Brevet FR2745910A1 — publié le 19970912

DISPOSITIF MULTIFONCTIONS POUR MESURER DES PARAMETRES PHYSIOUES D'UNE INSTALLATION ELECTRIOUE BASSE TENSION EN REGIME ALTERNATIF La présente invention concerne un dispositif multifonctions pour mesurer des paramètres physiques d'une installation électrique basse tension en régime alternatif, notamment les tensions et les intensités par phase permettant de déduire les puissances actives, apparentes, réactives, le facteur de puissance, le déphasage, la fréquence, l'installation électrique pouvant être monophasée, triphasée ou triphasée avec neutre. Dans le cadre des installations électriques à basse tension en régime alternatif, on a très souvent besoin de mettre en place des capteurs d'intensité et/ou de tension pour réaliser une mesure des paramètres du réseau, un comptage de l'énergie active, une protection des circuits et/ou une surveillance des seuils (alarmes). On entend par mesure des paramètres du réseau, la mesure des tensions, des courants, des puissances actives, réactives, apparentes, du facteur de puissance et de la fréquence du réseau. Pour mesurer un courant dont l'intensité est supérieure à SA, on utilise généralement des transformateurs de courant qui sont positionnés sur les conducteurs électriques qui peuvent être des câbles électriques isolées rigides ou souples, ou des barres conductrices isolées ou nues par exemple en cuivre ou en alummIun Les transformateurs de courant ont une sortie normalisée soit en 5A, soit en 1A et sont reliés à des appareils de mesure tels que des indicateurs analogiques, des afficheurs digitaux, des centrales de mesure, etc. Pour mesurer une tension inférieure à 500V, on utilise généralement pas de capteurs de tension externes, ces derniers étant directement inclus dans les appareils de mesure tels que mentionnés ci-dessus. Les mesures d'intensité et de tension sont indispensables pour déterminer les autres paramètres du réseau tels que puissances actives, apparentes et réactives ainsi que le facteur de puissance. De même, ces mesures sont utilisées dans le comptage de l'énergie électrique active pour déterminer la consommation d'énergie. Pour assurer la protection des circuits, on utilise les mêmes types de capteurs mais les caractéristiques techniques sont souvent différentes. Dans le domaine des installations électriques, les protections nécessitant des capteurs de courant et/ou de tension sont par exemple des protections de surintensité (magnétique et thermique), différentielles, directionnelles de courant, à maximum de puissance (active ou réactive), de marche monophasée, d'isolement, etc. Pour assurer la surveillance des seuils, on utilise des relais de seuils ou relais de surveillance, tels que des relais de seuils de tension, de courant, de puissances, de fréquence. Les paramètres de surveillance sont les seuils, les hystérésis et les temps de retard. Selon le type de grandeur électrique à surveiller, il faudra également utiliser des capteurs de courants et/ou des capteurs de tension. Dans le cas où l'on a besoin de capteurs de courant et de capteurs de tension, leur mise en place impose: - pour les capteurs de courant: - une adaptation de l'écartement des conducteurs du réseau pour permettre la mise en place des transformateurs d'intensité, - la fixation des transformateurs d'intensité, - le câblage des transformateurs d'intensité à l'appareil de mesure, - l'utilisation de transformateurs standards en fonction du calibre de l'intensité du courant de l'installation, - dans certains cas, une protection des transformateurs d'intensité contre l'ouverture du secondaire, - un choix judicieux des transformateurs d'intensité selon qu'il s'agisse d'une application de mesure, de comptage d'énergie électrique ou de protection, la précision et la dynamique demandées n'étant pas les mêmes, - pour les capteurs de tension: - un câblage des prises de tension avec perçage des trous dans les barres conductrices, la mise en place des cosses et des câbles, - un dispositif de protection des câbles de prise de tension contre les surintensités, tel qu'un fusible ou un disjoncteur, - un câblage de bonne qualité pour permettre le passage de courants très faibles, les capteurs de tension ne consommant que très peu de courant. n ressort de manière évidente que la mise en place de ces capteurs engendre des coûts importants en câblage et en matériels ainsi que des temps d'installation relativement longs. La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients en réalisant un dispositif multifonctions pour mesurer des paramètres