Brevet FR3115424A1 — publié le 20220422

Système en capacité d’absorber des surtensions là où elles se produisent naturellement par le climat sur une installation électrique d’habitation ou d’entreprise ou, quand elles se produisent techniquement sur un transformateur d’intensité monté sur un moyen de transport, à des fins de génération de courants propulsifs. Ce système intègre une super capacité, des diodes de redressement et des diodes montées en séries, calibrées en fonction de l’intensité qu’elles sont sensées laisser passer, ainsi qu’un circuit de secours. L’énergie des surtensions ponctuelle accidentelle ou créer par un fonctionnement aléatoire est ainsi stockée pour être ré-injectée avec le moins de perte possible vers l’alimentation. Fig.1 pour Abrégé Circuit de récupération d’énergie stockant l’énergie de la foudre sur les réseaux d’alimentation ou sur des transformateurs d’intensité intégrés à la propulsion sur les véhicules spatiaux, aériens, marins et roulants. 1 er constat : Les transformateurs d’ (T.I.) sont peu utilisés alors que beaucoup d’installations ont besoin de fortes intensités. Ils sont surtout connus pour leur utilisation pour faire des mesures de courants forts, en effectuant un rapport de transformation de 10, 20 ou 30 pour réaliser la mesure avec un ampèremètre ou un wattmètre de calibre standard. Cette utilisation se fait sur les réseaux alternatifs. 2 ème constat : Le transformateur d’intensité est aussi utilisé sur les cartes électroniques de commande de thyristor afin de piloter leur gâchette avec un courant de commande impulsionnel. Ce n’est pas un courant continu, mais un courant variable. Le transformateur d’intensité peut fonctionner avec un courant redressé, mais pas lissé, car sans variation de courant, il n’y a pas de variation de flux et sans variation de flux, il n’y a pas de courant secondaire dans un transformateur d’intensité. Il ne peut donc pas fonctionner en courant continu lissé. 3 ème constat : Les transformateurs d’intensités sont des systèmes réversibles mais la transformation du courant faible en courant fort n’est pas utilisée industriellement. 4 ème constat : Les transformateurs d’intensité doivent préalablement rester en court circuit, avant leur utilisation, car à la différence du transformateur de puissance (appelé transformateur de tension par défaut), les bobinages primaires et secondaires doivent rester actifs ensemble, sous peine de destruction rapide des isolants placés autour du circuit magnétique et autour du fil maintenu en inaction forcée, engendrant des surtensions très fortes, détruisant l’isolant prévu pour résister à de faibles tensions, car ses bobinages sont justes là pour transformer du courant et l’obligation de transformation peut induire ces surtensions destructrices si un des 2 circuits est actif et que l’autre est accidentellement débranché ou déconnecté. 5 ème constat : Du fait de cette faiblesse, les transformateurs de courant sont peu utilisés en dehors du champs de la mesure de courant, alors qu’ils représentent un levier de puissance très intéressant techniquement si un circuit de protection peut palier à cette faiblesse structurelle, afin de retirer son talon d’Achille technique, à cet appareil. Etat de l’art : Le brevet FR3047084A1 apporte une solution à la protection des transformateurs d’intensité pour la mesure. C’est un dispositif de mesure de courant protégé contre les surtensions en cas d’ouverture de circuit. Il est donc décrit comme un système protégeant exclusivement les mesures de courant par son titre et par sa première revendication, mais également caractérisé par le fait qu’il faut 2 transformateurs d’intensités identiques avec les mêmes tores et le même nombre de spires sur les 2 transformateurs d’intensités, selon les revendications 2 et 3. Axe de développement de l’invention : L’intérêt se portera sur une autre catégorie d’utilisation du transformateur d’intensité car la mesure n’a qu’un intérêt minime par rapport aux marchés de l’énergie et du transport, en général ; pour lesquels un changement vers le développement durable est plutôt souhaité et pour lesquels le transformateur d’intensité peut jouer un rôle important, en dehors du champ de la mesure des intensités. Caractère de l’invention proposée: L’invention présentée ici, exclue son utilisation à des fins de mesures d’intensités et de protection de ces dispositifs de mesure d’intensité, car ce n’est pas du tout son objectif marché. L’axe du développement se portera sur la récupération d’énergie sur les installations en zone AQ2 de foudroiement élevé ainsi sur les véhicules spatiaux, aériens, marins et roulants , utilisant des transformateurs d’intensité à des fins d’augmentation de courants propulsifs et sur la notion de récupération énergétique de stockage opérant contre les surtensions; car si on peut considérer la surtension sur un dispositif de mesure comme un événement rare et dangereux, il peut devenir un événement courant, dès lors qu’on est protégé contre son action et contre la perte d’énergie que représente cet état de circuit ouvert de manières répétitives, fortuites ou engendrées par une situation choisie ; parce que l’on sait que le système de récupération énergétique opérant contre les surtensions, jouera son rôle. C’est là qu’une anomalie de fonctionnement devient