Brevet FR2872291A1 — publié le 20051230

La présente invention concerne un appareil de mesure détaillé de consommation électrique. Les mesures de consommations électriques sont effectuées classiquement au moyen de wattmètres ou compteurs d'énergie qui mesurent les tensions et courants d'alimentation des appareils, pour en déduire les valeurs de puissance et d'énergie consommées. Les compteurs d'énergie les plus courants sont ceux utilisés pour la facturation des abonnés au réseau de distribution publique. Ils sont soit de type électromécanique c'est-à-dire comprenant un moteur entraînant un disque gradué, dont la vitesse de rotation est proportionnelle à la puissance active consommée , soit électroniques. Les compteurs d'énergie sont également nécessaires pour réaliser des mesures détaillées, par exemple pour connaître les consommations de chacun des départs d'un tableau électrique de répartition, c'est-à-dire pour connaître par exemple la consommation électrique des différents appareils électriques d'une maison d'habitation, d'un immeuble ou de locaux tertiaires. On parle alors de sous-comptage. Les sous-comptages sont jusqu'à présent réalisés au moyen de multiples compteurs d'énergie classiques 1, chacun relié à un départ de courant 2 particulier du tableau électrique, et nécessitant chacun des raccordements électriques 3 dédiés aux mesures de tension et de courant du départ auquel il est connecté. Une telle installation de mesure est représentée à la figure 1. Son désavantage majeur est qu'elle nécessite un câblage important pour les tensions et vers la centrale de calcul de consommation 4, câblage long à mettre en place, et coûteux. A la figure 1, on remarquera que pour les mesures de courant, on a représenté les capteurs de courant par des cercles pour schématiser le tore du capteur qui entoure le fil conducteur à mesurer, mais n'est pas en contact électrique direct avec lui. Or les tensions mesurées par les différents compteurs d'énergie, au niveau des différents départs, sont souvent les mêmes, car il s'agit des tensions fournies par le réseau électrique monophasé, bi- ou triphasé. Il est donc possible de ne mesurer qu'en un seul point ces tensions, et les communiquer aux autres compteurs d'énergie, reliés à chaque départ de courant du tableau électrique. Les réseaux concernés étant généralement alternatifs à 50 ou 60 Hz, les valeurs de tension de chaque 2872291 2 phase doivent cependant être mesurées et transmises plusieurs milliers de fois par seconde pour permettre des calculs précis de puissance. Dès lors, seule la mesure de courant est nécessaire, et l'on simplifie le câblage correspondant. Un dispositif de mesure de consommation électrique utilisant ce principe de simplification par mesure d'une tension unique, commune pour tous les départs d'un tableau électrique, est décrit dans la demande de brevet japonais JP 2001-298 877. Plus précisément, le dispositif de mesure décrit dans cette demande de brevet japonais, comprend des liaisons filaires analogiques permettant la mesure des intensités consommées sur chaque départ du tableau électrique, ces mesures étant transmises ensuite à une centrale de collecte desdites mesures, qui réalise un calcul de la puissance consommée et de l'énergie consommées par fil de départ, à partir des mesures de courant pour chaque fil correspondant. Une ligne unique fournit quant à elle la tension commune à tous les points de mesure, c'est-à-dire à tous les départs du tableau. Si un tel dispositif permet de résoudre les désavantages des dispositifs existants, notamment en termes de complexité du câblage mis en oeuvre pour la mesure (qui est simplifié dans le dispositif décrit dans JP2001- 298 877), il n'en comporte pas moins au moins deux inconvénients majeurs. On a remarqué qu'avec un tel dispositif, un phénomène de parasitage important affecte les valeurs des mesures de courant transmises depuis chaque départ du tableau, vers la centrale de collecte des mesures. Ceci est dû à la longueur des liaisons analogiques et des signaux de faible amplitude délivrés par les capteurs de courant classiques. En outre, le dispositif est conçu pour la mesure d'un nombre déterminé de capteurs de courant. Ce nombre ne peut dépasser quelques dizaines, sans quoi les liaisons vers les capteurs de courant deviennent trop longues et difficiles à mettre en oeuvre. Le problème technique sous-jacent à la présente invention, est donc de fournir un dispositif de mesure détaillée des puissances et énergies consommées sur départ d'un tableau électrique, qui soit à la fois très simple au niveau du câblage, et qui permette de s'affranchir des phénomènes de parasitage des mesures, dues à la présence même de l'installation électrique. 