Brevet FR2983361A1 — publié le 20130531

Dispositif électrique amovible de protection à usage unique et son utilisation dans une installation de production photovoltaïque d'énergie électrique d'origine solaire Domaine technique de l'invention L'invention se rapporte au domaine de la protection électrique de matériels, notamment contre les risques de détérioration accompagnant les surintensités accidentelles. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif électrique amovible de protection à usage unique, du type comprenant un fusible de coupe-circuit possédant des première et deuxième bornes. L'invention concerne également une utilisation d'un dispositif électrique à usage unique dans une installation de production photovoltaïque d'énergie électrique d'origine solaire. État de la technique Les coupe-circuits sont des dispositifs classiques de protection contre les effets destructeurs d'une surintensité, qu'une telle surintensité résulte d'un court-circuit ou bien d'une autre cause. Parmi ces coupe-circuits figurent les fusibles, qui sont des dispositifs à usage unique se détruisant dès leur premier fonctionnement et qui sont destinés à être remplacés après ce premier fonctionnement. Le raccordement électrique d'un fusible dans un circuit se fait généralement au moyen d'un porte-fusible tel, qu'il est aisé d'y monter le fusible de manière amovible puis d'en retirer ce fusible lors du remplacement de celui-ci. Les porte-fusibles d'une même installation électrique sont généralement regroupés. Ils le sont en particulier quand les fusibles protégeant l'installation doivent être enfermés à l'intérieur d'une ou plusieurs armoires électriques. Or, de telles armoires électriques sont employées dans de nombreuses situations, en particulier lorsque l'installation électrique se trouve en tout ou partie à l'extérieur et que les fusibles la protégeant doivent être placés à l'abri de l'humidité et des intempéries, ce qui est le cas dans les centrales photovoltaïques de production d'électricité. lo Dans bien des situations, le regroupement des porte-fusibles dans une armoire implique de tirer des lignes électriques de raccordement jusqu'à cette armoire. Ces lignes et leur installation ont un coût. Les raccordements à une armoire se traduisent en outre par un allongement des chemins parcourus par les courants et donc par de plus grandes pertes électriques 15 lors du fonctionnement. Par ailleurs, seul un personnel agréé peut, bien souvent, ouvrir les armoires électriques renfermant les fusibles en fonction. Un fusible à remplacer n'est alors accessible qu'à ce personnel agréé qu'il est plus difficile et plus coûteux 20 de faire intervenir qu'un personnel moins qualifié, alors que le changement en tant que tel d'un fusible est une opération de technicité modeste. Objet de l'invention 25 L'invention a au moins pour but de permettre une mise en oeuvre plus simple et/ou moins coûteuse de la protection contre les surintensités, dans certaines installations électriques au moins. Selon l'invention, ce but est atteint grâce à un dispositif électrique amovible 30 de protection à usage unique du type précité qui comporte : des premier et deuxième connecteurs de connexion isolée électriquement de l'atmosphère extérieure, dans un circuit électrique, un premier raccordement électrique raccordant le premier connecteur à la première borne du fusible, un deuxième raccordement électrique raccordant le deuxième connecteur à la deuxième borne du fusible, ainsi qu'une enveloppe isolant électriquement le fusible et les premier et deuxième raccordements électriques de l'atmosphère extérieure. Le dispositif électrique de protection à usage unique défini ci-dessus est prévu pour assurer une protection contre les effets d'une surintensité dans une branche, en étant connecté en série dans cette branche. Son emploi permet la mise en place d'une protection contre les effets d'une surintensité dans une branche même si cette branche est dépourvue de porte-fusible. S'affranchir de la nécessité d'un porte-fusible peut permettre des économies telles que des économies en matériels et des économies d'installation. En outre, le dispositif électrique de protection à usage unique selon l'invention peut aisément être