Brevet FR2918813A1 — publié le 20090116

Système de gestion d'un réseau d'éclairage L'invention concerne un système de gestion d'un réseau d'éclairage. L'invention concerne plus particulièrement un système de gestion d'un réseau d'éclairage pourvu d'un élément permettant de piloter la tension d'alimentation du réseau électrique et économiser ainsi la consommation électrique d'un tel réseau d'éclairage. La présente invention fournit un système adapté pour fournir un flux lumineux homogène et adapté également aux besoins d'un utilisateur, avec une puissance et un temps d'allumage maîtrisés. Un réseau d'éclairage extérieur, et plus particulièrement l'éclairage public, représente d'importants frais d'énergie pour l'utilisateur. Au niveau d'une commune, l'éclairage public représente en France, en général : 17 % de la consommation, toutes énergies confondues, 23 % de la facture globale d'énergie, 38 % de la facture EDF, 48 % des kWh consommés (source ADEME 2006). C'est la raison pour laquelle, dans l'art antérieur, plusieurs systèmes permettant de diminuer la consommation électrique d'un réseau d'éclairage étaient proposés. Les opportunités permettant de réaliser des économies d'énergie, pour les réseaux d'éclairage, sont multiples. Dans un premier temps, il est possible d'utiliser des lampes el: des candélabres ayant une efficacité lumineuse élevée. Dans un second temps, il est possible d'éviter des allumages inutiles, le réseau d'éclairage étant allumé uniquement lorsque cela est réellement utile. Un autre moyen de réaliser des économies d'énergie est de stabiliser la tension d'alimentation fournie aux lampes. Un infime pourcentage de tension supplémentaire représente une surconsommation inutile et une limitation de la durée de vie d'une lampe dans un réseau d'éclairage. A titre d'exemple, 5 % de tension en plus augmenterait la consommation de 14 % sur un sodium haute pression. A titre d'autre exemple, 7 % de tension en plus diminuerait de 50 % la durée de vie des lampes. De façon alternative, il est également possible de réaliser des économies en réduisant la puissance absorbée par la lampe en baissant le flux lumineux produit. Aux heures de basse fréquentation, il est possible de diminuer l'éclairage tout en conservant un niveau de sécurité suffisant. Une autre possibilité d'économie d'énergie réside dans le fait d'adapter la réduction de la puissance au calendrier. Par exemple, il parait inutile d'éclairer, de façon exagérée, une zone industrielle pendant le week-end sachant que les sociétés sont fermées dans ladite zone industrielle dans ce laps de temps. 15 Afin de réaliser une des options d'économies d'énergie, mentionnées ci-dessus, dans un réseau d'éclairage, des systèmes performants, mais en même temps complexes, ont été proposés. 20 Un système classique de gestion d'un réseau d'éclairage comprend, dans un premier temps, un système de contrôle permettant d'allumer et d'éteindre les lampes dans ce réseau d'éclairage. Un tel système de contrôle comprend plusieurs éléments permettant d'identifier le moment idéal pour la mise sous tension du réseau d'éclairage ainsi que pour la mise hors tension. Un tel système 25 comprend, par exemple, une cellule photoélectrique. De plus, un tel système, selon l'art antérieur, comprend des éléments permettant d'influencer, de façon additionnelle, le réseau d'éclairage et pouvoir réaliser des économies, par exemple en réduisant la tension d'alimentation du réseau d'éclairage aux heures de moindre utilisation. 