Brevet FR2860271A1 — publié le 20050401

La présente invention concerne les dispositifs de commande automatique de marche arrêt d'une pompe aspirant l'eau d'un puit ou d'un forage destinés à protéger la pompe d'un manque d'eau et concerne en particulier un dispositif 5 de protection des pompes immergées. Il existe plusieurs dispositifs connus destinés à protéger les pompes aspirant l'eau dans les puits ou les forages. Parmi les dispositifs connus munis de détecteurs de présence d'eau, il existe un premier dispositif comprennant deux sondes ou électrodes situées dans le puits pour détecter la présence d'eau, une première électrode située en position basse commande l'arrêt automatique de la pompe lorsque l'électrode est hors d'eau et une deuxième électrode située en position haute commande le redémarrage de la pompe lorsque celle-ci est immergée. Un second dispositif connu permet d'obtenir la commande de marche arrêt de la pompe grâce à une seule électrode positionnée en dessous de la pompe qui commande l'arrêt de la pompe lorsqu'elle est hors d'eau. Le redémarrage de la pompe est déclenché après un certain temps calculé après l'arrêt de la pompe. Ce dispositif, largement utilisé aujourd'hui a l'avantage d'être mis en place plus rapidement qu'un dispositif à deux électrodes. Cependant, les électrodes, essentielles à ces dispositifs munis de détecteur du niveau de l'eau représentent un élément sensible du dispositif nécessitant une maintenance régulière. De plus, leur fragilité diminue la fiabilité du système. En effet, Il est fréquent que l'électrode soit détruite par électrolyse ou oxydation. En outre, lorsque l'eau est peu conductrice, l'électrode peut ne pas détecter la présence d'eau. Il existe également des dispositifs ne comprennant pas de détecteur de présence d'eau donc sans électrodes. Ce sont des dispositifs qui nécessitent une intervention manuelle lors de leur installation, le réglage manuel consistant à se placer en manque d'eau c'est à dire à 2860271 2 mettre la pompe hors d'eau en vidant le forage. Mais selon l'installation, le vidage n'est pas toujours possible et dans ce cas le réglage se fait arbitrairement ce qui représente le défaut majeur d'un tel dispositif. C'est pourquoi le but de l'invention est de fournir un dispositif de commande automatique de marche arrêt d'une pompe aspirant l'eau d'un puit ou d'un forage, sans électrodes de détection de présence d'eau, capable de détecter une situation de manque d'eau et destiné à protéger le moteur de la pompe et ce, quels que soient les paramètres extérieurs et quel que soit le type de pompe. Un deuxième but de l'invention est de fournir un dispositif de commande automatique de marche arrêt d'une pompe aspirant l'eau d'un puit ou d'un forage, capable de s'auto-réglé dans son environnement de façon autonome. L'objet de l'invention est donc un dispositif de commande automatique de marche arrêt d'une pompe dans un puits ou un forage reliée à un système de stockage tel qu'un réservoir ou un système de distribution comportant des moyens d'enregistrement du courant efficace de la pompe et du décalage temporel entre la tension et le courant, des moyens de mesure en temps réel du courant efficace et du décalage temporel entre le courant et la tension, et des moyens de comparaison entre les paramètres mesurés et les paramètres enregistrés afin de commander l'arrêt de la pompe dans le cas d'un manque d'eau, d'une sous-intensité ou d'une sur-intensité du courant. Les buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels: La figure 1 représente le schéma d'installation de la pompe selon le dispositif de l'invention, La figure 2 représente le schéma fonctionnel du 35 dispositif selon l'invention, 2860271 3 La figure 3 représente l'aire de fonctionnement du dispositif dans une représentetione en coordonnées polaires. Selon la figure 1, le dispositif comprend une pompe 10 destinée à pomper l'eau d'un puits ou d'un forage 12 pour alimenter en eau un équipement ou une habitation 17 par une conduite 15 munie d'un clapet anti-retour 13. L'eau pompée du puits est stockée dans un réservoir sous pression 14 muni d'un manomètre 16 et d'un contacteur manométrique 18. Lorsque la pression dans le réservoir 14 atteint une certaine valeur de seuil inférieur Pmin, le contacteur manométrique 18 envoie un signal au coffret de commande et un certain seuil supérieur Pmax, de protection déclencle l'arrêt dispositif est alimenté par un triphasé selon le type de pompe par l'intermédiaire du coffret de 20 20. Selon la figure 2, le dispositif comprend la pompe 10, le coffret de commande et de protection 20 et le manomètre 16. Le coffret de commande