normale, parce qu’elle est prévue. On peut le comprendre en regardant d’autres domaines techniques où les surpressions (équivalentes aux surtensions) sont considérées comme naturellement engendrées et pour lesquelles une solution adaptée existe, sans parler de « sécurité ». Par analogie scientifique, si l’on compare une surtension à une surpression dans le domaine thermique ; des flux de montées en température récurrentes entraînent également des montées en pression de systèmes de chauffage, répétitives et les thermiciens ont un vase d’expansion qu’il dimensionne en fonction de la quantité d’eau en expansion qu’engendrera la variation de température par rapport à la quantité d’eau que peut contenir le circuit hydraulique de chauffage. De cette manière le vase qui est pré-gonflé à une pression de service de 2,5 bars, est capable d’emmagasiner ponctuellement et de manière répétitive le volume en expansion dû à la montée en température et en pression, sans que cela n’engendre de surpression et de rupture de tuyaux ou de rupture de soudure sur l’équipement de chauffage à eau ; là où en électrotechnique, l’isolation galvanique du transformateur d’intensité se rompt quand une surtension trop importante finie par mettre en contact les fils des bobinages avec le circuit magnétique. Le transformateur d’intensité crée par lui même le circuit de décharge de courant dont il a besoin pour fonctionner, faute de pouvoir passer quand c’est nécessaire par le circuit de charge. Les bouteilles « coup de bélier » sont aussi là pour ce type de « défaut » et œuvrent sur les circuits hydrauliques froid, de la même manière, sans que l’on parle de « sécurité », parce que cet effet est simplement prévu, à des fins perpétuelles intéressantes, quelque fois même, pour en tirer un avantage de rendement. S’il y a trop d’eau dans le circuit d’eau, ou si le vase est trop petit, alors la soupape de sécurité s’ouvre et fait sortir le volume d’eau risquant d’engendrer une surpression dangereuse pour l’installation, quand on la fait monter en température. Je note que dans le domaine électrique des transformateurs d’intensité, pour les courants forts, ou dans les installations habitations ; seul l’équivalent de « la soupape de surpression » est prévue en sécurité et à plusieurs formes selon le brevet que l’on regarde, c’est une varistance, une résistance ou une résistance couplée à un klixon, ou un condensateur, ou un triac ou une protection par des cartouches parafoudre ; dans les tableaux électriques des régions ou la foudre frappe souvent. Alors que l’équivalent du vase d’expansion ressemblerait plus à un système de stockage de taille proportionnelle au transformateur d’intensité dont la tension est absorbée dès qu’elle dépasse le seuil de la tension résiduelle nominale observée aux bornes du bobinage secondaire d’intensité lorsqu’il fonctionne normalement. Une super-capacité dimensionnée semble être l’équivalent utile du vase d’expansion, car pour un fort courant, un seul condensateur serait vite plein et risquerait sous l’effet d’une suite de surtension de voir son diélectrique se rompre. Une batterie connaitrait une surchauffe par son courant de charge brutal s’il est répétitif et finirait par nuire à la capacité chimique de charge de la batterie, car elle doit se charger lentement et progressivement et pas violemment ; là ou la super capacité peut écrêter la tension en absorbant des milliers de fois un courant brutal important, sans souffrir techniquement et sans perdre une énergie, par effet joule, dans une résistance. Ensuite, les 2,5 bars de pression sont une pression de service qu’on peut assimiler à une tension de service, qu’on appelle la tension nominale du bobinage secondaire, en électrotechnique. Même si cette tension est théoriquement nulle ; toute forme de résistance du circuit secondaire en engendre une et il convient de partir de cette résistance nominale de service pour que le circuit de récupération des surtensions ne fonctionne que si l’on dépasse de 10% la tension nominale de fonctionnement de la charge du bobinage secondaire. Tout ce qui peut être dangereux sera ainsi absorbé. C’est pourquoi utiliser des diodes en série calibrées selon l’intensité secondaire et nécessitant de 0,7 à 1,2 volts en tension de passage peuvent être disposées en série avec la super-capacité dimensionnée, afin de ne charger la super-capacité que lorsqu’ on excède la tension nominale de la charge du transformateur d’intensité. Laisser une ou plusieurs résistances en tant que système contre les surtensions consomme par l’effet joule, et cela n’est pas souhaitable de laisser partir de l’énergie en pure perte tout le temps au lieu de ne récupérer cette énergie, juste quand c’est nécessaire. Si plusieurs milliers de surtensions répétitives écrêtées ont fini par atteindre la limite de tension au delà de laquelle il serait dangereux d’aller, parce que l’on arrive à 80% de la tension d’isolement du bobinage secondaire ou à 80% de la charge totale de la super-capacité, alors on peut réinjecter en « power-back » cette énergie stockée dans le circuit d’alimentation. Comme pour le circuit de chauffage, la membrane élastique du vase d’expansion refoule la pression pour qu’il ne manque pas de pression à froid dans le circuit. Du côté électrique, cela peut se faire automatiquement en décélération