physiques d'une installation électrique basse tension en régime alternatifn permettant d'intégrer dans un seul boîtier les capteurs de tension et d'intensité nécessaires pour mesurer, compter, protéger et/ou surveiller, ce dispositif étant agencé pour être raccordé directement à ladite installation électrique, rapidement et sans câblage. De plus, ce dispositif peut intégrer tous les dispositifs de protection nécessaires pour assurer la protection des circuits, du dispositif lui-même, des machines et des personnes. Le dispositif multifonctions, selon l'invention, est également agencé pour couvrir plusieurs gammes d'intensité et pouvoir être connecté à tout dispositif de gestion interne ou externe permettant l'exploitation et le traitement des mesures de tension et d'intensité, de même que la supervision de ladite installation. Dans ce but, le dispositif multifonctions tel que défini en préambule est caractérisé en ce qu'il comprend au moins un boîtier monté de façon permanente dans ladite installation, ce boîtier comportant des moyens de raccordement aux conducteurs électriques de cette installation, au moins une unité de mesure de l'intensité du courant d'alimentation de ladite installation et au moins une unité de mesure de la tension dudit courant d'alimentation. Dans une forme de réalisation préférée, le boitier comporte un connecteur de sortie couplé auxdites unités de mesure et agencé pour être raccordé à une unité de traitement et de gestion des valeurs mesurées par lesdites unités de mesure, appelée aussi analyseur de réseau, cette unité étant externe audit boîtier et agencée pour déterminer par calcul lesdits paramètres physiques en fonction des valeurs de tension et d'intensité mesurées. L'unité de traitement et de gestion peut être intégrée à un ordinateur ou à un automate programmable et plusieurs boîtiers peuvent être raccordés audit ordinateur ou automate par leur connecteur de sortie et au moins un bus de communication. Dans la forme de réalisation préférée, le boîtier comporte une unité de reconnaissance du type des unités de mesure et des caractéristiques techniques propres dudit boîtier, cette unité de reconnaissance étant reliée au connecteur de sortie et agencée pour permettre à l'unité de traitement et de gestion de reconnaître le type dudit boîtier. Les moyens de raccordement comportent, avantageusement, pour chaque conducteur électrique de ladite installation, au moins une borne d'entrée et une borne de sortie reliées par un conducteur électrique interne audit boîtier, les unités de mesure de rintensité et de la tension étant couplées respectivement auxdits conducteurs électriques internes. De préférence, l'unité de mesure de l'intensité comporte au moins un transformateur de courant. Dans la forme de réalisation préférée, chaque transformateur de courant comporte un dispositif de protection en cas de l'ouverture du secondaire en charge, ce qui est le cas pour un boîtier dont le connecteur de sortie est débranché. Chaque transformateur de courant est également agencé pour couvrir plusieurs gammes d'intensité. Dans ce cas, unité de mesure de l'intensité comporte un dispositif de calibrage pourvu d'un commutateur de sélection de ladite gamme d'intensité à mesurer. Le boîtier peut comporter un dispositif de protection différentielle agencé pour détecter les courants de fuite et les défauts d'isolement et commander automatiquement l'organe de coupure de ladite installation. Ce dispositif de protection différentielle comporte avantageusement au moins un tore disposé autour de l'ensemble des conducteurs électriques internes. Dans certains cas et de manière avantageuse, ce boîtier peut intégrer l'unité de traitement et de gestion des valeurs mesurées par lesdites unités de mesure. Dans ce cas, il est possible de raccorder le boîtier à des moyens d'affichage des valeurs mesurées par lesdites unités de mesure et des valeurs calculées par ladite unité de traitement et de gestion, ces moyens d'affichage pouvant être internes ou externes audit boitier pour visualiser en local ou à distance ces valeurs mesurées. La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante de plusieurs exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement le dispositif multifonctions selon l'invention, - la figure 2 représente schématiquement un premier exemple d'utilisation du dispositif de la figure 1, - la figure 3 représente schématiquement une vue similaire à la figure 2 d'une installation de mesure de puissance et de protection selon l'art antérieur, - la figure 4 représente schématiquement