Brevet FR2694405A1 — publié le 19940204

DISPOSITIF DE MESURE DE LA CONSOMMATION D'ENERGIE ELECTRIQUE La présente invention a pour objet un dispositif de mesure de la consommation d'énergie électrique, plus particulièrement dans un local. I1 est bien connu que la facturation de la consommation de 11 énergie électrique par un usager se fait à l'aide de compteurs installés chez les usagers. Ces compteurs peuvent être soit du type électromécanique soit du type électronique. De façon classique, ces compteurs mesurent la puissance active qui, en monophasé, s'exprime par la formule P = U.I dans laquelle U et I sont des vecteurs représentant le courant et la tension. Si l'on appelle Q, le déphasage entre la tension et le courant, la puissance s'écrit P = U.I. cos , U U et I représentant le module de la tension et du courant. En d'autres termes, pour calculer la puissance P, il faut connaître à chaque instant U, I et b. Dans le cas des compteurs électromécaniques, l'énergie électrique active est directement mesurée mais ces compteurs nécessitent des moyens de fabriciation d'un coût élevé, ce qui n'est pas compatible avec certains marchés ou certaines utilisations. Dans le cas de compteurs électroniques, il faut effectivement mesurer U, I et a, et transmettre sans déphasage ces grandeurs au circuit de calcul qui élabore, à partir de ces grandeurs, la puissance électrique et par intégration l'énergie. Cette solution est également onéreuse en raison de la précision requise pour effectuer ces mesures et de la complexité des circuits de transmission des différentes mesures. Or, il existe des marchés pour lesquels il faut pouvoir installer dans des locaux des dispositifs de mesure de consommation d'énergie électrique d'un coût réduit et qui, de plus, ne nécessitent pas un grand nombre de composants élaborés, notamment de circuits intégrés de réalisation délicate comme des circuits multiplieurs. Ces marchés peuvent correspondre à la distribution d'électricité dans les différents appartements d'un même immeuble. Ils peuvent également correspondre à 11 alimentation électrique d'un local individuel tel qu'une maison d'habitation individuelle ou d'un établissement industriel qui sera le plus souvent alimenté en courant triphasé. Dans les deux cas, il est souhaitable de disposer d'appareils de mesure peu chers pour effectuer la facturation à chaque usager de sa propre consommation d'énergie électrique. I1 est également souhaitable que les appareils de mesure pour les différents types d'utilisation comportent un grand nombre de composants communs pour bénéficier d'un effet de masse. Un objet de la présente invention est de fournir un dispositif de mesure de consommation d'énergie électrique qui satisfasse aux conditions énoncées précédemment. Pour atteindre ce but, selon l'invention, le dispositif de mesure de la consommation d'énergie électrique alimenté par au moins une phase d'un réseau de distribution d'énergie électrique se caractérise en ce qu'il comprend: un premier ensemble de mesure comprenant un transformateur de courant dont le primaire est relié à ladite phase du réseau de distribution ; un dispositif redresseur relié au secondaire dudit transformateur pour délivrer un signal analogique représentatif de l'intensité du courant fourni sur ladite phase et des moyens pour convertir ledit signal analogique en une tension représentative de ladite intensité; un deuxième ensemble de mesure de grandeur électrique pour mesurer une deuxième information électrique indépendemment du déphasage de ladite intensité mesurée par ledit premier ensemble de mesure; des moyens pour combiner ladite tension représentative de ladite intensité à ladite deuxième mesure pour en déduire une mesure de l'énergie électrique consommée. Le dispositif de mesure de la consommation d'énergie électrique est tout particulièrement adapté à la mesure d'énergie consommée dans un local et il peut comprendre, en outre, des moyens d'affichage en relation avec le local pour afficher la consommation d'énergie électrique dans ledit local. Selon un premier mode de mise en oeuvre, ledit premier ensemble comprend des moyens pour intégrer dans le temps ladite tension représentative, ledit deuxième ensemble de mesure est un compteur de mesure de énergie électrique fournie à un ensemble de locaux et les moyens de combinaison comprennent des moyens pour affecter audit local une consommation qui est une fraction de l'énergie mesurée par ledit deuxième ensemble de mesure au prorata de ladite tension représentative délivrée par ledit premier ensemble de mesure en relation avec ledit local. Le transformateur de courant du premier ensemble de mesure est avantageusement du type à entrefer pour éviter les problèmes de saturation magnétique. On comprend que dans ce cas, le dispositif de mesure complet se compose d'un unique compteur d'énergie électrique mesurant l'énergie électrique fournie à un ensemble de locaux, typiquement les appartements d'un même immeuble, et de compteurs de courant (Ampereheuremètres) disposés dans chaque local. Les compteurs locaux de courant servent de compteurs répartiteurs pour affecter à chaque local une fraction de l'énergie électrique totale mesurée effectivement par le compteur unique au prorata de la mesure du courant intégrée dans le temps pour ce local. