Brevet FR3107404A1 — publié le 20210820

Titre: Installation électrique à émissions d’ondes électromagnétiques réduites L’invention concerne une installation électrique (1) comprenant, en série: - un dispositif de raccordement (2) à un réseau électrique général; - un disjoncteur (3); - un interrupteur automatique de champs (4); - un interrupteur de commande (5); - au moins un appareil électrique (6), caractérisée en ce que l’installation électrique (1) comprend également, intercalé entre le dispositif de raccordement (2) et le disjoncteur (3): - un disjoncteur bipolaire (7); - un transformateur (10) biphasé monté en série du disjoncteur bipolaire (7), : - un différentiel (9) monté en série du transformateur (10) biphasé, le transformateur (10) biphasé étant configuré pour transformer un courant monophasé issu du dispositif de raccordement (2) en un courant biphasé sinusoïdal ayant une première phase présentant un potentiel de X Volts et une deuxième phase opposée à la première phase et présentant un potentiel de –X Volts. Figure pour l’abrégé: Fig. 1 Installation électrique à émissions d’ondes électromagnétiques réduites Le domaine de l’invention est celui de la conception et de la fabrication d’installations électriques. Plus précisément, l’invention concerne une installation électrique à émissions d’ondes électromagnétiques réduites. Les installations électriques présentes dans les habitations ou dans les locaux recevant du public et utilisant un courant en 230 Volts génèrent des champs électriques rayonnant autour des câbles conduisant le courant électrique. Plus particulièrement, les champs électriques sont générés par les câbles électriques (ou fils électriques) sous tension, c’est-à-dire convoyant l’électricité. Pour rappel, un champ électrique, exprimé en Volts par mètre (V/m), se représente sous la forme d’un vecteur s’étendant perpendiculairement à la direction de circulation du courant dans le câble électrique. Le champ électrique est décroissant en fonction de l’éloignement par rapport au câble électrique. Aussi, lorsqu’un appareil électrique est branché sur une prise électrique pour son fonctionnement, il utilise le courant électrique qui circule dans le câble électrique, ce qui engendre la création d’un champ électrique. Il en va de même lorsque ledit appareil est dans une fonction de veille puisque le câble électrique reste sous tension pour alimenter l’appareil. Les champs électriques sont à la fois émis par l’appareil lui-même et par le câble électrique qui alimente l’appareil. Ces champs électriques, identifiés depuis de nombreuses années, peuvent présenter un risque pour la santé des êtres humains. Il est d’ailleurs recommandé que l’exposition des êtres humains aux champs électriques soit inférieure à 5 V/m (en exposition permanente) dans une habitation. Il est donc nécessaire de les atténuer, voire de les supprimer pour minimiser l’exposition des êtres humains. Pour cela, l’utilisation de câbles blindés permet de limiter la propagation du champ électrique autour des câbles. A tout le moins, l’utilisation d’un câble blindé permet de confiner le champ électrique à l’intérieur d’une gaine dans laquelle est logé le câble électrique. Cependant, l’utilisation de câbles blindés présente trois inconvénients majeurs. Premièrement, ce type de câble présente un coût d’achat nettement supérieur à celui d’un câble électrique non blindé. Aussi, une installation électrique formée uniquement à partir de câbles blindés représente un coût important comparativement à une installation dite classique, c’est-à-dire sans câbles blindés. Une telle installation n’est donc accessible qu’à une faible partie de la population. Deuxièmement, l’utilisation de câbles blindés doit avoir été prévue lors de la création de l’installation électrique. En effet, s’il n’est pas impossible, le remplacement de câbles non blindés par des câbles blindés dans une installation existante demeure une tâche fastidieuse et coûteuse pour le possesseur de l’installation électrique. Troisièmement, les câbles blindés ne permettent qu’une atténuation partielle des champs électriques émis par l’installation électrique. En effet, seul le champ électrique émis par les câbles électriques est atténué grâce au blindage. En revanche, le champ électrique émis par les appareils électriques en fonctionnement n’est, quant à lui, pas atténué. L’invention a notamment pour objectif de palier les inconvénients de l’art antérieur Plus précisément, l’invention a pour objectif de proposer une solution permettant d’atténuer les champs électriques émis par une installation électrique