un deuxième exemple d'utilisation du dispositif de la figure l, et - la figure 5 représente schématiquement une variante du dispositif selon l'invention. En référence à la figure 1, le dispositif multifonctions 1 selon l'invention comporte un boîtier 2 et un dispositif de raccordement 3 aux conducteurs électriques d'une installation électrique basse tension en régime alternatif à une ou plusieurs phases. Ce dispositif de raccordement 3 comporte, dans l'exemple illustré, trois bornes d'entrée 4, trois bornes de sortie 5 et trois conducteurs de phase internes 6 reliant chaque borne d'entrée à sa borne de sortie. Le nombre de bornes et de conducteurs internes correspond bien évidemment au nombre de phases de ladite installation. De même, les conducteurs électriques internes présentent des caractéristiques techniques similaires à celles des conducteurs électriques de l'installation. Le boîtier 2 contient une unité de mesure de l'intensité 10 du courant d'alimentation de ladite installation électrique, comportant un transformateur de courant 11 placé sur chaque conducteur de phase interne 6. Le transformateur de courant délivre au secondaire un courant proportionnel au courant primaire, le circuit primaire étant constitué par ledit conducteur de phase. Les transformateurs de courant 11 utilisés dans le cadre de rinvention sont spécifiques et possèdent une grande dynamique de mesure accompagnée d'une bonne linéarité et d'un faible déphasage entre le courant primaire et le courant secondaire. Chaque transformateur de courant 1 1 est associé à un dispositif de protection 12 en cas d'ouverture du secondaire en charge. n s'agit d'un dispositif électronique agencé pour protéger instantanément le transformateur de courant en autorisant rouverture du circuit secondaire. Les trois transformateurs de courant 11 sont couplés à un dispositif de calibrage 13 permettant de choisir la gamme de l'intensité du courant à mesurer au moyen d'un commutateur de sélection électronique 14. Les caractéristiques techniques des transformateurs de courant 1 1 utilisés sont telles qu'elles leur permettent de couvrir plusieurs gammes d'intensité. Par conséquent, le dispositif de calibrage 13 permet d'adapter les valeurs de sortie des transformateurs d'intensité à la gamme d'intensité sélectionnée. Ce dispositif de calibrage est ensuite connecté à un connecteur de sortie 20 dont la fonctionnalité sera décrite ultérieurement. Dans ce boîtier, il peut être prévu un dispositif de protection différentielle 15 constitué par un tore 16 disposé autour de l'ensemble des conducteurs de phase internes 6 et relié à une carte électronique 17. Cette protection différentielle 15 permet de détecter un courant différentiel résultant d'un défaut d'isolement entre un conducteur actif et la masse ou la terre et de commander, soit par le connecteur de sortie 20, soit par une liaison spécifique 18, l'ouverture d'un organe de coupure associé à ladite installation. Le boîtier 2 contient également une unité de mesure de la tension 30 du courant d'alimentation de ladite installation électrique, comportant une prise de tension 31 placée sur chaque conducteur de phase interne 6. Si l'installation est pourvue d'un conducteur de neutre, alors il faut prévoir une prise de tension supplémentaire. Dans le cas illustré. les prises de tension 3 1 sont constituées par des connexions directes 32. Dans d'autres cas, elles peuvent être constituées de diviseurs résistifs ou de transformateurs de tension 33. Les trois prises de tension 31 sont reliées au connecteur de sortie 20. Le boîtier 2 comporte en plus un dispositif de reconnaissance 40 électronique ou électrique et contenant des informations relatives aux caractéristiques techniques du dispositif multifonctions. Ce dispositif de reconnaissance 40 est également relié au connecteur de sortie 20. Ce connecteur de sortie 20 est agencé pour être raccordé à tout dispositif de traitement et de gestion des valeurs mesurées par lesdites unités de mesure 10 et 30. La figure 2 représente un exemple d'utilisation du dispositif multifonctions 1 selon l'invention dans une installation électrique 70 triphasée avec neutre. Le boitier 2 est couplé aux conducteurs de phase 71 et de neutre 72 par les bornes de connexion 4 et 5 prévues à cet effet. n est placé en aval d'un organe de coupure 73 du réseau, constitué par exemple d'un disjoncteur, d'un contacteur ou d'un interrupteur. La commande de cet organe de coupure 73 est liée au relais différentiel 17 interne audit boitier 2 par une connexion 18 en cas de détection d'un défaut