sur un moyen de transport pour restituer l’énergie pour qu’elle ne soit pas perdue. Les voitures électriques font cela également en décélération dans les descentes. Comme les fonctionnements du transformateur d’intensité peuvent être ou alternatif ou impulsionnel ou à courant variable, il faut si ce fonctionnement est alternatif ; intercaler un pont de diode (1) avant les diodes en série (2) et la super-capacité (3), pour que toutes les surtensions positives ou négatives puissent être écrêtées en stockant cette énergie toujours au même endroit. Voir partie technique Fig. 1. Dans l’invention ainsi structurée l’équivalent électrique de la « soupape de sécurité » intervenant si la super-capacité est HS est en fait déjà un rôle joué par la super capacité ; car si elle est en court circuit, elle continue de protéger le secondaire du transformateur au delà de la tension de service, donc sans nuire à son fonctionnement principal. Par contre, elle n’emmagasine plus l’énergie et n’est donc plus en capacité de la restituer. Une petite carte électronique de contrôle de tension aux bornes de la super capacité peut informer qu’elle ne se remplie plus quand le courant la traverse, pour donner une information lumineuse sur le tableau de bord du moyen de transport. Un circuit de secours, identique à celui qui vient d’être décrit, peut alors permettre au conducteur de continuer son chemin en ayant conscience qu’il doit faire changer la super capacité principale, isolée par contacteur, tout en continuant avec celle de secours (5). Dans la partie technique Fig1: La carte électronique (4), les contacteurs, les diodes de redressement et celles se chargeant de la fabrication de la tension de seuil peuvent former un équipement packagé avec la super capacité. Ce dispositif peut fonctionner également pour protéger une installation électrique individuelle, car les surtensions dues aux éclairs sont généralement subdivisées par un nombre X d’utilisateurs du réseau touché et l’intensité est limité par la résistance que présente la ligne de distribution, avant d’arriver au tableau électrique de l’habitation. Pour les résidences principales, cela permet de ne pas retrouver son congélateur à l’arrêt, en rentrant de vacances, avec des parafoudres HS dans le tableau électrique, car l’écrêtage de tension fonctionnera de la même manière. Mieux vaut retrouver une partie de l’énergie d’un éclair dans une super capacité que l’on va pouvoir utiliser via un onduleur, que de devoir nettoyer son congélateur en jetant les denrées qu’on a perdues. La foudre n’est qu’une quantité d’énergie. En équipant des quartiers en zone AQ2 pour récupérer cette énergie sur 100.000 habitations équipées de l’invention, la foudre peut servir au lieu de desservir, comme cela est déjà le cas pour les autres forces dangereuses de la nature. Le feu et le vent n’étaient que dangereux avant d’en faire de l’énergie maitrisée avec des inserts à bois et des éoliennes. Dispositif électrique permettant la récupération d’énergie sur les véhicules spatiaux, aériens, marins et roulants utilisant des transformateurs d’intensités à des fins d’augmentation de courants propulsifs et intégrant la notion de récupération énergétique s’opposant aux surtensions dû aux découplages répétitifs du circuit secondaire du ou des transformateurs d’intensités, quel qu’en soit la cause. Circuit série de diodes selon la revendication 1 permettant d’obtenir une tension de déclenchement du dispositif de récupération d’énergie, dès que la tension nominale d’un bobinage est dépassée de 10% pour basculer l’énergie produite par le bobinage secondaire vers une super capacité à même de stocker sous forme électrostatique, l’énergie emmagasinée dans le noyau magnétique du transformateur d’intensité. Super capacité selon la revendication 1 en charge de récupérer le courant et d’écrêter la tension sur le bobinage secondaire pour qu’il n’endommage pas l’isolation du transformateur d’intensité en le soumettant à des surtensions Circuit redresseur selon la revendication 1 permettant d’orienter les surtensions venant des bornes du circuit secondaire du transformateur d’intensité quelque soit son sens, au travers des diodes et vers la super capacité en charge d’emmagasiner cette énergie. Système de détection de défaut de charge de la super capacité, mesurant la tension quand la super capacité est traversée par un courant indiquant sur le tableau de bord du moyen de transport, si un défaut de charge existe et basculant avec des contacteurs, le bobinage secondaire sur le circuit de secours, opérant de la même manière que le circuit principal. Système d’écrêtage des surtensions et de récupération d’énergie associé à une super capacité et à des diodes de redressement pouvant être complémentaire des systèmes de parafoudres pour récupérer l’énergie de la foudre sur un réseau électrique d’habitations, ou sur un réseau électrique d’entreprises ; en zone à fort risque de foudroiement, dès qu’une surtension anormale expose à un risque de suralimentation, tous les récepteurs branchés sur les réseaux électriques. Système packagé intégrant une super capacité, des diodes de redressement et des diodes en série développant ensemble une tension de seuil supérieure afin d’absorber et de stocker l’énergie d’une surtension réseau ou de transformateurs d’intensité.