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre, ledit deuxième ensemble de mesure comprend des moyens pour mesure la valeur de la tension fournie audit local, et en ce que lesdits moyens de combinaison comprennent des moyens pour multiplier ladite tension représentative de l'intensité mesurée par ledit premier ensemble de mesure par ladite valeur de tension et des moyens pour intégrer dans le temps ledit produit. Ce deuxième mode de réalisation correspond à la mesure de la consommation d'énergie électrique pour un local individuel. On comprend que dans ce mode de mise en oeuvre, il n'est pas nécessaire de mesurer le déphasage entre le courant et la tension. On obtient ainsi un dispositif de mesure dont la structure est très simplifiée. Dans le cas où le local est alimenté en triphasé , le premier ensemble de mesure comporte trois dispositifs de mesure de l'intensité du courant de chaque phase et un circuit additionneur des trois mesures effectuées. Cependant, il suffit d'effectuer une mesure de tension sur une seule des phases, cette mesure étant multipliée par le signal représentatif de la somme des trois intensités de courant. Cette solution présente l'avantage de ne nécessiter qu'un seul circuit multiplieur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de mise en oeuvre de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles: la figure 1 est un schéma général d'un dispositif de mesure dans le cas d'un ensemble de locaux; la figure 2 est un schéma montrant un ensemble de mesure local utilisable dans le dispositif de la figure 1 ; et la figure 3 est un schéma montrant le dispositif de mesure pour un local individuel alimenté en triphasé. La figure 1 montre schématiquement l'ensemble du dispositif de mesure d'énergie électrique consommée, selon un premier mode de mise en oeuvre, c'est-à-dire dans le cas d'un ensemble de locaux. Le dispositif de comptage comprend un compteur global 10 qui mesure la totalité de l'énergie électrique fournie à l'ensemble des locaux 12, 14, 16 etc... Le compteur global est montré connecté schématiquement sur une ligne d'arrivée triphasée 8a, 8b et 8e et à neutre distribué 8d. L'invention s'appliquer cependant tout aussi bien à d'autres types de lignes d'alimentation électrique, telle que monophasée ou biphasée. Chaque local est alimenté en monophasé par une ligne bifilaire dont l'un des fils est connecté au neutre 8d et l'autre fil connecté à l'une des phases 8a, 8b ou 8c. Le compteur 10 est soit d'un type classique et mesure la puissance électrique active, soit il mesure la puissance électrique globale résultant de la composition de la puissance active et de la puissance réactive. Un tel compteur sera décrit ultérieurement et est représenté sur la figure 3. A l'intérieur de chaque local, ou en relation avec celui-ci, on trouve des compteurs individuels 18, 20, 22 etc... qui sont des compteurs répartiteurs de l'énergie électrique totale consommée par l'ensemble des locaux 12 à 16. Ces compteurs simplifiés n'ont pas pour but de mesurer une énergie électrique mais une grandeur donnant une clé de répartition de la consommation globale entre les différents locaux, de telle manière que l'occupant de chaque local puisse être facturé en fonction de sa consommation effective. L'énergie électrique est apportée aux différents locaux de façon classique par la ligne électrique 9. La figure 2 montre un tel compteur-répartiteur qui est en fait un compteur d'Ampères-heures (Ah). Il se compose d'un transformateur de courant 24, qui est de préférence du type à entrefer afin d'éviter les phénomènes de saturation. Le primaire 26 du transformateur est relié à l'alimentation électrique du local. Le secondaire 28 du transformateur est relié à un circuit redresseur 30 constitué, par exemple, par un pont de diodes. L'intensité ainsi captée et redressée est appliquée à l'entrée d'un amplificateur opérationnel 32 monté en intégrateur, suivi d'un comparateur 34. L'ensemble 32-34 constitue un convertisseur tension-fréquence classique La sortie du convertisseur délivre donc un train d'impulsions dont la fréquence est proprotionnelle aux Ampèresheures consommés dans le local.Les impulsions sont fournies à un dispositif totalisateur d'impulsions ou à un registre avec affichage