installé sans être regroupé avec d'autres coupe-circuits de protection contre les surintensités, notamment au sein d'une armoire électrique, ce qui peut également conduire à des économies telles que des économies en matériels, des économies d'installation, des économies consécutives à de moindres pertes électriques et/ou des économies de maintenance. Lorsqu'il est connecté à l'extérieur d'une armoire électrique, un dispositif électrique de protection à usage unique selon l'invention peut être plus facilement remplacé et il peut l'être par un personnel qui ne possède pas l'agrément autorisant l'accès au contenu des armoires électriques ou, à tout le moins, de certaines d'entre elles. Par ailleurs, l'emploi d'un dispositif électrique de protection à usage unique selon l'invention peut procurer une liberté quant au choix de l'endroit où installer ce dispositif. Cela se traduit par une plus grande facilité d'emploi. Le dispositif électrique de protection à usage unique défini précédemment peut incorporer une ou plusieurs autres caractéristiques avantageuses, isolément ou en combinaison, en particulier parmi celles définies ci-après. Avantageusement, l'enveloppe sépare de manière étanche à l'eau le fusible et les premier et deuxième raccordements électriques de l'atmosphère extérieure. De préférence, les premier et deuxième connecteurs sont des connecteurs de connexion étanche à l'eau dans un circuit électrique. Lorsque tel est le cas, le dispositif électrique de protection à usage unique peut être installé hors d'une armoire électrique, même s'il est alors exposé à la pluie. Avantageusement, le fusible est indémontable hors de l'enveloppe sans détérioration. Avantageusement, le dispositif électrique de protection à usage unique comporte une gangue qui renferme un contenu comportant le fusible et une partie au moins des premier et deuxième raccordements électriques. De préférence, la gangue est surmoulée sur ce contenu. Avantageusement, la gangue est surmoulée directement au moins sur une partie du fusible. Avantageusement, la gangue est isolante électriquement et fait partie de ladite enveloppe. Avantageusement, le premier raccordement électrique au moins comporte l'âme conductrice d'un câble de raccordement électrique au premier connecteur. De préférence, ce câble comprend une gaine étanche à l'eau dans laquelle passe l'âme conductrice. De préférence, ladite gangue est étanche à l'eau. De préférence, elle est surmoulée sur un tronçon de la gaine, de manière étanche à l'eau. Avantageusement, chacun des premier et deuxième connecteurs est formé par un embout choisi parmi les parties femelle et mâle complémentaires d'un raccord électrique de branchement rapide par engagement de ses parties femelle et mâle l'une dans l'autre. Avantageusement, l'un des premier et deuxième connecteurs est un embout femelle du raccord électrique, tandis que l'autre connecteur parmi ces premier et deuxième connecteurs est un embout mâle complémentaire de l'embout femelle. 15 L'invention a également pour objet l'utilisation d'un dispositif de protection à usage unique tel que défini précédemment, dans une installation de production photovoltaïque d'énergie électrique d'origine solaire. Selon cette utilisation, le dispositif électrique à usage unique est connecté de manière 20 amovible, en série dans une branche comportant au moins un module photovoltaïque de production d'électricité à partir d'un rayonnement solaire reçu. Description sommaire des dessins 25 D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, parmi lesquels : 30 - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif électrique de protection à usage unique conforme à l'invention ; 10 la figure 2 est une vue latérale, avec arrachement, du dispositif électrique de protection à usage unique représenté à la figure 1 ; et la figure 3 est un schéma électrique d'une portion d'une installation de production photovoltaïque d'énergie électrique d'origine solaire, dans laquelle plusieurs exemplaires du dispositif électrique de protection à usage unique des figures 1 et 2 sont utilisés pour assurer des protections contre des surintensités, conformément à l'invention. Description d'un mode préférentiel de l'invention Sur la figure 1 est