la tension de sécurité de 50 V n'est obtenue que si l'appareil peut équilibrer correctement les tensions. Si le défaut est trop important pour permettre l'équilibrage (à la limite, un court circuit entre un conducteur et la terre), ce circuit d'alarme 10 de la figure 1 envoie l'ordre d'arrêt d'éclairement. Il est possible de déterminer pour quelle valeur de déséquilibre le circuit 10 doit fonctionner. 40 En respectant la valeur limite de 30 mA précisée par la norme C 15 200 ; cette valeur est de 3,3 kilos Ohm. La perte d'isolement globale est en pratique plus basse puisque répartie entre les deux conducteurs. L'état de vieillissement du réseau est très avancé et il serait déraisonnable de continuer l'exploitation dans l'état. Revendications 1-Appareil électrique actif contrôlant, en cours d'exploitation, l'état d'isolement d'un réseau d'éclairage public alimenté en courant continu et galvaniquement isolé de la terre, un tel réseau constituant ainsi un réseau IT de sécurité . Conformément aux règles, l'appareil définit le potentiel des conducteurs du réseau par rapport à la terre, fournit en temps réel des informations et des alarmes sur son état actuel, prend s'il y a lieu les dispositions nécessaires suivant les consignes de sécurité , mémorise et fournit les données statistiques permettant de juger de la nécessité d'intervention, préservant ainsi la sécurité des usagers , tout en optimisant la conservation du patrimoine. 2- Dispositif suivant la revendication 1 équilibrant les potentiels des conducteurs du réseau par rapport à la terre, caractérisé par le fait qu'il mesure en permanence cet équilibre et injecte par un circuit électronique à haute impédance le courant nécessaire pour le rétablir sans modifier l'isolement. __ 3-Dispositif , suivant la revendicationl, de contrôle de l'état d'isolement, caractérisé par le fait qu'il divise le domaine de variation de l'isolement en zones séparées par des valeurs seuils correspondant à des règles normatives sur la sécurité des personnes, par exemple par trois valeurs seuils définissant quatre zones, ces valeurs seuils étant définis par des comparateurs de type connu capables d'actionner des voyants, des totalisateurs, des circuits verrouillés, des interfaces de transmission, et de donner à l'appareillage des ordres en application des consignes de sécurité. 4 ù Dispositif, suivant la revendication 1 permettant , suivant la recommandation normative , d'éviter une intervention intempestive, caractérisé par le fait qu'il utilise un circuit électronique intégrateur asymétrique tenant compte de la probabilité de coïncidence d'un contact accidentel et d'un défaut gênant aléatoire de courte durée