10 30 Les systèmes, selon l'art antérieur, présentent des désavantages importants. Ils offrent une double fonction. Dans un premier temps, les systèmes sont utilisés pour la gestion générale du réseau d'éclairage et, dans un deuxième temps, ils sont modifiés pour permettre de réaliser des économies d'énergie. Cela signifie que ces systèmes sont relativement coûteux et complexes. Dès qu'il y a un dysfonctionnement dans un système aussi complexe, la gestion du réseau d'éclairage est directement mise en danger. En pratique, cela peut générer des situations délicates, voire dangereuses, dans le cas où le réseau d'éclairage n'est pas correctement: géré. Un deuxième désavantage du système selon l'art antérieur réside dans le fait que si l'utilisateur d'un réseau d'éclairage existant souhaite réaliser des économies d'énergie, il est contraint de changer le système de gestion dans son intégralité. Cela signifie qu'il faudra engager des frais importants pour l'achat et l'installation de nouveaux systèmes de gestion. En vertu des observations décrites ci-dessus, le but de la présente invention est de pourvoir un système de gestion pour un réseau d'éclairage, dans lequel l'utilisateur peut réaliser des économies d'énergie, sans les désavantages présents dans l'art antérieur. Pour cette raison, l'objet de la présente invention est un système de gestion d'un réseau d'éclairage, pourvu d'un système de contrôle permettant de régler la mise sous tension et la mise hors tension du réseau d'éclairage, caractérisé en ce que, le système est pourvu d'un module permettant de commander la tension d'alimentation du réseau électrique. Un premier avantage clu système selon l'invention réside dans le fait que, selon l'invention, le module pour commander la tension d'alimentation du réseau électrique est indépendant du système de contrôle permettant de régler la mise sous tension et la mise hors tension du réseau d'éclairage. Le module selon l'invention peut être inséré dans le circuit de puissance d'un réseau d'éclairage, sans autre connexion. Selon un mode de réalisation préféré, le module est adapté pour commander la tension d'alimentation du réseau électrique, en utilisant une tension injectée en opposition de phase avec ce réseau électrique. L'utilisation d'une technique d'injection de puissance permet un excellent rendement, avoisinant les 98 %. L'injection de puissance à travers un autotransformateur permet de travailler uniquement sur le quota de puissance nécessaire à la variation. Cela signifie 20 % de la puissance nominale traversante. A titre d'exemple, pour un appareil de 6 kVA, la puissance variante n'est donc que de 1200 VA, ce que divisent par cinq les pertes dues au transformateur ou au transistor de puissance. Selon un mode de réalisation préféré, le module est pourvu d'une horloge programmable. L'horloge, installée dans le module, est utilisée pour le pilotage du module. Cela signifie qu'indépendamment des éléments de contrôle utilisés pour la mise sous tension du réseau d'éclairage, le module selon l'invention utilise l'horloge pour influencer la tension d'alimentation et réaliser des économies d'énergie. Selon un mode de réalisation préféré, le module est pourvu d'une mémoire permettant de stocker des commandes afin de pouvoir piloter la tension d'alimentation du réseau électrique. Cela présente l'avantage que le module, selon l'invention, peut être utilisé comme une boîte noire préprogrammée. L'utilisateur peut connecter le module à l'intérieur du système de gestion d'un réseau d'éclairage et ce module peut, directement, donner à ce système de gestion des avantages recherchés. Selon un mode de réalisation préféré, le module est pourvu d'une entrée permettant de recevoir des commandes pour piloter la tension d'alimentation du réseau électrique. Selon un mode de réalisation préféré, cette entrée est pourvue de manière à recevoir des commandes analogiques. Selon un mode de réalisation préféré, l'entrée est adaptée pour recevoir des commandes compatibles avec le protocole CAN. Une liaison CAN permet le pilotage du module par tout système compatible avec le protocole CAN, MODEM, automate programmable, système GSM, etc. Selon un mode de réalisation préféré, l'entrée est adaptée pour recevoir des 15 commandes en utilisant un ordinateur. Le module selon l'invention peut être muni d'un port USB afin d'établir une liaison permettant de connecter directement un ordinateur au module. Cette liaison peut ensuite être utilisée pour transmettre des commandes et influencer ainsi la 20 tension