Brevet FR2590030A1 — publié le 19870515

La présente invention concerne un dispositif de mesure de l'intensité d'un courant alternatif et, plus particulièrement, du courant alternatif du secteur fourni à une installation. Deux méthodes bien connues sont utilisées pour mesurer les courants alternatifs: la mesure sur shunt et la mesure par transformateur d'intensité. Dans la mesure sur shunt, on monte, en série avec le conducteur transportant le courant à mesurer, un shunt, c'est-à-dire un composant purement résistif muni de deux bornes. La résistance du shunt entre ses bornes est déterminée avec précision si bien qu'il suffit de brancher un voltmètre alternatif aux bornes du shunt pour conna;- tre l'intensité à mesurer. La résistance du shunt doit être assez grande pour que la tension engendrée par la chute ohmique entre les bornes soit assez grande pour rendre la mesure possible, mais également assez faible pour que la chute de tension ne soit pas sensible vue du reste de l'installation et surtout pour que la puissance qui y est dissipée soit relativement faible. Les dimensions et la nature du shunt sont imposées par des conditions telles que: la puissance maximale dissipée, la sensibilité, l'encombrement, l'interchangeabilité, la linéarité en fonction du courant transporté et la stabilité en température. Les avantages du shunt sont la simplicité de son montage et son faible prix Ses inconvénients sont le manque d'isolement galvanique qui en interdit l'utilisation en montage triphasé. Dans la mesure par transformateur d'intensité, on prévoit un enroulement primaire d'un petit nombre de spires (1 à 5 spires, par exemple) constituée par le conducteur dans lequel passe le courant à mesurer, un enroulement secondaire à nombre de spires élevé, et un circuit magnétique. L'intensité dans l'enroulement secondaire est proportionnel à l'intensité à mesurer, le rapport de proportionnalité étant égal à l/n. L'avantage du transformateur d'intensité est l'isolement galvanique permettant son utilisation dans des alimentations triphasées. Ses inconvénients sont d'abord dus au nombre de spires de l'enroulement secondaire qui peut atteindre 1000, ce qui implique un temps de fabrication long, donc un coût élevé. Enfin, pour des intensités élevées, on est conduit à des dimensions importantes de la section du circuit magnétique afin d'éviter la saturation magnétique. Comme il faut réserver au centre du circuit magnétique un espace suffisant pour le passage du conducteur transportant l'intensité à mesurer, l'encombrement du circuit magnétique peut être prohibitif et chaque spire de l'enroulement secondaire est longue. Etant donné les inconvénients des deux méthodes de mesure connues, il était nécessaire de rechercher une nouvelle méthode les évitant et permettant d'utiliser un dispositif de mesure qui soit utilisable dans des appareils de délestage montés dans des installations de distribution électrique afin d'y limiter la puissance électrique demandée. En effet, ces appareils, prévus pour des usages domestiques ou des petites -installations collectives, doivent, à la fois, être peu chers et pouvoir être montés dans des coffrets modulaires de forme et de section pratiquement normalisées. Un objet de l'invention consiste à prévoir un tel dispositif de mesure qui soit à la fois bon marché et compatible avec la modularité des coffrets des délesteurs. Il faut noter que de tels dispositifs de mesure dans lesquels l'isolement galvanique est assuré peuvent être utilisés dans des réseaux de distribution alimentés en triphasé. Suivant une caractéristique, il est prévu un dispositif de mesure d'intensité d'un courant électrique alternatif à shunt conduisant le courant électrique à mesurer, dont les bornes du shunt sont reliées à l'enroulement primaire d'un transformateur de rapport, de préférence, voisin de 1, les bornes de l'enroulement secondaire du transformateur étant reliées à un voltmètre alternatif ou à une entrée d'un comparateur de tension dont l'autre entrée est reliée à une source de tension de consigne. Suivant une autre caractéristique, le transformateur comprend un noyau torique ayant une inductance telle que le rapport de celle-ci multipliée par la pulsation du courant à la somme des résistances du shunt et de l'enroulement primaire soit de l'ordre de 10. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est un schéma électrique illustrant le fonctionnement du dispositif de mesure de l'invention, la Fig. 2 est un suite de schémas électriques équivalents permettant d'illustrer les calculs des caractéristiques du noyau magnétique du transformateur du dispositif de la Fig. 1, et la Fig. 3 est une vue schématique illustrant les paramètres du noyau magnétique. Dans le schéma de la Fig. 1, on a représenté un shunt SH monté en série avec un conducteur F qui est traversé par le courant dont on veut mesurer l'intensité I. Les bornes du shunt SH sont reliées aux bornes de l'enroulement primaire PRI d'un transformateur T. Les bornes de l'enroulement secondaire SEC du transformateur T sont reliées à celles d'un voltmètre alternatif VMA. Le rapport du transformateur T est indiqué égal à 1. Il en résulte qu'en première approximation la tension Vs aux bornes du voltmètre VMA est égal au produit de la résistance Rsh du shunt SH par l'intensité I, Vs = Rsh . I Le schéma a de la Fig. 2 est un schéma équivalent de celui de la Fig. 1. Dans le circuit primaire du transformateur T, on a montré une source électromotrice Ee de résistance nulle en série avec la résistance Rsh et le primaire PRI. Le circuit secondaire est inchangé. Le schéma b de la Fig. 2 est un autre schéma équivalent avec dans le circuit primaire du transformateur T, la résistance Rpri de l'enroulement primaire en série avec la source Ee, la résistance Rsh et le primaire PRI qui est supposé sans résistance. Dans le circuit secondaire, on a fait apparaître la résistance du secondaire Rsec en série avec le secondaire SEC, supposé parfait, et la résistance de charge Rch aux bornes de laquelle apparaît le voltmètre VMA. Le schéma c de la Fig. 2 est un troisième schéma équivalent dans lequel le transformateur qui est de rapport 1 est simplement remplacé par une inductance L en série avec la source Ee, la résistance Rsh et la résistance Rpri. Dans ce schéma, on a supposé que la résistance Rsec était négligeable devant la résistance de charge Rch supposée infiniment grande. La tension Vs à mesurer apparaît donc directement aux bornes de l'inductance L. La tension Vs est alors donnée par la formule: avec L tga = Rsh + Rpri Ee et Vs étant les modules de la tension de source et de la tension mesurée, et étant la pulsation du courant alternatif. Il apparaît qu'en fonction de tga le rapport Vs/Ee varie comme l'indique le tableau suivant: tga 0,1 1 5 10 Vs/Ee 0,0995 0,707 0,98 0,998 Avec un tore en tôles d'acier au silicium orientées dont les dimensions sont les suivantes: diamètre extérieur 15,6 mm diamètre intérieur 10,6 mm hauteur 6,5 mm facteur d'empilage 0,9 perméabilité relative 10 000 l'inductance L est approximativement donnée par la formule: 2 -6 L = n 5 10 où n est le nombre de spires de l'enroulement primaire. Pour n pris égal à 21, le produit L est alors égal à 700 10 3 Ohms. Comme le montre le tableau ci-dessus, il est indiqué de choisir une valeur de tga nettement supérieure à 10, ce qui conduit sensiblement à Vs = Ee. Dans le dénominateur (Rsh + Rpri), la résistance du shunt SH peut être négligée devant la résistance de l'enroulement primaire. Si l'on choisit tga égal à 14, il apparaît que la résistance Rpri doit être égale à 0,7/14 Ohms. Avec les dimensions du noyau magnétique mentionnés plus haut et un nombre de spires n égal à 21, la longueur de l'enroulement primaire est de l'ordre de 0,4 mètre. Pour un cuivre de résistivité de l'ordre de 2 1n-8 Ohm/m, on est 2 conduit à un fil de cuivre de section de l'ordre de 0,16mm , soit un diamètre de l'ordre de 15 dixième de millimètre. On peut vérifier qu'avec un nombre de spires de l'enroulement secondaire égal à 22, ce qui conduit à un rapport de transformation légèrement supérieur à 1, le tore magnétique laisse largement de la place pour loger les 43 fils, avec leurs gaines isolantes. Le rapport supérieur à 1 permet de compenser les pertes de couplage et les pertes dues à la résistance du fil primaire. Dans d'autres exemples de réalisation, tout en conservant, pour le tore magnétique, les dimensions mentionnées ci-dessus, on a choisi, au lieu des tôles au silicium, des ferrites dont l'une conduit à une inductance égale à 6,8 mH et une résistance d'enroulement primaire égale à 0,2 Ohm et l'autre à une inductance de 12 mH et une résistance d'enroulement primaire de 0,35 Ohm. Par ailleurs, si l'on choisit 30 mV comme valeur maximale de la tension Vs, on peut vérifier que l'induction Beff dans le noyau ne sature pas ce dernier, ce qui est, bien entendu, une condition nécessaire au bon fonctionnement de la mesure. On appréciera que le transformateur T apporte un isolement galvanique qui permet d'utiliser plusieurs dispositifs du type mentionné dans des réseaux triphasés. Quand un dispositif de l'invention est utilisé dans un délesteur, une borne du secondaire est reliée par un amplificateur-redresseur-adaptateur d'impédance à une entrée d'un comparateur de tension à l'autre entrée duquel est appliquée une tension représentant une valeur de consigne. REVENDICATIONS 1) Dispositif de mesure de l'intensité (I) d'un courant électrique alternatif à shunt (SH) conduisant le courant électrique à mesurer, caractérisé en ce que les bornes du shunt (SH) sont reliées à l'enroulement primaire (PRI) d'un transformateur (T), les bornes de l'enroulement secondaire (SEC) du transformateur (T) étant reliées à un appareil de mesure ou de comparaison de tension (VMA). 2) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport de transformation du transformateur (T) est égal ou légèrement supérieur à l'unité. 3) Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le transformateur (T) comprend un noyau torique ayant une inductance (L) telle que le rapport de celle-ci multipliée par la pulsation du courant à la somme des résistances du shunt (SH) et de l'enroulement primaire (PRI) soit de l'ordre de 10. 4) Délesteur d'installation électrique caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de mesure d'intensité de courant électrique alternatif suivant l'une des revendications 1 à 3. 5) Délesteur d'installation électrique alimenté en triphasé, caractérisé en ce qu'il comporte des dispositifs de mesure d'intensité de courants électiques alternatifs suivant l'une des revendications 1 à 3.