dans sa totalité. L’invention a également pour objectif de fournir une telle solution qui soit aisément adaptable à une installation électrique déjà existante. L’invention a en outre pour objectif de fournir une telle solution qui soit modulable pour créer des zones d’atténuation et des zones de non atténuation des champs électriques. Ces objectifs, ainsi que d’autres qui apparaitront par la suite, sont atteints grâce à l’invention qui a pour objet une installation électrique comprenant, en série: - un dispositif de raccordement à un réseau électrique général; - un disjoncteur; - un interrupteur automatique de champs pour assurer une rupture partielle du courant circulant dans l’installation électrique; - un interrupteur de commande; - au moins un appareil électrique, caractérisé en ce que l’installation électrique comprend également, intercalés entre le dispositif de raccordement et le disjoncteur: - un disjoncteur bipolaire; - un transformateur biphasé monté en série du disjoncteur bipolaire; - un différentiel monté en série du transformateur biphasé, le transformateur biphasé étant configurer pour transformer un courant monophasé issu du dispositif de raccordement en un courant biphasé sinusoïdal ayant une première phase présentant un potentiel de X volts et une deuxième phase, opposée à la première phase et présentant un potentiel de –X volts, et en ce que l’interrupteur automatique de champs est du type biphasé. Grâce à une telle installation, il est possible de fortement diminuer les champs électriques rayonnant autour des câbles et des appareils électriques de l’installation électrique. Plus particulièrement, le courant électrique provenant du dispositif de raccordement au réseau électrique général est transformé par le transformateur en un courant biphasé, afin d’atténuer les champs électriques. En effet, le courant sortant du dispositif de raccordement est classiquement un courant monophasé présentant une phase et un neutre, c’est-à-dire une phase avec une valeur de tension non nulle et un neutre à une tension nulle ou quasiment. Lorsque le courant monophasé entre dans le transformateur, il est transformé grâce à l’invention en un courant biphasé de sorte que le neutre devient une phase présentant une tension. Plus précisément, la première phase et la deuxième phase sont sinusoïdales et opposées l’une à l’autre et présentent une tension de valeur absolue égale l’une à l’autre. Ainsi, en tous points de mesure de l’installation, la tension présente dans la deuxième phase vient contrer la tension de la première phase, de sorte que le champ électrique émis pour l’ensemble des deux phases soit atténué par rapport à un courant monophasé. En effet, les deux phases étant généralement accolées ou très légèrement espacées, le champ électromagnétique, qui est perpendiculaire à la direction de déplacement de circulation du courant dans les câbles électriques ou dans les appareils électriques, présente une première composante liée à la première phase et une deuxième composante liée à la deuxième phase. La première composante de la première phase est par exemple positive, dans un premier sens, et la deuxième composante de la deuxième phase est alors négative, dans un deuxième sens opposé au premier sens. La mesure étant réalisée en un point unique, le champ électrique de la deuxième phase provoque une diminution de la valeur du champ électrique de la première phase. Ainsi, le champ électrique global de l’installation mesurée en un même point est significativement réduit pour un courant biphasé par rapport à un courant monophasé. Par ailleurs, le disjoncteur bipolaire permet de protéger thermiquement le transformateur. En effet, le disjoncteur bipolaire évite que le transformateur ne surchauffe et donc ne se détériore. L’interrupteur automatique de champs est quant à lui biphasé pour permettre un fonctionnement sur les deux phases qui présentent chacune une tension non nulle, contrairement à l’art antérieur où le neutre n’est pas alimenté. Selon plusieurs modes de réalisation pouvant, le cas échéant, être combinés, l’installation électrique, et plus précisément les composants de l’installation électrique, présentent les valeurs mentionnées ci-après. De préférence, le transformateur biphasé est configuré pour transformer un courant sinusoïdal ayant une première phase présentant une tension de 230 volts et un neutre présentant une tension nulle ou quasiment, en un courant sinusoïdale ayant une première phase présentant une tension de 115 volts et une deuxième phase opposée à la première phase et présentant une tension de -115 volts. Par