d'alimentation du réseau électrique. Cette liaison peut également être utilisée pour modifier les paramètres internes, par exemple les horaires d'économie ou la tension d'économie. Selon un mode de réalisation préféré, cette modification de paramètres peut être 25 aussi réalisée quand le module est hors tension ou déconnecté de l'installation. Selon un mode de réalisation préféré, le module est adapté pour fonctionner en sécurité positive. Cela signifie qu'en cas de dysfonctionnement du module, le système de gestion d'un réseau d'éclairage, selon l'invention, peut continuer de 30 fonctionner si le module n'est pas là. Dans ce cas la mise sous tension du10 système d'éclairage n'est pas perturbée, ce qui ajoute à la sécurité qui peut être obtenue en utilisant le système selon l'invention.. Selon un mode de réalisation préféré, des moyens sont prévus pour modifier le 5 contenu de la mémoire du module lorsque le module est hors tension. Selon un mode de réalisation préféré, le module est un module pour le système de gestion selon l'invention. 10 Les avantages et les détails de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-dessus faite en références aux dessins dans lesquels : La figure 1 montre l'insertion d'un module selon l'invention dans un système de gestion d'un réseau d'éclairage, La figure 2 montre le principe d'un cycle journalier de base permettant de faire varier la tension d'alimentation du réseau de lampes, afin de réaliser des économies d'énergie,, La figure 3 montre le principe permettant de modifier la tension d'alimentation en utilisant une tension injectée, La figure 4 montre un fonctionnement préprogrammé, par exemple, pour régler la tension d'alimentation d'un réseau électrique durant la première partie d'une semaine et, La figure 5 montre un deuxième fonctionnement préprogrammé, par exemple, pour modifier la tension d'alimentation d'un réseau électrique durant la deuxième partie d'une semaine. 15 20 25 30 Dans la figure 1, l'armoire permettant de contrôler et de régler un réseau d'éclairage public 1 est montrée de façon schématique. A l'intérieur de l'armoire permettant de régler l'éclairage public, un dispositif de commande d'éclairage 2, selon l'art antérieur, est montré. Dans ce dispositif d'éclairage se trouvent des éléments permettant la mise sous tension et la mise hors tension du réseau d'éclairage public. Ce dispositif de commande de l'éclairage comprend, entre autres, des moyens permettant d'identifier le moment de la mise sous tension de l'éclairage public. Ce dispositif peut se présenter sous la forme d'une cellule photo électrique capable de mesurer l'intensité lumineuse de la zone dans laquelle l'éclairage public est installé. A l'intérieur de l'armoire 1 se trouve un boîtier 3 protégé pour l'entrée de l'alimentation électrique principale. L'alimentation électrique, qui arrive à l'intérieur du boîtier 3 en utilisant le dispositif de commande 2, est transférée en direction de l'éclairage public, lui-même connecté à la sortie 4 du boîtier 1. Selon l'invention, et comme montré en figure 1, le module 6 se trouve entre l'interrupteur 5 et la sortie 4. Dans un premier temps, il convient de noter que l'installation du module 6 selon l'invention est très facile et qu'elle est réalisée à l'intérieur de l'armoire 1 existante. Tous les autres éléments à l'intérieur du boîtier 1 ne sont pas changés et le module 6 est directement inséré après le dispositif de commande de l'éclairage 2. Le câblage permettant d'introduire le boîtier 6 dans l'armoire 1 est réduit au strict minimurn. Ainsi, aucune modification du câblage existant ni modification des organes et programmes de commande n'est nécessaire.30 Dans la figure 1, l'installation d'un module 6 pour une alimentation monophasée est montrée. Il est noté que, pour une armoire triphasée, le principe d'installation reste identique. II suffit de connecter un module 6 par phase. Le module 6, tel que montré dans la figure 1, est utilisé sans aucune connexion avec le dispositif de commande