et de protection 20 comporte des moyens de mesures et de traitement 22 du signal image du courant i absorbé par la pompe et du signal image de la tension u d'alimentation de la pompe afin de déterminer le courant efficace I et la tension efficace U de la pompe. Un micro-contrôleur 24, organe central du coffret de commande et de protection, calcule le décalage temporel T entre la tension et le courant. Il traite les données en provenance du manomètre 16 et est capable de lire des données d'une mémoire 26 du type mémoire EEPROM et d'enregister des données sur cette mémoire. Le micro- contrôleur 24 dispose également d'une interface 28 qui est de préférence composée de voyants déterminant l'état du dispositif. Il s'agit de préférence de quatre voyants, un premier voyant de mise sous tension du dispositif, un de protection 20 qui déclenche le Inversement, quand la pression dans le de démarrage de la pompe. le réservoir 14 atteint coffret de commande et la pompe. L'ensemble du courant monophasé ou par le réseau électrique commande et de protection 2860271 4 deuxième pour l'état de la pompe, en fonctionnement ou à l'arrêt, un troisième pour l'état de manque d'eau et un quatrième pour les disjonctions en cas de défauts électriques du dispositif. L'interface 28 comporte également un interrupteur pour la mise en tension du dispositif et un bouton poussoir qui détermine le mode de fonctionnement du dispositif. Par l'intermédiaire d'un système de gestion et de commande 30, le microcontrôleur 24 démarre et stoppe la pompe 10. Ainsi, le coffret de commande et de protection 20 comprend des moyens d'enregistrement du courant efficace de la pompe et du décalage temporel entre la tension et le courant et des moyens de mesure en temps réel du courant efficace et du décalage temporel entre le courant et la tension. Une fois la pompe installée au fond du puits, le dispositif selon l'invention est prêt à fonctionner. Dans un premier temps, la pompe est mise en fonctionnement selon un mode d'auto-réglage demandé par l'utilisateur par l'intermédiaire de l'interrupteur de mise sous tension et du bouton poussoir maintenu enfoncé de l'interface 28. Cet autoréglage est effectué automatiquement et sans réglage de la part de l'utilisateur par un relevé de certains paramètres du dispositif qui permet d'obtenir une plage de valeurs du courant efficace et du décalage entre la tension et le courant pour laquelle le dispositif peut fonctionner sans risques de dommages pour la pompe. Cet auto-réglage consiste dans un premier temps à relever les valeurs efficaces du courant et du décalage temporel entre la tension et le courant pendant le remplissage du réservoir 14, c'est à dire lorsque la pression varie de la valeur minimale Pmin à la valeur maximale Pmax Une représentation en coordonnées polaires illustrée sur la figure 3 permet de visualiser l'aire de fonctionnement de la pompe correspondant à une certaine plage de valeurs du courant efficace I et du décalage temporel T entre le courant et la tension. Ainsi, dans le repère (Ox,Oy) de la figure 3, tout point M ou vecteur 0M du plan est repéré par la longueur du vecteur et l'angle qui le sépare de l'axe horizontal. L'axe horizontal représente la référence temporelle de mesure, c'est à dire l'instant où la tension d'alimentation u passe par zéro. L'angle de cet axe avec tout vecteur courant situé dans le plan représente le décalage temporel T entre le courant et la tension. L'angle entre l'axe horizontal Ox et l'axe vertical Oy représente un décalage entre le courant et la tension de 5 ms, de même qu'un vecteur courant situé à 45 de l'axe Ox est en retard de 2,5 ms par rapport à la tension. Chaque vecteur courant est noté sur la figure 3 par son amplitude qui représente la valeur efficace I du courant. Lors de la première mise en route du dispositif en mode auto-réglage, les valeurs du courant efficace I et du décalage T sont calculées grâce aux moyens de mesure et de traitement 22 et grâce au micro-contrôleur 24 pour ensuite être stockées et mémorisées en mémoire 26. La valeur du courant efficace relévée pour une pression minimale dans le réservoir 14 est considérée comme la valeur nominale du dispositif et correspond au courant efficace maximum noté IPminÉ Un relevé des valeurs du courant efficace I et du décalage temporel T entre le courant et la tension permet de déterminer une courbe de fonctionnement 32 de la pompe correspondant aux valeurs relevées pendant le remplissage du réservoir donc lorsque la pression varie de son minimum Purin à son maximum PmaxÉ Donc, la courbe de fonctionnement 32 comprend des valeurs du courant efficace comprises entre IPmin