ailleurs, le différentiel présente, de préférence, une valeur de 30 milliampères et l’interrupteur automatique de champs présente une valeur 20 milliampères. De même, le disjoncteur est préférentiellement un disjoncteur de 20 ampères. Les valeurs exprimées ci-dessus permettent un fonctionnement nominal de l’installation électrique d’un local dans lequel l’être humain peut évoluer en toute sécurité. Avantageusement, l’installation électrique comprend une résistance intercalée en l’interrupteur de commande et le ou chaque appareil électrique. Cette résistance permet de créer une charge plus importante de consommation pour déclencher l’interrupteur automatique de champs. Selon un mode de réalisation particulier, le transformateur biphasé comprend une dérivation formant une branche de l’installation électrique dans laquelle le courant électrique provenant du dispositif de raccordement n’est pas transformé. Cela permet ainsi de créer une installation électrique dans laquelle une partie de l’installation électrique est alimentée par un courant biphasé qui permet de réduire les champs électriques, et une deuxième partie de l’installation électrique qui est alimentée par un courant monophasé provenant du dispositif de raccordement (donc non transformé). Cela permet également de pouvoir équiper une installation électrique existante de moyens permettant de réduire au moins partiellement les champs électriques pour certains appareils et certaines parties de l’installation électrique tout en conservant inchangée une autre partie de l’installation électrique. Il est donc possible d’éviter un changement de certains appareils déjà présents dans un habitat où un lieu destiné à recevoir du public et qui ne fonctionnerait pas correctement avec un courant biphasé. En outre, cela permet de réduire les coûts de modernisation partielle d’une installation électrique en vue de la rendre moins nocive pour l’homme. Selon un mode de réalisation préférentiel, le disjoncteur bipolaire, le transformateur biphasé et le différentiel sont intégrés dans un boîtier. L’intégration de ces éléments dans un boîtier permet de faciliter la modernisation d’une installation électrique déjà existante. L’invention concerne également un boîtier pour installation électrique telle que décrite précédemment, caractérisé en ce qu’il intègre: - un disjoncteur bipolaire; - un transformateur biphasé monté en série du disjoncteur bipolaire; - un différentiel monté en série du transformateur biphasé, le boîtier présentant des premiers moyens de connexion à un dispositif de raccordement à un réseau électrique général et des deuxièmes moyens de connexion à un disjoncteur d’une installation électrique. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de modes de réalisation préférentiels de l’invention, donnés à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels: est une représentation schématique d’une installation électrique selon l’invention, selon un premier mode de réalisation; est une représentation schématique d’une installation électrique selon l’invention, selon un deuxième mode de réalisation; est une représentation schématique d’une installation électrique selon l’invention, selon un troisième mode de réalisation; est une représentation schématique d’une représentation électrique selon l’invention, selon un quatrième mode de réalisation; est une représentation schématique d’une mesure de champ électrique au niveau d’un câble de l’installation électrique selon l’invention. Les figures 1, 2, 3 et 4 représentent schématiquement une installation électrique 1 selon l’invention, selon différents modes de réalisation. De manière commune, l’installation électrique 1 comprend, en série: - un dispositif de raccordement 2 à un réseau électrique général; - un disjoncteur 3; - un interrupteur automatique de champs 4 pour assurer une rupture partielle du courant circulant dans l’installation électrique 1; - un interrupteur de commande 5; - au moins un appareil électrique 6. Dans le but de réduire les champs électriques émis par l’installation électrique 1 selon l’invention, cette dernière comprend également, intercalés entre le dispositif de raccordement 2 et le disjoncteur 3: - un disjoncteur bipolaire 7; - un transformateur biphasé 10 monté en série du disjoncteur bipolaire 7; - un différentiel 9 monté en série du transformateur biphasé 10. Le transformateur 10 est configuré pour transformer un courant monophasé issu du dispositif de raccordement 2 en un courant biphasé sinusoïdal ayant une première phase présentant un potentiel de X volts et une deuxième phase opposée à la