Brevet FR2436521A1 — publié le 19800411

La présente invention concerne les installations de distribution d'énergie électrique, et plus particulièrement celles dans lesquelles l'énergie consommée par l'utilisateur est soumise à une tarification d'autant plus élevée que la puissance d'abonnement est plus forte. Pour éviter de souscrire un abonnement pour une puissance trop importante, on a déjà proposé notamment dans le brevet US 2 784 322 des appareils de délestage qui, lorsque la puissance totale demandée à l'installation de distribution dépasse une valeur maximale déterminée, déconnectent automatiquement dans l'installation d'utilisation des charges dites non prioritaires, par exemple constituées par des appareils de chauffage ou de production d'eau chaude sanitaire. Les appareils de délestage connus actuellement sont de conception beaucoup trop complexe, soit qu'ils fassent appel à une régulation fine de puissance pour maintenir celle-ci constamment à la valeur maximum prédéterminée, soit qu'ils prévoient une mesure par courants faibles de la puissance totale qui serait consommée dans l'hypothèse où les charges non prioritaires seraient restées connectées au réseau de distribu tison. Pour aboutir à un appareil de délestage simple, efficace et commode, la présente invention propose un appareil de délestage comprenant - un transformateur d'intensité dont le primaire est monté en série entre une installation de distribution d'énergie électrique et l'ensemble des charges d'une installation d'utilisation, et dont le secondaire est connecté à un redresseur apte à fournir un signal de tension continue proportionnel au courant alternatif d'alimentation, - un comparateur susceptible de comparer cette tension à une valeur prédéterminée réglable et de délivrer en cas de dépassement de ladite valeur un signal d'ouverture d'un interrupteur monté en série avec ?a charge non prioritaire, - une mémoire connectée à la sortie du comparateur et apte à commander dans un premier état d'ouverture ae l'interrupteur et dans un deuxième état de fermeture de l'interrupteur, - un dispositif à retard intercomaecté avec la mémoire de façon que celle-ci peut être mise dans son deuxième état par la sortie du dispositif à retard auparavant enclenché par le passage de la mémoire à son premier état. Le dispositif à retard établit une durée de délestage déterminée en fonction des besoins de la charge non prioritaire ; chaque cycle de délestage commence donc lorsque le courant consommé par l'installation d'utilisation et détecté par le transformateur d'intensité, le redresseur et le filtre passe-bas dépasse une valeur déterminée par le comparateur et s'achève lorsque la connexion est rétablie sous l'effet du passage de la mémoire à son second état. Le dispositif à retard est de préférence un compteur d'impulsions susceptibles de recevoir des impulsions à la fréquence de l'installation de distribution ; la mémoire maintient à zéro ce compteur tant qu'elle est dans son second état et au contraire autorise le comptage dans son premier état le compteur a une sortie connectée à une entrée de la mémoire pour remettre celle-ci dans son second état lorsque le contenu du compteur a atteint un nombre prédéterminé. Il en résulte que la durée de délestage a l'avantage d'être précise et non sujette aux variations des caractéristiques des composants utilisés. L'ordre de grandeur de la durée de retard choisi, de préférence d'environ cinq minutes, est commode puisqu'une interruption du chauffage ou de la préparation d'eau chaude pendant cinq minutes ou plusieurs fois cinq minutes a peu d'incidence sur le confort de l'utilisateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence au dessin annexé dans lequel la figure unique représente une réalisation de l'appareil de délestage selon l'invention0 Sur cette figure, on voit une installation de distribution domestique d'énergie électrique symbolisée par deux bornes 10 et 12 d'alimentation en courant alternatif.La borne 10 est mise au neutre et la borne 12 est connectée à un conducteur de phase 14 qui amène l'énergie électrique vers une installation d'utilisation comprenant à la fois des appareils prioritaires, par exemple des lampes d'éclairage, des appareils électroménagers, etc...