d'isolement. Ce boîtier est également raccordé à un dispositif de traitement et de gestion 50 des valeurs mesurées par ledit boîtier, appelé communément un analyseur de réseau et faisant partie du domaine connu de la technique. n est intéressant de rappeler que l'analyseur de réseau permet de gérer l'ensemble des paramètres physiques d'une ou de plusieurs installations. n est agencé pour intégrer lesdites valeurs mesurées d'intensité et de tension, les afficher et déterminer les puissances et les autres paramètres qui en découlent. En façade, il est équipé d'un écran d'affichage et de boutons de sélection desdits paramètres à visualiser. Ses fonctions s'étendent au-delà de la visualisation des paramètres électriques, notamment au comptage de l'énergie active, à la surveillance des paramètres du réseau, à la protection des biens et des personnes, à la commande d'un appareil électrique associe, etc. A titre de comparaison, la figure 3 illustre une installation 70' similaire à celle de la figure 2 n'utilisant pas le dispositif multifonctions 1 de l'invention. Dans cette configuration, les transformateurs d'intensité 11' de l'unité de mesure de l'intensité 10' sont individuels et directement montés sur les conducteurs de phase 71' de l'installation puis raccordés par câblage à un analyseur 50'. De même. les prises de tension 31' de l'unité de mesure de la tension 30' sont individuelles et directement connectées aux conducteurs de phase 71' et de neutre 72' par des connexions 32' directes puis raccordées par câblage audit analyseur par l'intermédiaire de fusibles 33' contre les surintensités dans les câbles de prise de tension 31'. ll est prévu par ailleurs un tore différentiel 16' individuel et monté autour de l'ensemble des conducteurs 71', 72' de l'installation 70. Ce tore différentiel 16' est relié à un relais différentiel 17' dont la sortie 18' est agencée pour commander l'ouverture ou la fermeture de l'organe de coupure 73' du réseau. Ce relais différentiel 16' peut ou non être connecté à l'analyseur 50'. La figure 4 illustre un autre exemple d'utilisation de la présente invention dans le cas de plusieurs installations électriques parallèles 70a à 70n. Les boîtiers 2 peuvent être raccordés à un seul superviseur, constitué par exemple d'un ordinateur 60 ou d'un automate équipé d'un logiciel adapté. Le raccordement peut être effectué par une liaison série numérique 61, par exemple de type RS 485, connectée à la borne de connexion 20 de chaque boîtier 2. Cette liaison numérique 61 assure la communication sur deux ou trois fils de l'ensemble des informations, telles que les valeurs mesurées de rintensité, de la tension et le type de boitier correspondant à chaque installation 70a à 70n. Ces liaisons sont connectées par un bus de communication 62 et une interface appropriée dans ledit ordinateur 60. Cette configuration a l'avantage de centraliser sur un seul appareil tous les paramètres physiques de toutes les installations et de pouvoir ainsi établir des statistiques, des diagrammes, etc. ll est par conséquent possible de placer cet ordinateur central 60 ou cet automate dans une pièce agencée spécifiquement pour la supervision desdites installations. Une autre variante de réalisation du dispositif multifonctions selon Pinvention, en référence à la figure 5, prévoit l'intégration d'un dispositif de traitement, de gestion et d'affichage 51 des valeurs mesurées dans chacun des boîtiers 2'. Cette version permet soit l'affichage direct et local des tensions, intensités et autres facteurs électriques calculés, soit un affichage déporté à distance. Cette variante n' exclut pas la possibilité de connecter lesdits boîtiers 2' à affichage intégré sur un bus de communication 62 dans l'hypothèse d'une gestion informatique centralisée. n ressort clairement de cette description que le dispositif multifonctions de la présente invention atteint les objectifs fixés en offrant des avantages économiques très intéressants mais aussi de nouvelles fonctionnalités, tels que - rapidité de câblage, - élimination des erreurs de câblage. - limitation du nombre de matériels et de références de matériels, - protections intégrées, investissement compétitif par rapport aux solutions traditionnelles, - reconnaissance possible du type de dispositif multifonctions par un appareil électronique, - flexlbilité du dispositif grâce au dispositif de calibrage, - utilisation de transformateurs de courant permettant des applications de mesure, de protection et de comptage, - optimisation de l'analyseur de réseau associé au dispositif de l'invention, - protection assurée des biens et des personnes. Ce dispositif multifonctions peut par conséquent être proposé à la vente en plusieurs versions de la plus simple correspondant à la fonction mesure, à la plus complète intégrant les fonctions de protection, de comptage et de surveillance. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits mais s'étend à toute modification et variante évidente pour un homme du métier. Revendications 1. Dispositif multifonctions (1) pour mesurer des paramètres physiques d'une installation électrique basse tension en régime alternatif, cette installation pouvant être monophasée, triphasée ou triphasée avec neutre, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un boîtier (2) monté de façon permanente dans ladite installation, ce boîtier comportant des moyens de raccordement (3) aux conducteurs électriques de cette installation, au moins une unité de mesure de l'intensité (10) du courant d'alimentation de ladite installation et au moins une unité de mesure de la tension (30) dudit courant d'alimentation. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boitier (2) comporte un connecteur de sortie (20) couplé auxdites unités de mesure (10, 30) et agencé pour être raccordé à une unité de traitement et de gestion (50, 60) des valeurs mesurées par lesdites unités de mesure, cette unité étant externe audit boîtier et agencée pour déterminer par calcul lesdits paramètres physiques en fonction des valeurs de tension et d'intensité mesurées. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'unité de traitement et de gestion est intégrée à un ordinateur ou un automate (60) et en ce que plusieurs boitiers (2) sont raccordés audit ordinateur ou automate par leur connecteur de sortie (20) et au moins un bus de communication (62). 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le boîtier (2) comporte une unité de reconnaissance (40) du type des unités de mesure (10, 30) et des caractéristiques techniques propres dudit boîtier, cette unité de reconnaissance étant reliée au connecteur de sortie (20) et agencée pour permettre à l'unité de traitement et de gestion (50, 60) de reconnaître le type dudit boîtier. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de raccordement (3) comportent, pour chaque conducteur électrique de ladite installation, au moins une borne d'entrée (4) et une borne de sortie (5) reliées par un conducteur électrique (6) interne audit boitier et en ce que les unités de mesure de l'intensité (10) et de la tension (30) sont couplées respectivement auxdits conducteurs électriques internes. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de mesure de l'intensité (10) comporte au moins un transformateur de courant (il). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque transformateur de courant (11) comporte un dispositif de protection en cas de l'ouverture du secondaire en charge. 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque transformateur de courant (11) est agencé pour couvrir plusieurs gammes d'intensité et en ce que l'unité de mesure de l'intensité (10) comporte un dispositif de calibrage (13) pourvu d'un commutateur de sélection (14) de ladite gamme d'intensité à mesurer. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier (2) comporte un dispositif de protection différentielle (15) agencé pour détecter les courants de fuite et les défauts d'isolement et commander automatiquement l'organe de coupure (73) de ladite installation. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif de protection différentielle (15) comporte au moins un tore (16) disposé autour de rensemble des conducteurs électriques internes (6). 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes. caractérisé en ce que le boîtier (2) comporte une unité de traitement et de gestion (51) des valeurs mesurées par lesdites unités de mesure (10, 30). 12. Dispositif selon la revendication il, caractérisé en ce que le boîtier (2) est raccordé à des moyens d'affichage des valeurs mesurées par lesdites unités de mesure (10, 30) et des valeurs calculées par ladite unité de traitement et de gestion (51), ces moyens d'affichage étant internes audit boîtier pour une lecture en local desdites valeurs. 13. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le boîtier (2) est raccordé à des moyens d'affichage des valeurs mesurées par lesdites unités de mesure (10, 30) et des valeurs calculées par ladite unité de traitement et de gestion (51), ces moyens d'affichage étant externes audit boîtier pour une lecture à distance desdites valeurs.