première phase et présentant un potentiel de –X volts. Plus particulièrement, le transformateur 10 est configuré pour transformer le courant monophasé, issu du dispositif de raccordement 1 et présentant: - une première phase à une tension de 230 volts, et - un neutre à une tension nulle, en un courant biphasé sinusoïdal ayant une première phase présentant une tension de 115 volts, et - une deuxième phase opposée à la première phase, et présentant une tension de -115 volts. L’appareil électrique 6 est, à titre d’exemple illustratif et non limitatif, une lampe. Selon un autre mode de réalisation, tel qu’illustré sur la figure 4, l’appareil électrique 6 est une plaque à induction 61. Tel que cela est illustré sur les figures 1, 2, 3 et 4, le disjoncteur bipolaire 7, le transformateur biphasé 10 et le différentiel 9 sont avantageusement intégrés dans un boîtier B. Ce boîtier B est destiné à être installé sur une installation électrique 1 existante pour permettre de réduire, au moins sur une partie de l’installation électrique 1 existante, les champs électriques rayonnants des câbles électriques de l’installation électrique 1 ou des appareils électriques 6. Avantageusement, le boîtier B présente des premiers moyens de connexion B1 au dispositif de raccordement 2 au réseau électrique général, et des deuxièmes moyens de connexion B2 au disjoncteur 3 de l’installation électrique 1. En référence à la figure 1, qui illustre un premier mode de réalisation de l’installation électrique 1 selon l’invention, l’interrupteur automatique de champs 4 est du type biphasé. Ainsi, il permet de pouvoir interrompre la circulation du courant dans chaque phase de l’installation électrique 1 provenant du transformateur 10 pour éviter un rayonnement du champ électrique dans l’installation électrique 1. Toujours en référence à la figure 1, l’installation électrique 1 comprend également une résistance 11 intercalée entre l’interrupteur de commande 5 et l’appareil électrique 6. Cette résistance 11 permet de créer une charge plus importante de consommation pour déclencher l’interrupteur automatique de champs 4. Les figures 2, 3 et 4 illustrent respectivement un deuxième mode de réalisation, un troisième mode de réalisation et un quatrième mode de réalisation, dans lesquels le transformateur 10 comprend une dérivation formant une branche de l’installation électrique 1 dans laquelle le courant électrique provenant du dispositif de raccordement 2 n’est pas transformé. Plus précisément, le transformateur 10 comprend une partie principale 101 permettant la conversion du courant monophasé en courant biphasé, et une dérivation 102 qui ne transforme pas le courant monophasé. Autrement dit, la partie principale 101 permet de transformer le courant monophasé (230V/0V) en courant biphasé (+115V/-115V), tandis que la dérivation permet de laisser circuler le courant monophasé sans le transformer. En référence à la figure 2, l’installation électrique 1 diffère de celle du premier mode de réalisation en ce que seule la dérivation 102 du transformateur 10 est alimentée en courant électrique, et l’interrupteur automatique de champs 4 est un interrupteur monophasé. Cela signifie qu’en sortie du transformateur 10, le courant électrique se présente sous la forme d’une première phase présente une tension égale à 230V et d’un neutre présentant une tension nulle, c’est-à-dire de 0V. Ainsi, seul l’interrupteur automatique de champs 4 permet de limiter le rayonnement de champs électriques lorsque l’appareil électrique n’est pas consommateur d’énergie. En d’autres termes, lorsque l’appareil électrique 6 est simplement sous tension et non utilisé, l’interrupteur automatique de champs 4 reste ouvert, et dès que l’interrupteur de commande 5 est actionné pour permettre l’actionnement de l’appareil électrique 6, l’interrupteur automatique de champs 4 se ferme, permettant d’alimenter en courant électrique l’appareil électrique 6. Ainsi, lorsque l’appareil électrique 6 n’est pas utilisé, le rayonnement du champ électrique reste faible grâce à la présence de l’interrupteur automatique de champs qui peut, à titre d’exemple, être positionné dans un boîtier électrique de l’installation électrique 1. Cela permet que le champ électrique émis par toute la liaison câblée entre l’appareil électrique 6 et le tableau électrique de l’installation électrique 1 soit réduit lorsque l’appareil électrique 6 n’est pas fonctionnel. L’actionnement de l’interrupteur de commande 5 entraîne alors l’ouverture ou la fermeture de l’interrupteur automatique de champs 4. Ce second mode de réalisation peut par exemple