-, et des appareils non prioritalres, par exemple des appareils de chauffage ou de production d'eau chaude sanitaire, "dont on peut interrompre temporairement le fonctionnement sans qu'il en résulte d'incommodité pour l'utilisateur". Le conducteur de phase 14 amenant iténergie électrique à l'installation d'utilisation se divise en un conducteur 16 auquel sont connectés les appareils prioritaires et un conducteur îa auquel sont connectés les appareils nonprioritaires. Un contact RLC d'un relais RL, est inséré dans le conducteur 18, en amont des appareils non-prioritaires, pour interrompre ou autoriser, selon le cas, l'arrivée de courant à ces appareils. Pour la simplification du schéma, les appareils d'utilisation connectés à des bornes d'extrémité 20 et 22 des conducteurs 16 et 18 ne sont pas représentés. Dans le conducteur 14 qui est parcouru par la totalité du coursant consommé par l'installation (appareils prioritaires et non prioritaires), on a placé en série ltenrou lement primaire TIP d'un transformateur d'intensité Tu destins à-la mesure du courant dans le conducteur 14, donc de la puissance consommée par l'installation (dans le cas très général où l'alimentation entre les bornes 10 et 12 de distribution se fait à tension de valeur efficace constante). Le secondaire TIS du transformateur dtintensité est connecté aux bornes d'un groupe de résistances RI, R2, R3 de la sorte le courant engendré dans le secondaire TIS fait apparattre aux bornes de celui-ci une tension proportionnelle à chaque instant au courant dans le conducteur 14. Une action de cette tension alternative est pre- levée sur le curseur d 'un potentiomètre PI placé aux bornes de l'une des résistances, R2 par exemple, eb est appliquée à -un redresseur sans seuil produisant à sa sortie des demialternances de signe constate Le redresseur sans seuil est constitué par un amplificateur opérationnel Al à fort gain et par une diode sans seuil D1. L'entrée du redresseur sans seuil est l'entrée non-inverseuse de l'amplificateur AI, connectée au curseur du potentiomètre P7, La sortie du redresseur est bouclée par la diode sur l'entrée inverseuse de l'amplificateur et elle est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance R4. En raison du bouclage et du fort gain de l'amplificateur, la tension aux bornes de la résistance R4 suit exactement la tension du curseur de PI pendant les alternances positives, y compris pour les très faibles valeurs de tension alternative aux bornes du curseur de PI, et elle reste nulle pendant les alternances négatives. Le seuil de redressement existant habituellement dans les redresseurs à diodes est ici supprimé gracie au grand gain de l'amplificateur AI. La tension de sortie du redresseur sans seuil, prise aux bornes de R4, est amenée à un filtre passe-bas constitué par une résistance R5 en série avec une capacité C7 ; ce filtre a pour fonction de fournir à sa sortie une tension continue d'amplitude égale à la valeur crête de la tension alternative présente sur le curseur du potentiomètre Pie La sortie du filtre passe-bas (R5, Ct) est prise aux bornes du condensateur C1 dont la valeur est choisie suffisamment grande pour que les ondulations résiduelles de tension alternative à cette sortie de filtre soient faibles. La résistance R4 a une valeur ohmique sensiblement plus grande que celle de R5 pour que la constante de temps de décharge de CI dans R4 et R5 en série à chaque alternance négative soit nettement plus grande que la constante de temps de charge de C7 à travers D1 et R5. Enfin, la constante de temps R5C1 est choisie assez grande pour que le condensateur se charge progressivement et qu'un retard soit en conséquence apporté aux variations de la tension aux bornes de C1 à la suite de variations de la valeur crête de tension sur le curseur de PI. Le filtre joue donc également un rôle de dispositif à retard ou d'intégrateur des variations de la valeur crête de tension alternative en sortie du redresseur. La tension continue en sortie du filtre R5, CI, proportionnelle à la puissance totale consommée par l'installation électrique, est comparée à une tension continue, réglable, prélevée sur le curseur d'un potentiomètre P2 faisant partie d'un pont diviseur R6, P2, R7, connecté entre le neutre et un conducteur à tension continue fixe V (servant d1ail- leurs également à l'alimentation basse-tension des composants électroniques du circuit tels que les amplificateurs opérationnels, le compteur, etc...). La comparaison est effectuée dans unaiplificateur opérationnel A2 de gain très élevé (en l'absence de résistance de contre-réaction entre sa sortie et son entrée inverseuse), qui reçoit sur une entrée la sortie du filtre passe-bas R5, C1 et sur l'autre entrée la tension continue issue du curseur du potentiomètre P2. La sortie du comparateur (qui est la sortie de l'amplificateur A2) fournit une tension nulle (ou de niveau logique 0) lorsque la tension aux bornes de la capacité CI est supérieure à la tension continue réglable sur le curseur de P2 elle fournit une tension positive (niveau logique 1) lorsque la tension aux bornes de C7 est en-dessous de la valeur de référence de tension présente sur le curseur de P2. Le grand gain de l'amplificateur A2 provoque un fonctionnement en tout ou rien de la sortie de cet amplificateur. La sortie du comparateur est appliquée à une première entrée El d'une mémoire M, cette entrée étant apte à faire passer la sortie de la mémoire M dans un premier âat lorsque le signal sur cette première entrée passe du niveau logique 1 au niveau logique 0 par suite du dépassement d'une intensité prédéterminée dans le conducteur 14. La mémoire M comporte une deuxième entrée E2 capable, lorsque la mémoire est dans son premier état et lorsqu'un signal de niveau logique l est appliqué à cette deuxième entrée, de remettre la sortie de la mémoire M dans un second .