2872291 3 Le problème technique cité ci-dessus, trouve une solution avec la présente invention, sous la forme d'un dispositif de mesure détaillée de la puissance et/ou de l'énergie consommée à travers au moins un départ d'un tableau électrique comprenant plusieurs départs, et raccordé à un réseau électrique monophasé, biphasé ou triphasé, ledit dispositif comprenant: - une centrale de collecte de mesures commune aux différents départs électriques du tableau, - un faisceau de fils de mesure de tension reliant la centrale de collecte aux câbles d'un départ électrique du tableau, le câble de chaque phase du départ étant relié à un fil de mesure de la tension correspondante, et - au moins un faisceau de fils munis de capteurs de courant reliant la centrale de collecte aux câbles électriques de chaque départ électrique mesuré, chaque câble du départ étant muni d'un capteur de mesure, caractérisé en ce que les fils des capteurs de courant du faisceau relié à chaque départ du tableau, sont regroupés et connectés à au moins un module de calcul numérique relié à la centrale de collecte par l'intermédiaire d'une liaison numérique commune à tous les modules de calcul, ladite liaison numérique permettant la transmission en temps réel des valeurs de tensions des phases mesurées depuis la centrale de collecte vers les modules de mesure, pour permettre le calcul par chacun de ces derniers des valeurs de puissance et/ou d'énergie consommées sur chaque départ correspondant, à partir des valeurs de courant mesurées localement et des valeurs de tension reçues par la liaison numérique. Par liaison numérique, on entend un câble ou tout autre moyen 25 permettant la transmission de données numérisées entre les deux extrémités dudit fil. Avantageusement, la liaison numérique permet en outre la transmission depuis chaque module vers la centrale de collecte, des valeurs calculées de puissance et/ou d'énergie consommée(s) sur le départ correspondant. Selon une première variante d'exécution de l'invention, cette liaison numérique comprend un fil de bus métallique classique, du type de ceux utilisés dans les ordinateurs. Selon une seconde variante, alternative de l'invention, cette liaison numérique comprend un fil de bus constitué d'une, ou plusieurs, fibre(s) optique(s), permettant la transmission des données de mesure sous forme 2872291 4 numérique, par impulsions lumineuses. Un tel dispositif de transport d'informations numérisées par fibres optiques ne sera pas décrit plus avant dans le cadre de la présente description, puisqu'il est par ailleurs déjà utilisé dans d'autres domaines techniques. Selon une troisième variante d'exécution de l'invention, la liaison numérique comprend une liaison hertzienne, plus précisément une liaison par ondes hertziennes modulées. Avantageusement, la centrale de collecte est en outre reliée à des moyens de transmission à distance des mesures instantanées et des mesures enregistrées par chaque module de calcul. En effet, on aura compris que les modules de calcul ne permettent pas seulement de calculer la puissance et/ou l'énergie sur chaque départ du tableau électrique, mais également chaque module possède une mémoire qui lui permet de stocker un certain nombre de valeurs de puissance et/ou d'énergie calculées sur les périodes de temps précédentes, et éventuellement de les restituer vers la centrale de collecte sous une forme de valeurs numériques. De préférence, les moyens de transmission comprennent un module de radiotéléphonie à la norme GSM. Ceci permet à un électricien muni d'un téléphone GSM, de récupérer des données du dispositif de mesure, sans avoir à se déplacer sur le lieu où ce compteur est installé. II peut également visualiser immédiatement l'effet de la mise en marche d'un appareil électrique sur les puissances appelées par les différents départs mesurés, tout en se déplaçant dans le bâtiment. Afin d'obtenir une bonne précision des mesures, la fréquence de transmission des mesures des tensions depuis la centrale de collecte (5) vers chaque module (9), est supérieure à 4000 Hz, c'est-à-dire que plus de 4.103 échantillons de tension de chaque phase mesurée sont transmis chaque seconde de la centrale de collecte vers les modules de calcul. Ces échantillons peuvent avantageusement être datés, permettant ainsi une interpolation par les modules de calcul, pour synchroniser au mieux les mesures de tension et de courant. Un bus de terrain répondant à la norme BOSCH CAN 1.2 remplit avantageusement ces fonctions. Selon nue variante possible d'exécution de l'invention, les mesures des tensions sont transmises par la centrale de collecte aux modules sous forme d'un ensemble de données numériques permettant aux modules de reconstituer les mesures de tension initiales. 2872291 5 L'invention va à présent être décrite plus en détail à l'aide du dessin schématique annexé, qui représente à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution préférée d'un dispositif de mesure de consommation électrique selon l'invention. Figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de mesure selon l'art antérieur; Figure 2 est une schématique d'un dispositif de mesure selon l'invention, comportant trois modules de calcul reliés à trois départs de courant 10 d'un tableau électrique. La figure 2 représente un dispositif de mesure détaillée de la puissance et/ou de l'énergie consommée à travers trois départs 2 d'un tableau électrique raccordé à un réseau électrique triphasé. Ce dispositif de mesure comprend: - une centrale 5 de collecte de mesures commune aux différents départs électriques 2 du tableau, - un faisceau de fils 6 de mesure de tension équipant l'un des départs du tableau, chaque fil 4 de mesure de courant étant relié à un câble 7 20 particulier (trois phases et un neutre) dudit départ, et - un faisceau de fils 8 équipés de capteurs de courant qui