être utilisé préalablement à la modernisation d’une installation électrique existante ou en prévision de la création d’une partie dérivation biphasée d’une installation électrique. Selon le troisième mode de réalisation, en référence à la figure 3, l’énergie électrique provenant du dispositif de raccordement 2 traverse le disjoncteur bipolaire 7 puis entre dans le transformateur 10 pour être divisé en un courant biphasé obtenu via la première partie 101 et rester inchangé en traversant la dérivation 102. Toujours en référence à la figure 3, l’installation électrique 1 selon l’invention comprend alors une partie totalement biphasée et une partie monophasée. Dans la partie biphasée, l’interrupteur automatique de champs 4 est un interrupteur du type biphasé permettant d’interrompre intégralement la circulation de courant et donc le rayonnement de champ électrique dans cette partie de l’installation électrique 1. En revanche, dans la partie dite monophasée, comme dans le deuxième mode de réalisation illustré à la figure 2, l’appareil électrique reste alimenté de manière continue par le courant monophasé, seule une partie du champ électrique est atténuée par la présence de l’interrupteur automatique de champs 4 monophasé. En référence à la figure 4, le boîtier B intègre un filtre haute fréquence 8 positionné en amont du transformateur 10, c’est-à-dire entre le disjoncteur bipolaire 7 et le transformateur 10. Ce filtre hautes fréquences 8 permet de réduire également les champs électriques dans l’installation électrique 1, notamment lorsqu’un courant porteur en ligne (CPL) est utilisé. Un tel courant CPL, qui présente des valeurs de tensions importantes (ou fréquences hautes), contrairement au courant circulant habituellement dans l’installation électrique 1, est atténué par le filtre de hautes fréquences 8, de sorte à limiter les champs électriques induits dans l’installation électrique 1. Cela est notamment le cas avec les appareils de suivi de consommation électrique installés sur les lignes et sur les installations électriques existantes pour permettre de réaliser un relevé de la consommation à distance. En outre, ce quatrième mode de réalisation diffère des précédents en ce que, en sortie de la dérivation 102 du transformateur 10, l’appareil électrique 6 est une plaque à induction 61 qui est reliée au transformateur 10 via le disjoncteur 3 et le différentiel 9. En d’autres termes, certains appareils électriques 6 peuvent ne pas fonctionner, ou mal fonctionner, en étant alimentés par un courant biphasé +115V/-115V. Dès lors, il est nécessaire de conserver une alimentation de ces appareils électriques 6 par un courant monophasé 230V/0V. Par ailleurs, de tels appareils électriques 6 ne permettent pas un fonctionnement optimal des interrupteurs automatiques de champs 4. A titre d’exemple, les interrupteurs automatiques de champs 4 peuvent se fermer pour permettre l’alimentation électrique de l’appareil électrique 6 mais ne s’ouvrent pas lorsque l’appareil électrique 6 est éteint. Dès lors, aucun interrupteur automatique de champs 4 n’est installé sur la partie de l’installation alimentée par la dérivation 102 du transformateur 10. En revanche, la partie de l’installation alimentée par la partie principale 101 du transformateur 10 est similaire à l’installation décrite selon le premier mode de réalisation, en référence à la figure 1. En référence à la figure 5, l’atténuation des champs électriques est à présent décrite. La figure 5 illustre de manière schématique les deux phases sortant de la partie principale 101 du transformateur biphasé 10, à savoir une première phase PH1 présentant un potentiel de 115V et une deuxième phase PH2, opposée à la première phase PH1, et présentant un potentiel de -115V. En un point de mesure M situé respectivement à une distance d1 et d2 de la première phase PH1 et de la deuxième phase PH2, on constate un premier champ électrique E1 induit par la première phase PH1 et un deuxième champ électrique E2 induit par la deuxième phase PH2. Tel que cela est représenté sur la figure 5, le champ électrique E1 induit par la première phase PH1 et le champ électrique E2 induit par la deuxième phase PH2 sont opposés l’un par rapport à l’autre. Autrement dit, le champ global électrique E, défini par l’ensemble de la première phase PH1 et de la deuxième phase PH2, est la résultante des composantes du champ électrique E1 induit par la première phase PH1 et du champ électrique E2 induit par la deuxième phase PH2. Il est rappelé que le champ électrique, pour chaque phase, se représente par un vecteur perpendiculaire à la