d'éclairage 2. Le fonctionnement du module 6 est uniquement lié à l'alimentation délivrée au moyen de l'interrupteur 5 ainsi qu'aux programmes internes du module. Le module élabore alors des commandes concernant la tension d'alimentation sortant du départ 4 afin de réaliser des économies d'énergie au niveau du réseau d'éclairage connecté à ce départ 4. Les résultats pouvant être obtenus en utilisant le module 6 sont, dans un premier temps, montrés de façon schématique, dans la figure 2. Dans la figure 2, les horaires nocturnes sont également montrés de façon schématique. Dans cette figure, la tension d'alimentation des lampes, pilotée par le module 6, est représentée par la ligne 20. 20 Un des premiers effets techniques résultant de l'utilisation du module 6 réside dans le fait que dès que le réseau d'éclairage est mis sous tension, le module 6 garantit la présence d'une phase de préchauffage 21. Lors de cette phase de préchauffage, en principe au cours d'un épisode de tension réduite, les lampes sont préchauffées avant d'être alimentées à la tension maximum. 25 Cette phase de préchauffage peut prolonger d'environ 30 % la durée de vie des lampes. Cela signifie qu'une première économie peut être réalisée grâce au système selon l'invention en prolongeant la durée de vie des lampes dans le réseau d'éclairage, évitant ainsi un remplacement trop fréquent des dites lampes. 30 Comme indiqué dans la figure 2, la phase de préchauffage 21 est suivie d'une phase d'augmentation de l'alimentation, selon une rampe préprogrammée. Cette phase porte la référence 22 sur la figure 2. En principe l'augmentation est d'environ 60 volts / minute. Après la phase d'augmentation, les lampes reçoivent une tension nominale dans la phase 23. Selon la figure 2, la durée de cette phase est comprise entre 18h00 et 21 h30. II convient de comprendre que les horaires indiqués dans la figure 2 sont tout à fait indicatifs. 10 Comme expliqué ci-dessus, en référence aux figures 4 et 5, la durée des différentes phases 21, 22 et 23, dépend des besoins de l'utilisateur et peut être préprogrammée dans le module 6. Après la phase 23 de tension nominale, il existe une phase 24 de diminution d'alimentation, selon une rampe programmée. 15 Cette diminution d'alimentation est d'environ 6 volts / minute. Dans la phase 25, le réseau d'éclairage est alimenté avec une tension d'économie préprograrnmée. Le niveau de cette tension dépend des besoins de l'utilisateur. A titre d'exemple, le préchauffage peut se dérouler à un niveau de 20 tension de 210 volts. La tension nominale de la phase 23 peut être de 230 volts. La tension d'économie préprogrammée peut être de 180 ou 190 volts. La tension d'économie 25 peut être fournie aux heures de moindre fréquentation. Par exemple, dans une zone industrielle moins fréquentée pendant la nuit, il est 25 possible de diminuer le flux lumineux fourni au réseau d'éclairage. Bien évidemment, cela est réalisé en conservant le niveau de sécurité suffisant. Après la phase 25 d'alimentation par une tension d'économie, une phase comprenant une rampe montante 26 peut suivre, dans laquelle l'alimentation est 30 augmentée afin de revenir à la tension nominale pendant la phase 27.5 Après la phase 27, le réseau d'éclairage peut être mis hors tension par le dispositif de commande de l'éclairage 2 (voir figure 1). Selon l'invention, le module 6 est adapté pour modifier la tension au départ 4, tel que montré dans la figure 1, en utilisant une tension injectée par l'électronique, en opposition de phase avec le réseau. Cela est montré dans la figure 3. La ligne 30 montre la tension nominale du réseau. Avec la ligne 31, la tension injectée, en opposition de phase avec la tension du réseau 30 est montrée. La tension de sortie du variateur, résultante des précédentes, est indiquée par la ligne 32 En utilisant cette technologie, à l'aide du module 6, la tension d'alimentation au départ 4 (voir figure 1) peut être pilotée de façon efficace. Un des avantages importants de cette technologie est le