mesurent l'intensité absorbée sur le départ électrique concerné. Les capteurs de courant reliés à chaque départ 2 du tableau, sont regroupés et connectés à des modules de calcul numérique 9 reliés à la centrale de collecte par l'intermédiaire d'un fil de bus 10 métallique commun à tous les modules de calcul. Le fil de bus permet la transmission, au format numérique, c'est-à-dire comme les données transmises à l'intérieur d'un ordinateur , depuis la centrale de collecte 5 vers chaque module de mesure 9, des valeurs des tensions mesurées, et la transmission, le cas échéant, depuis chaque module 9 vers la centrale de collecte 5, des valeurs correspondantes de puissance et/ou d'énergie consommée(s) sur le départ 2 correspondant, calculées par ledit module à partir des valeurs de courant mesurées sur ledit départ et de la tension transmise sur le bus. La centrale de collecte 5 est équipée d'une interface utilisateur permettant la configuration du système de mesure et en particulier de 2872291 6 sélectionner pour chaque capteur de courant de chaque module de calcul 9, la tension mesurée par la centrale de collecte qui sera utilisée pour le calcul de puissance et d'énergie. L'interface permet en outre la visualisation en temps réel des calculs de puissance et d'énergie de tous les départs mesurés du tableau électrique de répartition. La centrale de collecte 5 prélève son alimentation électrique au travers d'une ou plusieurs des câbles de phases mesurées. Elle fournit une alimentation basse tension et isolée galvaniquement du réseau électrique principal à tous les modules 9 reliés sur le bus numérique 10. En outre, comme cela est illustré à la figure 2, la centrale de collecte 5 est reliée à des moyens de transmission à distance des mesures, qui prennent la forme d'un module 11 de radiotéléphonie à la norme GSM. Les capteurs de courant utilisés peuvent être constitués de transformateurs d'intensité classiques, de capteurs à effet Hall, ou encore de bobines de Rogowski. Ils peuvent avantageusement être de type ouvrable afin de s'insérer sur les fils ou câbles à mesurer, sans nécessiter de débranchement des fils du départ mesuré. Il va de soi que l'invention n'est pas limitée aux seules formes 20 d'exécution décrites ci-dessus à titre d'exemples non limitatifs. Elle en embrasse au contraire toutes les variantes. 7 REVENDICATIONS 1 Dispositif de mesure détaillée de la puissance et/ou de l'énergie consommée à travers au moins un départ (2) d'un tableau électrique comprenant plusieurs départs, et raccordé à un réseau électrique monophasé, biphasé ou triphasé, ledit dispositif comprenant: - une centrale (5) de collecte de mesures commune aux différents départs électriques (2) du tableau, - un faisceau de fils (6) de mesure de tension reliant la centrale de collecte (5) aux câbles (7) d'un départ électrique du tableau, le câble de chaque phase (7) du départ étant relié à un fil (6) de mesure de la tension correspondante, et - au moins un faisceau de fils (8) munis de capteurs de courant reliant la centrale de collecte aux câbles électriques (7) de chaque départ électrique mesuré, chaque câble du départ étant muni d'un capteur de mesure, caractérisé en ce que les fils (8) des capteurs de courant du faisceau relié à chaque départ du tableau, sont regroupés et connectés à au moins un module (9) de calcul numérique relié à la centrale de collecte (5) par l'intermédiaire d'une liaison numérique (10) commune à tous les modules de calcul (9), ladite liaison numérique (10) permettant la transmission en temps réel des valeurs de tensions des phases mesurées depuis la centrale de collecte (5) vers les modules de mesure (9), pour permettre le calcul par chacun de ces derniers des valeurs de puissance et/ou d'énergie consommées sur chaque départ (2) correspondant, à partir des valeurs de courant mesurées localement et des valeurs de tension reçues par la liaison numérique (10). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison numérique (10) permet en outre la transmission depuis chaque module (9) vers la centrale de collecte (5), des valeurs calculées de puissance et/ou d'énergie consommée(s) sur le départ (2) correspondant. 3 Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la liaison numérique comprend un fil de bus (10) métallique. 2872291 8 4 Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la liaison numérique comprend un fil de bus (10) optique. Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que 5 la liaison numérique (10) comprend une liaison hertzienne. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la centrale de collecte (5) est reliée à des moyens (11) de transmission à distance des mesures. 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de transmission comprennent un module (11) de radiotéléphonie à la norme GSM. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la fréquence de transmission des mesures des tensions depuis la centrale de collecte (5) vers chaque module (9), est supérieure à 4.103 échantillons par seconde. 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les mesures des tensions sont transmises par la centrale de collecte (5) aux modules (9) sous forme d'un ensemble de données numériques permettant aux modules (9) de reconstituer les mesures de tension initiales.