direction de circulation du courant dans les phases. Ainsi, pour un point de mesure M commun, et tel que cela est illustré sur la figure 5, le champ électrique E2 induit par la deuxième phase PH2 s’oppose en partie au champ électrique E1 de la première phase PH1. Ainsi, le champ électrique global E est inférieur au champ électrique E1 induit par la première phase PH1, par l’opposition du champ électrique E2 de la deuxième phase PH2 et du champ électrique E1 de la première phase PH1. Il est également à rappeler que le champ électrique diminue ou décroit en fonction de la distance de la phase qu’il induit. En d’autres termes, cela explique, tel que cela est représenté sur la figure 5, que pour des phases présentant une valeur absolue de tension égale, le champ électrique E2 induit par la deuxième phase PH2 soit inférieur au champ électrique E1 induit par la première phase PH1. Cela explique également que le champ électrique global E ne soit pas nul mais uniquement réduit puisque, à partir du même point M de mesure, la deuxième phase PH2 est plus éloignée que la première phase PH1. Grâce à l’utilisation du transformateur 10 biphasé qui permet de réduire le champ électrique global E de l’installation électrique 1, il est possible d’offrir une installation électrique 1 plus saine pour les êtres humains. En effet, la présence du transformateur biphasé 10 dans l’installation électrique 1 permet, par l’opposition de phase de tension absolue égale, d’engendrer une diminution du champ électrique global E, puisque les champs électriques respectifs de chaque phase s’opposent au moins en partie. Installation électrique (1) comprenant, en série: - un dispositif de raccordement (2) à un réseau électrique général; - un disjoncteur (3); - un interrupteur automatique de champs (4) pour assurer une rupture partielle du courant circulant dans l’installation électrique (1); - un interrupteur de commande (5); - au moins un appareil électrique (6), caractérisée en ce que l’installation électrique (1) comprend également, intercalé entre le dispositif de raccordement (2) et le disjoncteur (3): - un disjoncteur bipolaire (7); - un transformateur (10) biphasé monté en série du disjoncteur bipolaire (7), : - un différentiel (9) monté en série du transformateur (10) biphasé, le transformateur (10) biphasé étant configuré pour transformer un courant monophasé issu du dispositif de raccordement (2) en un courant biphasé sinusoïdal ayant une première phase présentant un potentiel de X Volts et une deuxième phase opposée à la première phase et présentant un potentiel de –X Volts, et en ce que l’interrupteur automatique de champs (4) est du type biphasé. Installation électrique (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le transformateur (10) biphasé est configuré pour transformer un courant sinusoïdal ayant une première phase présentant une tension de 230 Volts et une deuxième phase présentant une tension nulle ou quasiment, en un courant sinusoïdal ayant une première phase présentant une tension de 115 Volts et une deuxième phase opposée à la première phase et présentant une tension de –115 Volts. Installation électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le différentiel (9) présente une valeur de 30mA et l’interrupteur automatique de champs (4) présente une valeur 20mA. Installation électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le disjoncteur (3) est un disjoncteur de 20 A. Installation électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comprend une résistance (11) intercalée entre l’interrupteur de commande (5) et le ou chaque appareil électrique(6). Installation électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le transformateur (10) biphasé comprend une dérivation (102) formant une branche de l’installation électrique (1) dans laquelle le courant électrique provenant du dispositif de raccordement (2) n’est pas transformé. Installation électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le disjoncteur bipolaire (7), le transformateur (10) biphasé et le différentiel (9) sont intégrés dans un boîtier (B). Boîtier (B) pour installation électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il intègre: - un disjoncteur bipolaire (7); - un transformateur (10) biphasé monté en série du disjoncteur bipolaire (7), - un différentiel (9) monté en série du transformateur (10) biphasé, le boîtier (B) présentant des premiers moyens de connexion (B1) à un dispositif de raccordement (2) à un réseau électrique général et des deuxièmes moyens de connexion (B2) à un disjoncteur (3) d’une installation électrique (1).