fait que le variateur possède un excellent rendement, supérieur à 98 % parce qu'il utilise une technique d'injection de puissance à travers un autotransformateur. Ce dernier permet de travailler uniquement sur le quota de puissance nécessaire à la variation, c'est-à-dire environ 20 % de la puissance nominale traversante. A titre d'exemple, pour un appareil de 6 kVA, la puissance variante n'est donc 20 que de 1200 VA, ce qui divise par cinq les pertes dues au transformateur ou au transistor de puissance. Le système de gestion d'un réseau d'éclairage selon l'invention peut être utilisé selon des exemples qui sont montrés dans les figures 4 et 5. Le module 6, dans 25 l'armoire pour le réseau d'éclairage 1, comprend une mémoire pourvue de cycles préprogrammés. Selon un mode de réalisation préféré, l'entrée est adaptée pour recevoir des commandes permettant de changer le contenu de la mémoire du module. Cela 30 présente l'avantage que les commandes qui sont préprogrammées dans la mémoire peuvent être changées ou adaptées. Ce changement de contenu de la mémoire du module peut être réalisé lorsque le module est hors tension ou déconnecté de l'installation. L'un de ces cycles est montré dans la figure 4. Après la mise sous tension du réseau d'éclairage, au moment H1, les lampes sont préchauffées et, après le préchauffage, la tension est augmentée jusqu'au niveau nominal 40. Au moment H2, la tension est diminuée jusqu'à un premier niveau d'économie 41. Après un laps de temps, la tension est de nouveau diminuée jusqu'à un second niveau d'économie 42. Au moment H3, la tension est augmentée jusqu'au premier niveau d'économie 41. Au moment H4, la tension est de nouveau augmentée pour se retrouver au niveau nominal 42. Finalement, le réseau d'éclairage est mis hors tension. Selon le cycle de la figure 5, le réseau d'éclairage est mis sous tension. Après une phase de préchauffage, la tension est directement diminuée jusqu'au premier niveau d'économie 50. Ensuite, la tension est de nouveau diminuée jusqu'à un second niveau d'économie 51. A la fin de la nuit, la tension est augmentée pour revenir au premier niveau d'économie 50. Ensuite, le réseau d'éclairage est mis hors tension. Le cycle tel que montré dans la figure 4 peut, par exemple, être utilisé pour une zone industrielle pendant la semaine. Cela signifie que, pendant quelques heures durant la soirée, le système d'éclairage reçoit une tension d'éclairage nominale. Après un laps de temps, par exemple vers 23h00, le niveau du flux produit par le réseau d'éclairage est diminué afin d'éviter une suralimentation de ladite zone industrielle, tout en conservant un niveau de sécurité adapté. Le cycle tel que montré dans la figure 5 peut, par exemple, être utilisé pour la même zone industrielle pendant le week-end. En comparaison des deux cycles, il est clair que le niveau du flux, selon le cycle 5 est plus bas que le flux produit selon le cycle 4. En utilisant le système selon l'invention, tel que montré dans les figures 1 à 5, il est évident qu'une économie non négligeable peut être réalisée, en modifiant la tension d'alimentation en fonction des besoins recensés à l'endroit où le réseau d'éclairage est installé, Selon l'invention, une mémoire installée dans le module 6, reçoit des instructions qui représentent des cycles tels que montrés dans la figure 4 et 5. La mémoire peut contenir des cycles relatifs à quelques jours de la semaine. Un premier cycle utilisé du lundi au vendredi et un second cycle utilisé le samedi et le dimanche. Le cycle peut être dépendant de la saison. L'intensité optimale pour un réseau d'éclairage, pendant la période estivale, pourra être complètement différente de celle prévue pour le même réseau durant la période hivernale. Selon l'invention, une horloge est installée dans le module 6. Celle-ci permet de s'assurer que le cycle, choisi par le client, sera utilisé par le module 6 au moment opportun. Le module 6, tel que montré dans la figure 1, est adapté pour garantir une sécurité positive. En cas