et IPmax et des valeurs du décalage temporel comprises entre TPmin et Tpmax. Le micro-contrôleur 24 enregistre toutes ces données en mémoire 26. Grâce à ces données, le dispositif est ensuite capable de façon autonome et automatique de déterminer l'aire de fonctionnement de l'installation. Donc, selon un premier calcul, le micro-contrôleur détermine une plage de valeurs du courant efficace correspondant à un 2860271 6 fonctionnement du dispositif à pression constante. Sachant qu'à pression minimum Pmin le courant efficace est égal à Ipmin et à pression maximum Pmax le courant efficace est égal à IPmax et ce quelle que soit la valeur du décalage temporel entre le courant et la tension, les valeurs du courant efficace I du dispositif fonctionnant à pression constante sont comprises entre les deux valeurs Ipmin et IPmax É Par conséquent, sur la figure 3, le lieu de fonctionnement du dispositif fonctionnant à pression constante est compris entre deux cercles de rayon Ipmin et IPmax Selon un second calcul, d'après les données déjà enregistrées et du fait que le décalage temporel entre le courant et la tension lorsque l'installation est en manque d'eau, est plus important qu'à la pression maximale, le micro- contrôleur 24 détermine une zone de risque de manque d'eau 36 correspondant à toute valeur du décalage temporel entre le courant et la tension supérieure à une valeur seuil Tmax correspondant au décalage temporel Tpmax à pression maximum Pmax auquel il a été rajouté une marge. La valeur de cette marge est déterminée et égale de préférence à 200 s. Cette valeur a été déterminée de façon expérimentale et couvre sans risques pour la pompe toutes les installations possibles. D'après la courbe de fonctionnement 32 et d'après les premier et second calculs, le dispositif est capable de déterminer les valeurs du courant et du décalage temporel pour lesquels la pompe fonctionne normalement et sans risques de dommages. Ainsi, les valeurs normales du courant efficace sont comprises entre Ipmax correspondant au courant efficace à pression maximum et Ipmin correspondant au courant efficace à pression minimum tandis que les valeurs admissibles du décalage temporel sont comprises entre Tpmin correspondant au décalage temporel à pression minimum et Tmax Tpmax correspondant au décalage temporel à pression maximum calculées à la pression maximale auquel il a été rajouté une marge égale à 200 s, tout en étant limité par les valeurs admissibles de la courbe de fonctionnement 32. 2860271 7 Selon la figure 3, les valeurs de fonctionnement normal du dispositif se situent dans une zone de fonctionnement A délimitée par les courbes 32, 34 et 35 et par la zone de risque de manque d'eau 36. Mais il est possible que la pompe fonctionne en dehors de cette zone, c'est à dire pour des valeurs proches de cette zone sans pour autant que son moteur soit endommagé. Il en est ainsi pour des valeurs du courant et du décalage temporel situées dans la zone B. De même, en cas de surintensité, par exemple lorsqu'un corps étranger dans l'eau du puits gêne l'hydraulique de la pompe, l'intensité du courant augmente au delà de la valeur nominale du courant IpminÉ Le courant de la pompe peut également être en dessous de la valeur minimale IpmaxÉ Donc, par rapport à la zone de fonctionnement normal, il est facile de déterminer une zone admissible du courant et du décalage temporel entre le courant et la tension englobant la zone de fonctionnement normal A et pour lesquels le dispositif peut fonctionner sans risques de dommages pour la pompe dus à un manque d'eau, à une sous-intensité ou une sur-intensité. Cette zone admissible comprend donc la zone de fonctionnement normal A, la zone B, la zone C correspondant à des valeurs de l'intensité allant jusqu'à 75% en dessous du courant minimal Ipmax et la zone D correspondant à des valeurs de l'intensité de 25 % au dessus du courant maximal IpminÉ Toutes ces valeurs admissibles sont enregistrées en mémoire 26 et ainsi, le dispositif en fonctionnement protège le moteur de la pompe et ce, quels que soient les paramètres extérieurs et quel que soit le type de pompe utilisé. Le dispositif est alors prêt à fonctionner en mode de fonctionnement normal. Ainsi, lorsque la pression dans le réservoir est minimale, le démarrage de la pompe est commandé par le coffret de commande et de protection 20. Pendant le fonctionnement de la pompe, le système de gestion des circuits de commande 30 mesure en temps réel, les valeurs des paramètres I et T du dispositif et grâce à 2860271 8 des moyens de comparaison du microcontrôleur compare les valeurs mesurées aux valeurs admissibles correspondant aux valeurs