représenté un dispositif électrique amovible de protection à usage unique 1, dont la fonction est celle d'un coupe-circuit, c'est-à-dire d'interrompre la continuité électrique d'une branche en cas de surintensité dans cette branche. Avant de pouvoir remplir sa fonction, le dispositif de protection 1 doit être raccordé en série dans une branche électrique, ce pour quoi il comporte deux connecteurs 2 et 3 de connexion étanche et isolée électriquement dans une telle branche. Le connecteur 2 est formé par un embout femelle de branchement rapide connu en soi, qui est destiné à recevoir une partie mâle complémentaire et à former avec celle-ci un raccord électrique étanche à l'eau, avec isolation électrique par rapport à l'extérieur. Le connecteur 3 est formé par un embout mâle de branchement rapide connu en soi, qui destiné à être engagé dans une partie femelle complémentaire pour former avec celle-ci un raccord électrique étanche à l'eau. Les connecteurs 2 et 3 sont avantageusement complémentaires, ce qui est le cas dans l'exemple représenté. De préférence, ils satisfont à la norme française NF EN 50521. Par exemple, les connecteurs 2 et 3 peuvent être choisis parmi ceux commercialisés dans la gamme MC3 et dans la gamme MC4 de la société Multi-Contact AG (Stockbrunnenrain 8, CH-4123 Allschwil ; internet : www.multi-contact.com). Il peut également s'agir des connecteurs mis sur le marché sous la marque SOLARLOK, par la société Tyco Electronics Corporation. Un premier câble électrique flexible 4 raccorde le connecteur 2 à une première extrémité d'un sous-ensemble intermédiaire 5 constitutif du dispositif de protection 1. Un deuxième câble électrique flexible 4, de même structure que le premier, raccorde le connecteur 3 à une deuxième extrémité de ce sous-ensemble intermédiaire 5, à l'opposé de la première extrémité de ce dernier. Ainsi qu'on peut le voir à la figure 2, le sous-ensemble intermédiaire 5 comprend un unique fusible 6 connu en soi, sur chaque borne 7 duquel est sertie une douille 8 constitutive de l'un de deux éléments conducteurs 9 identiques en métal, par exemple en laiton. Chaque élément conducteur 9 comporte une cosse 11 sertie sur l'âme conductrice 10 de l'un des câbles 4, et raccorde électriquement l'une des bornes 7 du fusible 6 à cette âme conductrice 10. De chaque borne 7 du fusible 6 à l'un des connecteurs 2 et 3, il existe donc un raccordement électrique qui comprend successivement un élément conducteur 9 et l'âme 10 d'un câble 4. Chaque câble 4 possède une gaine isolante 12 dans laquelle son âme 10 passe de manière à être isolée latérallement de l'atmosphère extérieure A et qui est étanche à l'eau. Les gaines isolantes 12 des câbles 4 font partie d'une enveloppe isolante et étanche à l'eau, qui compte également une gangue isolante 13. Cette dernière est moulée d'un seul tenant autour du fusible 6, des éléments conducteurs 9 et d'un tronçon d'extrémité de chaque câble 4, de manière à les renfermer et les séparer de l'atmosphère extérieure A. Plus précisément, la gangue isolante 13 est surmoulée sur son contenu formant un noyau central. Notamment, elle est surmoulée en partie sur le fusible 6. La gangue 13 est étanche à l'eau en même temps qu'elle réalise une isolation électrique entre son contenu et l'atmosphère extérieure A. Cette gangue 13 est surmoulée sur un tronçon d'extrémité de chaque gaine 12, de manière étanche à l'eau, en sorte qu'il y a un recouvrement étanche de chaque gaine 12 sur une partie de sa longueur, par la gangue 13. Dans la zone de jonction entre une gaine 12 et la gangue 13, l'étanchéité à l'eau peut résulter d'un mariage chimique entre le matériau de l'une et celui de l'autre, ces matériaux étant choisis pour leur affinité chimique, c'est-à-dire pour leur capacité à se lier chimiquement entre eux. De manière complémentaire ou alternative, l'étanchéité à la jonction de la gangue 13 et d'une gaine 12 peut également résulter d'un serrage de la première sur la seconde dans la zone de recouvrement, consécutivement au phénomène de retrait dans la gangue 13 dans la phase de solidification et de refroidissement suivant son moulage. La gangue 13 peut être réalisée en tout matériau étanche approprié, notamment en un polymère et, par exemple, en