de panne de l'appareil 6, l'éclairage est naturellement mis sous tension. Cela signifie que le module 6, dans ce cas précis, ne crée aucun obstacle pour le transfert d'une tension vers le départ 4 et que le système 6 peut être ajouté à un système de gestion de réseau d'éclairage et ce, en toute sécurité. Un autre avantage du module 6 selon l'invention réside dans le fait que le système est polyvalent vis-à-vis de la charge. La structure électronique de puissance et les algorithmes de contrôle des transistors IGBT font que le transfert d'énergie peut se faire naturellement de la source vers la charge et inversement de la charge vers la source. Le module 6 est donc complètement indépendant de la partie réactive de la charge, qu'elle soit inductive (en cas de lampe avec ballast électromagnétique classique) ou capacitif (en cas de défaillance de la lampe ou de fin de vie de celle-ci). Le module 6 est donc indépendant du type de charge et du type de lampe dans le réseau d'éclairage utilisé ; en particulier, il ne dégrade pas le facteur de puissance ou de forme de la charge. Un avantage supplémentaire du module 6 selon l'invention concerne la consommation d'énergie de ce module. En effet, le module 6 est connecté en aval du contacteur d'éclairage 2 de l'installation. Ainsi, le module 6 consomme de l'énergie uniquement lorsque le contacteur 2 permet l'alimentation du module 6. Cette disposition du module 6 diffère des dispositions existantes concernant les appareils de l'art antérieur. Ainsi, dans l'art antérieur, les appareils sont en général alimentés en permanence dans la mesure où ils doivent gérer les contacteurs d'éclairage. Le module 6, tel que présenté dans l'invention, ne consomme aucune énergie lorsque l'éclairage ne fonctionne pas. Le module présente donc une consommation d'énergie réduite par rapport aux appareils antérieurs.20 REVENDICATIONS 1. Système de gestion d'un réseau d'éclairage, pourvu d'un système de contrôle permettant de régler la mise sous tension et la mise hors tension du réseau d'éclairage (2), caractérisé en ce que, le système est pourvu d'un module (6) permettant de commander la tension d'alimentation du réseau électrique. 2. Système de gestion selon la revendication 1, dans lequel le module (6) est adapté pour commander la tension d'alimentation du réseau électrique, en utilisant une tension injectée en opposition de phase avec ce réseau électrique. 3. Système selon les revendications 1 ou 2, dans lequel le module (6) est pourvu d'une horloge programmable. 4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le module (6) est pourvu d'une mémoire permettant de stocker des commandes afin de pouvoir piloter la tension d'alimentation du réseau électrique. 5. Système selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le module (6) est pourvu d'une entrée permettant de recevoir des commandes pour piloter la tension d'alimentation du réseau électrique. 6. Système selon la revendication 5, dans lequel cette entrée est pourvue de manière à recevoir des commandes analogiques. 7. Système selon la revendication 5, dans lequel l'entrée est adaptée pour recevoir des commandes compatibles avec le protocole CAN. 8. Système selon la revendication 5, dans lequel l'entrée est adaptée 5 pour recevoir des commandes en utilisant un ordinateur. 9. Système selon la revendication 5, dans lequel l'entrée est adaptée pour recevoir des commandes permettant de changer le contenu de la mémoire du module. 10. Système selon la revendication 9, dans lequel des moyens sont prévus pour modifier le contenu de la mémoire du module lorsque le module est hors tension. 15 11. Système selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel le module (6) est adapté pour fonctionner en sécurité positive. 12. Module (6) permettant de commander la tension d'alimentation du réseau électrique, en utilisant une tension injectée en opposition de 20 phase avec ce réseau électrique, le module étant adapté pour le système de gestion selon l'une des revendications 1 à 11. 10