de l'aire de fonctionnement admissible ABCD, enregistrées en mémoire 26. Dans le cas où les valeurs du courant efficace I et du décalage temporel T entre le courant et la tension ne sont pas comprises dans les plages de valeurs déterminées par l'aire de fonctionnement admissible ABCD du dispositif, c'est à dire lorsque l'intensité est supérieure à 125 % de l'intensité nominale IPmin, ou inférieure de plus de 75 % de l'intensité IPmax ou lorsque le décalage temporel correspond à une valeur comprise dans la zone de risque de manque d'eau 36, alors l'arrêt de la pompe est commandé et les raisons de l'arrêt sont affichés sur l'interface 28. Lorsque l'arrêt de la pompe est dû à une approche de la zone de manque d'eau 36, le temps d'attente de la pompe avant son redémarrage est calculé par le micro-contrôleur 24 selon un dispositif et un procédé qui prend en compte le temps de pompage précédent de la pompe. Ainsi, le temps d'attente de la pompe avant son redémarrage est fonction du temps de pompage et est moyenné selon ce temps. Selon une variante du dispositif, l'eau pompée du puits peut être directement utilisée. Dans ce cas, la pompe 10 est reliée à un système de distribution tel qu'un système d'arrosage par exemple au lieu d'un réservoir sous pression. L'auto-réglage du dispositif se fait alors de la même façon qu'avec un réservoir sous pression 14. La pression Pmin du dispositif correspond alors à la pression minimale de fonctionnement de la pompe c'est à dire lors de la première mise en route et en mode autoréglage et la pression maximale Pmax correspond à la pression maximale de l'installation. Ensuite, les valeurs admissibles du courant efficace et du décalage temporel entre le courant et la tension sont calculées de la même façon que décrit précédemment dans le cas d'un dispositif avec un réservoir sous pression 14. 2860271 9 Selon une autre variante du dispositif, la pompe peut être reliée à un système de stockage ouvert. Et dans ce cas, comme pour le cas précédent, l'auto-réglage se fait de la même façon que pour le dispositif muni d'un réservoir sous pression 14. Etant entendu que si l'utilisateur désire modifier son dispositif pour remplacer le dispositif de stockage par un dispositif de distribution ou inversement, il devra re-régler son installation par le mode d'auto-réglage. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande automatique de marche arrêt d'une pompe (10) dans un puits ou un forage (12) reliée à système de stockage tel qu'un réservoir (14) ou à un système de distribution comportant des moyens d'enregistrement du courant efficace de la pompe et du décalage temporel entre la tension et le courant, des moyens de mesure en temps réel (30) du courant efficace et du décalage temporel entre le courant et la tension, et des moyens de comparaison entre les paramètres mesurés et les paramètres enregistrés afin de commander l'arrêt de la pompe dans le cas de risque d'un manque d'eau, d'une sous-intensité ou d'une sur-intensité du courant de la pompe. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel, lorsque le décalage temporel entre le courant de la pompe et la tension est supérieure à une valeur maximale admissible Tmax, le dispositif commande l'arrêt de la pompe pour risque de manque d'eau. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite valeur admissible maximale Tmax correspond au décalage temporel Tpmax à pression maximale Pmax de l'installation auquel il a été rajouté une marge de 200 s. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la valeur minimale admissible du courant efficace en cas de sur-intensité de la pompe correspond à 125 % du courant maximum Ipmin à la pression minimale Pmin de l'installation. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la valeur maximale admissible du courant efficace en cas de sous-intensité de la pompe correspond à 75 % du courant minimum Ipmax à pression maximale Pmax de l'installation. 2860271 11 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, comportant un coffret de commande et de protection (20) comprennant en outre un micro- contrôleur (24), une mémoire (26) et une interface (28). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel ladite interface (28) comprend en outre un interrupteur de mise sous tension du dispositif et des voyants lumineux qui affichent l'état du dispositif tel que les raisons de l'arrêt de la pompe. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le redémarrage de la pompe après son arrêt commandé est effectué automatiquement après un temps d'attente calculé par le micro-contrôleur (24) prenant en compte le temps de pompage précédent de la pompe.