de l'énergie consommée; Le dispositif totaliseur peut comprendre à titre d'exemple un moteur pas-à-pas activé par les impulsions du convertisseur tensionfréquence, ce moteur entraînant une horlogerie à rouleaux classique pour l'affichage de l'énergie consommée. De façon périodique, une personne relève la consommation d'énergie électrique totale ET du compteur 10, ainsi que les affichages Ah des compteurs de répartition 18, 20, 22, etc.. La somme AhT de ces affichages locaux est faite par le releveur qui répartit la consommation par local suivant la formule: EL = ET x AhL AhT Bien entendu, ce calcul de répartition des consommations par local peut être fait automatiquement à partir d'un calculateur.Les informations AhL et ET peuvent être soit rentrées manuellement par un opérateur dans le calculateur, soit fournies automatiquement au calculateur par un circuit logique évident pour l'homme de l'art. La solution de la figure 2 présente l'avantage de ne nécessiter qu'un seul compteur d'énergie électrique pour l'ensemble des locaux. Les Ampereheuremètres ont une structure relativement simple qui ne nécessite aucun multiplieur. Cependant, ce mode de répartition de la consommation est équitable pour les différents utilisateurs puisque si la tension d'alimentation peut varier, elle varie de la même manière pour tous les blocaux. Par contre, l'intensité du courant varie en fonction de la charge électrique connectée au réseau pour chaque local. Le courant caractérise donc bien la consommation électrique. En se référant maintenant à la figure 3, on va décrire le deuxième mode de réalisation du dispositif de mesure adapté au cas de l'alimentation triphasée de locaux individuels. Le dispositif de mesure, pour chaque local, comprend un ensemble 60 de mesure de la somme des modules des intensités du courant dans les trois phases d'alimentation I1, I2, I3. L'ensemble 60 comprend trois sous-ensembles identiques de mesure du module I2||I3|de l'intensité du courant dans chaque phase. Chaque sous-ensemble? 62, 64, 66 comprend un transformateur de courant A et un circuit redresseur R. La sortie de chaque sous-ensemble 62, 64 et 66 est reliée aux entrées d'un amplificateur opérationnel 68 monté en sommateur. La sortie de l'amplificateur 68 délivre une tension V représentative de la sommejî1+lI2ï+lî3ïdes modules des intensités I1, I2 et I3. Le dispositif de mesure comporte également un circuit 70 de mesure du module de la tension d'alimentation. Comme on ra déjà expliqué, cette mesure est réalisée sur une seule phase Pha puisque les variations de tension sont identiques pour les trois phases. La tension est prélevée entre la phase Pha et le fil neutre 73 habituellement relié à la terre N. Cette tension est redressée par le circuit 72 et filtrée par le circuit 74 qui est un filtre RC passe-bas, de façon à obtenir un signal continu dont l'amplitude est proprotionnelle à la valeur de la tension. On obtient à la sortie de ce dernier un signal V' représentatif du module de la tension d'alimentation. Le dispositif de mesure comprend également un circuit multiplieur 76 qui reçoit sur ses entrées les signaux V et V'. Le multiplieur est est dut ype classique déjà utilisé dans les compteurs électroniques, par exemple du type à transconductance MSA ("Marked Span Amplitude") ou Sigma-Delta. Sa sortie délivre un signal VA qui est représentatif à chaque instant du produit du module de la tension V' par la somme T1 ciI3)des modules des intensités des trois phases d'alimentation. La sortie du multiplieur 76 est reliée à l'entrée d'un convertisseur tension-fréquence 78 qui délivre un tram d'impulsions dont la fréquence est proprotionnelle à l'amplitude du signal VA. Cette fréquence est donc représentatives des Volt-Ampères heures consommés dans le local. Les impulsions délivrées commandent un moteur pas à pas 80 qui entraîne des rouleaux d'affichage 82. I1 va de soi que d'autres moyens d'affichage pourraient être utilisés, tels que par exemple un affichage à cristaux liquides. La description précédente fait ressortir les avantages de ce deuxième mode de réalisation de l'invention. L'énergie électrique mesurée qui sert de base à la facturation ne fait pas intervenir le déphasage entre la tension et le courant ce qui lui donne une structure très simplifiée. En outre, en raison de la grandeur prise en compte, la facturation ne dépend pas du cos Q > de l'installation alimentée. Ainsi, les énergies active et réactive sont comptées ensemble par le même équipement. Enfin, bien que la mesure soit faite en triphasé, elle ne nécessite qu'un seul circuit multiplieur. De plus, comme le compteur représenté sur la figure 3 mesure le produit de courants et tensions redressés, il est insensible à une inversion d'un ou plusieurs fils d'arrivée des grandeurs de mesure (par exemple, inversion des fils d'arrivée des courants I1, I2, I3 des sous-ensembles 62, 64 et 66 ou de la tension pour le circuit 70 sur la figure 3). Ainsi, on évite une cause de fraude connue pour les compteurs électro-mécaniques à disque. 