Poly(oxyde de phénylène) encore appelé Polyoxyphénylène (PPO), qui possède des propriétés diélectriques élevées aussi bien que des qualités de résistance aux chocs thermiques et aux intempéries. Sur la figure 3 est partiellement représentée une installation de production d'énergie électrique qui utilise le rayonnement solaire comme source primaire d'énergie et qui comprend plusieurs ensembles de panneaux ou modules photovoltaïques individuels 20 de production d'électricité à partir d'un rayonnement solaire reçu. Les modules photovoltaïques 20 d'un même ensemble sont raccordés en série de manière à se succéder au sein d'une chaîne 21. A cette fin, chaque module photovoltaïque 20 est équipé d'une paire de connecteurs complémentaires, qui sont un connecteur femelle 2 et un connecteur mâle 3. Chaque chaîne 21 de modules photovoltaïques 20 constitue une partie de la longueur de l'une de plusieurs branches en parallèle, dans chacune desquelles un dispositif de protection à usage unique 1 est connecté en série. Une extrémité de chaque chaîne 21 est raccordée à la terre. L'autre extrémité de chaque chaîne 21 est raccordée à une ligne de collecte 22, par l'intermédiaire de l'un des dispositifs de protection à usage unique 1 qui sont lo dispersés en extérieur. La ligne de collecte 22 est équipée d'une succession de connecteurs distants entre eux, qui sont tous des connecteurs femelle 2 dans l'exemple représenté, mais qui peuvent être choisis autrement parmi des connecteurs 15 complémentaires des connecteurs 2 et 3. Dans l'installation de production d'énergie électrique de la figure 3, chaque dispositif de protection à usage unique 1 est connecté au moyen de ses deux connecteurs 2 et 3, dont un est associé à un connecteur complémentaire 2 20 ou 3 du dernier module photovoltaïque 20 d'une chaîne 21 et dont l'autre est associé à un connecteur complémentaire 2 équipant la ligne de collecte 22. L'association de deux connecteurs complémentaires 2 et 3 par engagement de l'un dans l'autre forme un raccord électrique qui est référencé 23 à la figure 3. 25 Toujours à la figure 3, la référence 24 désigne une ligne d'un réseau public de distribution d'énergie électrique en courant alternatif, à laquelle des montages d'adaptation électrique 25 et 26 raccordent la ligne de collecte 22. Divers appareillages électrique sont connectés dans les montages 25 et 26, 30 dont un trouvera un exemple dans le guide UTE C 15-712-1 « Installations photovoltaïques raccordées au réseau public de distribution », paru le 1er juillet 2010 (édité et diffusé par l'Union Technique de l'Electricité - Tour Chantecoq - 5, rue Chantecoq - 92808 Puteaux Cedex - France ; Internet : h ttp ://www. ute-f r.com/). On a constaté que les fusibles 7 des dispositifs de protection 1 s'échauffent moins du fait des courants les traversant que les mêmes fusibles montés dans des porte-fusibles classiques. On pense que cela résulte d'un meilleur refroidissement tenant à ce que la gangue 13 facilite la dissipation de chaleur. On pense également que le surmoulage de cette gangue 13 sur le fusible intervient dans ce meilleur refroidissement, qui est avantageux en ce qu'un moindre échauffement des fusibles se traduit par un accroissement de leur durée de vie. Si une surintensité se produit dans une chaîne 21 de modules photovoltaïques 20, le fusible 6 du dispositif de protection à usage unique 1 raccordant cette chaîne 21 fond et il s'y produit une rupture de la continuité électrique, ce qui coupe la surintensité. Chaque dispositif électrique de protection 1 est à usage unique, c'est-à-dire jetable ou non réutilisable, ce qui signifie qu'il est détérioré et doit être remplacé et jeté dès son premier fonctionnement comme coupe-circuit. En effet, le fonctionnement d'un dispositif de protection 1 conduit à sa destruction. Le démontage d'un dispositif de protection 1 usagé consiste à débrancher ses deux connecteurs 2 et 3, le cas échéant en suivant des préconisations du fabricant de ces connecteurs, ce qui est très aisé à réaliser. On procède de la manière inverse pour installer un dispositif de protection 1 opérationnel à la place d'un dispositif 1 usagé, une fois ce dernier retiré. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit précédemment. En particulier, la gangue 13 peut ne pas être surmoulée, même s'il est avantageux qu'elle le soit. Par exemple, la gangue 13 peut résulter de l'assemblage des différentes parties d'un boîtier ou d'une coque, au lieu d'être surmoulée. Par ailleurs, un ou chaque élément 9 peut être supprimé et, par exemple, remplacé par une soudure de l'âme 10 du câble 4 correspondant directement sur une borne 7. Lorsque tel est le cas, on peut avantageusement choisir un fusible 6 dont chaque borne est équipée d'une patte prévue pour être soudée à un conducteur. En outre, l'invention n'est pas limitée à une application dans le domaine de la production photovoltaïque d'énergie électrique, même si elle trouve avantageusement application dans ce domaine. REVENDICATIONS1. Dispositif électrique amovible de protection à usage unique, comprenant un fusible de coupe-circuit (6) possédant des première et deuxième bornes (7), caractérisé en ce qu'il comporte : des premier et deuxième connecteurs (2, 3) de connexion isolée électriquement de l'atmosphère extérieure (A), dans un circuit électrique, un premier raccordement électrique (9, 10) raccordant le premier connecteur (2) à la première borne (7) du fusible (6), un deuxième raccordement électrique (9, 10) raccordant le deuxième connecteur (3) à la deuxième borne (7) du fusible (6), ainsi qu'une enveloppe (12, 13) isolant électriquement le fusible (6) et les premier et deuxième raccordements électriques (9, 10) de l'atmosphère extérieure (A). 2. Dispositif de protection à usage unique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe (12, 13) sépare de manière étanche à l'eau le fusible (6) et les premier et deuxième raccordements électriques (9, 10) de l'atmosphère extérieure (A), les premier et deuxième connecteurs (2, 3) étant des connecteurs de connexion étanche à l'eau dans un circuit électrique. 3. Dispositif de protection à usage unique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fusible (6) est indémontable hors de l'enveloppe (12, 13) sans détérioration. 4. Dispositif de protection à usage unique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une gangue (13) qui renferme un contenu (6, 9) et qui est surmoulée sur ce contenucomportant le fusible (6) et une partie au moins des premier et deuxième raccordements électriques (9, 10). 5. Dispositif de protection à usage unique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la gangue (13) est surmoulée directement au moins sur une partie du fusible (6, 9). 6. Dispositif de protection à usage unique selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la gangue (13) est isolante électriquement et fait partie de ladite enveloppe. 7. Dispositif de protection à usage unique selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le premier raccordement électrique au moins (9, 10) comporte l'âme conductrice (10) d'un câble (4) de raccordement électrique au premier connecteur, ce câble (4) comprenant une gaine étanche à l'eau (12) dans laquelle passe l'âme conductrice (10), ladite gangue (13) étant étanche à l'eau et étant surmoulée sur un tronçon de la gaine (12), de manière étanche à l'eau. 8. Dispositif de protection à usage unique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacun des premier et deuxième connecteurs est formé par un embout choisi parmi les parties femelle et mâle complémentaires (2, 3) d'un raccord électrique (23) de branchement rapide par engagement de ses parties femelle et mâle (2, 3) l'une dans l'autre. 9. Dispositif de protection à usage unique selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'un des premier et deuxième connecteurs est un embout femelle (2) du raccord électrique (23), l'autre connecteur parmi ces premier et deuxième connecteurs étant un embout mâle (3) complémentaire de l'embout femelle (2). 10. Utilisation d'un dispositif de protection à usage unique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans une installation de production photovoltaïque d'énergie électrique d'origine solaire, le dispositif électrique à usage unique (1) étant connecté de manière amovible en série dans une branche comportant au moins un module photovoltaïque (20) de production d'électricité à partir d'un rayonnement solaire reçu.