état, Dans son premier état, la sortie de la mémoire M commande, par l'intermédiaire d'un transistor T, l'excitation de la bobine du relais RL. Cette excitation du relais -flL provoque l'ouverture du contact RLC, donc l'interruption de l'alimentation des charges non-prioritaires reliées au conducteur 18. Outre l'ouverture du contact RLC, le passage de la mémoire dans son premier état donne un signal d'autorisation de comptage à un compteur C qui reçoit sur une entrée de remise à zéro RAZ la sortie de la mémoire M : dans son premier étant le signal de sortie de la mémoire autorise le comptage ; dans son second état, il maintient le contenu du compteur à zéro en interdisant tout comptage. Le compteur C reçoit en permanence sur une entrée de comptage E3 des impulsions à la fréquence de la tension alternative du réseau de distribution d'énergie électrique (50 Hertz). Ces impulsions sont produites grâce à une diode D2 et un pont diviseur R8, R9 au point milieu duquel apparat une faible tension sous forme de demi-alternances ensuite mises en forme rectangulaire par deux portes NON-ET NI et N2 en cascade et appliquées à l'entrée E3 du compteur C. Une sortie S du compteur est appliquée à l'entrée E2 de la mémoire H. Cette sortie, normalement à zéro, passe à un niveau logique 1 lorsque le contenu du compteur atteint un nombre déterminé. Par exemple, le compteur est un compteur à 214 bits, et la sortie S est la sortie binaire de rang le plus élevé de sorte que la mémoire reçoit du compteur un signal de remise dans le second état lorsque le contenu du compteur atteint la valeur 214 soit 16384, ce qui, pour une fréquence de 50 Hertz correspond à une durée dedélestage d'environ 5 minutes et demie comptée à partir du déclenchement du compteur par le passage de la mémoire à son premier état. Le passage de la mémoire dans son second état provoque la remise à zéro du compteur et l'arrêt du comptage. Bien entendu, on peut prévoir une durée différente en choisissant un compteur de capacité différente ou une autre sortie de compteur pour la relier à l'entrée E2 de la mémoire, ou même en prévoyant en sortie du compteur un système de décodage permettant de faire basculer la mémoire M dans son second état pour une valeur quelconque du contenu du compteur, différente d'une puissance de 2. Le fonctionnement de l'appareil de délestage selon l'invention est le suivant : le contact de relais RLC est normalement fermé. Lorsque des appareils prioritaires ou non-prioritaires sont connectés respectivement aux lignes 16 et 18, le courant global dans le conducteur 14 atteint une certaine valeur et tant que cette valeur reste au-dessous d'une valeur prédéterminée réglable grâce au potentiomètre P2 gradué en ampères) la mémoire M reste dans son second état, maintenant le contact RLC fermé et maintenant le compteur C à zéro. Quand le courant total dans le conducteur 14 vient à dépasser la valeur prédéterminée, il en résulte, après un certain délai du à la charge progressive du condensateur C1, le basculement du comparateur et le passage de la mémoire M, à son premier état donc, d'une part, l'ouverture du contact RLC et la déconnexion des charges non-prioritaires, d'autre part le début du comptage par le compteur C. La ligne non-prioritaire 18 est ainsi délestée pendant la durée de comptage du compteur (environ 5 minutes dans l'exemple numérique choisi) et la ligne 14 d'alimentation générale de l'installation n'est pas surchargée. Après la période de délestage définie par le compteur C, la mémoire M remise dans son -second état referme le contact RLC pour un nouveau test de l'intensité globale dans le conducteur 14 et, si cette intensité est encorde trop élevée, li contact se rouvre pour un nouveau cycle de délestage. Si l'installation de distribution en amont des bornes 10 et 12 est pourvue d'un disjoncteur réglé pour une consommation maximale donnée, il est prévu pour le potentiomètre P2 un réglable tel que le contact RLC stouvre lorsque la consommation de courant dans le conducteur 14 correspond sensible. ment à ladite consommation maximale0 Dans le cas général où l'appareil de délestage est monté en aval d'un disjoncteur à coupure thermique, l'appareil de délestage et le disjoncteur présentent chacun un certain retard de déclenchement en réponse à l'apparition d'une