1l va de soi que dans le cas d'une alimentation monophasée, l'ensemble de mesure 60 ne comporterait qu'un seul sous-ensemble de mesure d'intensité et l'additionneur 68 serait évidemment inutile. On peut également remarquer que dans le premier mode de réalisation illustré par les figures 1 et 2, le compteur d'énergie totale 10 et les compteurs locaux d'Ampère/heures 18, 20 et 22 pourraient être remplacés par le dispositif de mesure de la figure 3 pour chaque local. En effet, la facturation de l'énergie locale pourrait être basée sur la mesure globale des Volt-Ampères heures. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de la consommation d'énergie électrique fournie par au moins une phase d'un réseau de distribution d'énergie électrique, caractérisé en ce qu'il comprend: un premier ensemble de mesure (18, 20, 22, 60) comprenant un transformateur de courant (A) dont le primaire est relié à ladite phase du réseau de distribution, un dispositif redresseur (R) relié au secondaire dudit transformateur pour délivrer un signal analogique représentatif de l'intensité du courant fourni sur ladite phase et des moyens pour convertir ledit signal analogique (6) en une tension représentative de ladite intensité; un deuxième ensemble de mesure de grandeur électrique (70, 10) pour mesurer une deuxième information électrique indépendamment du déphasage de ladite intensité mesurée par ledit premier ensemble de mesure ; et des moyens (76) pour combiner ladite tension représentativede ladite intensité à ladite deuxième mesure pour en déduire une mesure de l'énergie électrique consommée dans ledit local. 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, pour mesurer la consommation d'énergie électrique dans une plrualité de locaux, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de premiers ensembles de mesure, chaque ensemble étant disposé en relation avec un desdits locaux, chaque premier ensemble de mesure comprenant, en outre, des moyens pour intégrer dans le temps ladite tension représentative de l'intensité, en ce que ledit deuxième ensemble de mesure est un compteur (10) de mesure de l'énergie électrique fournie à l'ensemble desdits locaux et en ce que les moyens de combinaison comprennent des moyens pour affecter audit local une consommation qui est une fraction de l'énergie électrique mesurée par ledit deuxième ensemble de mesure au prorata de ladite tension représentative délivrée par ledit premier ensemble de mesure (18, 20, 22) en relation avec ledit local. 3. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit deuxième ensemble de mesure comprend des moyens (70) pour mesurer la valeur de la tension fournie, et en ce que lesdits moyens de combinaison comprennent des moyens (76) pour multiplier ladite tension représentative de l'intensité mesurée par ledit premier ensemble de mesure et des moyens(78) pour intégrer dans le temps ledit produit. 4. Dispositif de mesure selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit premier ensemble de mesure comprend trois transformateurs de courant (A) reliés respectivement à chaque phase d'un réseau d'alimentation triphasé du local, trois circuits redresseurs (R) reliés respectivement au secondaire desdits transformateurs et un circuit sommateur (68) pour délivrer la somme des signaux fournis par lesdits circuits redresseurs, en ce que ledit deuxième ensemble de mesure comprend des moyens (70) pour mesurer la tension d'une des phases dudit réseau d'alimentation triphasé, et en ce que lesdits moyens de combinaison comprennent un unique circuit multiplieur (76) pour multiplier le signal délivré par le circuit sommateur par le signal délivré par lesdits moyens de mesure de la tension. 5. Dispositif de mesure selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit deuxième ensemble de mesure est un compteur d'énergie électrique active (10). 6. Dispositif de mesure selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit deuxième ensemble de mesure est un dispositif de mesure selon la revendication 4. 7. Dispositif de mesure selon fune quelconque des revendications 1, 3 et 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens d'affichage (56, 82) de la consommation d'énergie électrique. 8. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 2, 5 et 6, caractérisé en ce que chaque deuxième ensemble de mesure comprend des moyens d'affichage de la consommation d'énergie électrique dans ledit local. 9. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit transformateur de courant est du type à entrefer.