surintensité. Le filtre passe-bas R5C1 définit alors un retard de basculement du comparateur qui est inférieur au temps de déclenchement déterminé par ltenveloppe thermique du disjoncteur (c'est-à-dire la courbe du temps de déclenchement en fonction de la surintensité appliquée) ; le temps de basculement défini par le filtre passe-bas reste cependant supérieur à une valeur minimale pour permettre des surintensités passagères telles que celles apparaissant lors des démarrages de moteurs. il doit être noté que le potentiomètre P2 réglable en continu permet de sélectionner et d'afficher la valeur de puissance maximale pour laquelle on désire déconnecter les charges non prioritaires afin d'approcher au mieux de la puissance maximale autorisée par le disjoncteur. La graduation du potentiomètre P2 est de préférence linéaire en fonction de la résistance de ce potentiomètre, de sorte qu'on peut effectuer un réglage linéaire en fonction de l'intensité parcourant le conducteur 14, car l'ensemble en cascade du transformateur d'intensité, du redresseur sans seuil et du filtre passe-bas possède également une caractéristique linéaire en ce qui concerne les variations de tension aux bornes de CI en fonction des variations d'intensité efficace dans le conducteur 14. Sur la figure unique, on a encore représenté un moyen B pour produire des basses tensions continues V+ et Vd'alimentation pour divers composants de l'appareil à partir de la tension alternative du conducteur 14. Une tension continue Vt est également produite de la mdme manière pour alimenter la bobine du relais RL en série avec le collecteur du transistor T commandé par la mémoire M. La réduction du volume de l'appareil permise par la constitution et l'interconnexion des composants décrits et leur branchement direct sur le réseau d'alimentation permet de loger ces composants à l'intérieur d'un boftier directement encliquetable dans un tableau standard de distribution. REVENDICATIONS 1 - Appareil de délestage d'au moins une charge non prioritaire dans une installation électrique d'utilisation susceptible d'tre alimentée en courant alternatif par une installation de distribution, comprenant : - un transformateur d'intensité dont le primaire est monté en série entre l'installation de distribution et l'ensemble des charges et dont le secondaire est connecté à un redresseur apte à fournir un signal de tension continue proportionnel au courant alternatif d'alimentation - un comparateur susceptible de comparer cette tension à une valeur prédéterminëe réglable et de délivrer en cas de dépassement de ladite valeur un signal d'ouverture d'un interrupteur monté en série avec la charge non prioritaire caractérisé par le fait qu'il comprend une mémoire connectée à la sortie du conipara- teur et apte à commander dans un premier état l'ouverture de l'interrupteur et dans un deuxième état la fermeture de cet interrupteur un dispositif de retard interconnecté avec la mémoire de façon que celle-ci peut être mise dans son premier état par le comparateur puis dans son deuxième état par la sortie du dispositif à retard enclenché par le passage de la mémoire à son premier état. 2 - Appareil selon la revendication l, caractérisé par le fait que le dispositif à retard est un compteur d'impulsions qui est alimenté en impulsions à la fréquence du courant alternatif fourni par l'installation de distribution et qui est connecté à une entrée de la mémoire pour la mettre dans son second état quand le contenu du compteur atteint un nombre déterminé. 3 - Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le compteur d'impulsions est un compteur à 214 bits. 4 - Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le redresseur est du type sans seuil suivi d'un filtre passe-bas, le redresseur sans seuil étant un ampli opérationnel dont l'entrée reliée au transformateur d'intensité au moyen dlune diode est non inverseuse. 5 - Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le filtre passe-bas est constitué par un circuit RC série à la sortie du-redresseur, la constante de temps du circuit RC étant inférieure à celle d'un disjoncteur placé en amont de l'installation d'utilisation. 6 - Appareil selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait que le comparateur reçoit sur une première entrée la sortie du filtre passe-bas et sur une deuxième entrée une tension continue réglable linéairement au moyen dtun potentiomètre d'adaptation au calibre d'un disjoncteur placé en amont de l'installation d'utilisation. 7 - Appareil selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la sortie du comparateur commande directement, par l'intermédiaire de la mémoire et d'un transistor disposé en aval de la mémoire, la bobine d'un relais dont le contact constitue l'interrupteur monté en série avec la charge non prioritaire.