Brevet FR2987449A1 — publié le 20130830

L'invention a pour objet un compteur d'énergie électrique pour mesurer un courant de phase circulant sur un conducteur de phase et consommé sous une tension de phase par une installation de destination située en aval du compteur. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION La plupart des compteurs d'énergie électrique modernes comportent des relais de coupure que le distributeur d'énergie peut commander à distance. Ces relais de coupure permettent notamment au distributeur de couper ou de rétablir l'alimentation d'une installation électrique en énergie électrique provenant d'un réseau de distribution (en cas de résiliation d'un abonnement d'un utilisateur de l'installation électrique ou en cas d'emménagement de l'utilisateur dans un nouveau logement par exemple), sans qu'il soit nécessaire d'envoyer du personnel sur place. Il est impératif, pour des raisons de sécurité, que le distributeur connaisse l'état réel (ouvert ou fermé) du relais de coupure. En particulier, lorsque l'utilisateur connecte une autre source d'alimentation à l'installation électrique de son domicile, par exemple un groupe électrogène de secours pour pallier à une défaillance du réseau de distribution, le relais de coupure doit impérativement être ouvert. Si ce n'était pas le cas, la source d'alimentation et le réseau de distribution seraient court-circuités, ce qui risquerait d'endommager l'installation électrique et de provoquer un incendie. Ces relais de coupure sont généralement des relais bistables, dont les contacts restent en position lorsque les relais ne sont plus alimentés. Un des inconvénients majeurs de ce type de relais est qu'ils peuvent s'ouvrir ou se refermer intempestivement à cause de sollicitations accidentelles mécaniques (choc, etc.) ou électromagnétiques (déplacement d'un aimant à proximité du compteur, création d'un arc électrique, etc.). Ainsi, l'état réel du relais de coupure peut être différent de l'état commandé par le distributeur d'énergie. Pour connaître l'état réel du relais de coupure, une solution envisageable consisterait à utiliser une mesure fournie par un capteur de courant équipant le compteur électrique, destiné à mesurer la consommation de l'utilisateur. On déduirait alors du courant mesuré l'état du relais. Généralement, ce type de capteur est situé en amont (côté réseau de distribution) du relais de coupure. Mais lorsque la charge en aval (côté installation électrique) est très élevée (par exemple, lorsqu'un disjoncteur de l'installation est ouvert), le courant traversant le capteur est presque nul, même si le relais de coupure est fermé, de sorte que le courant traversant le capteur ne peut être utilisé pour détecter l'état du relais. OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet de détecter l'état ouvert ou fermé d'un relais de coupure d'un compteur électrique d'une installation, en fournissant une information fiable même lorsque la charge en aval du compteur est élevée. RESUME DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose un compteur d'énergie électrique pour mesurer un courant de phase circulant sur un conducteur de phase et consommé sous une tension de phase par une installation de destination située en aval du compteur, le compteur comportant un étage de mesure comprenant un capteur de courant de phase monté en série avec un relais de coupure, deux impédances séries de mesure montées en parallèle avec le capteur et le relais, des moyens de mesure pour mesurer le potentiel électrique entre les impédances de mesure. Les deux impédances de mesure sont positionnées de manière à ce qu'une première impédance soit connectée au conducteur de phase en amont du capteur et du relais et la seconde impédance soit connectée au conducteur de phase en aval du capteur et du relais. L'étage de mesure comporte en outre une source de tension connectée en série avec les impédances de mesure. La source de tension génère une tension au niveau des moyens de mesure, même lorsque la charge en aval du compteur est très élevée. Cette tension est différente selon l'état (ouvert ou fermé) du relais de coupure. Elle permet donc d'obtenir une indication crédible de l'état du relais, basée sur un paramètre physique caractérisant l'état du relais. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la 15 description qui suit d'un mode de mise en oeuvre particulier non limitatif de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : 20 - la figure 1 représente schématiquement un compteur d'énergie électrique de l'invention, - la figure 2 représente des impédances de mesure et des moyens de mesure d'un compteur de l'invention. 25 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Un compteur d'énergie électrique 1 de l'invention comporte un étage de mesure 2 et une unité de traitement 3, visibles à la figure 1. Cet étage de mesure 2 est utilisé pour mesurer une puissance électrique consommée 30 Pcons par une installation de destination 4. Cette puissance électrique Pcons, fournie par un distributeur et provenant d'un réseau de distribution électrique, est ici acheminée vers l'installation de destination 4 par un conducteur de phase 5 et un conducteur de neutre 6, entre 35 lesquels le réseau électrique génère une tension Vréseau. L'entrée de l'installation 4 est modélisée par une charge dont l'impédance L dépend des équipements électriques de l'installation 4, de leur état (marche ou arrêt), et de l'état d'un disjoncteur 8 (ouvert ou fermé) de l'installation 4 accessible à un utilisateur. Pour mesurer un courant consommé Icons par l'installation 4, l'étage de mesure 2 du compteur 1 comporte un capteur de courant 9 à shunt. Le capteur de courant 9 à shunt comporte un shunt 10 de résistance connue et un premier voltmètre 11 branché aux bornes du shunt 10 pour mesurer la tension à ses bornes. Le premier voltmètre 11 est connecté à l'unité de traitement 3, qui déduit le courant consommé Icons de la valeur de la tension mesurée par le premier voltmètre 11. L'étage de mesure 2 comporte en outre deux résistances série R1, R2 connectés entre le conducteur de phase 5 et le conducteur de neutre 6 en amont du shunt 10, c'est-à-dire du côté réseau de distribution, ainsi qu'un deuxième voltmètre 12 mesurant le potentiel entre les deux résistances R1, R2. Le deuxième voltmètre 12 est connecté à l'unité de traitement 3, qui déduit la puissance consommée Pcons par l'installation 4 de la tension mesurée par le deuxième voltmètre 12 et du courant consommé Icons par l'installation 4. L'étage de mesure 2 comporte aussi un relais de coupure bistable 13 que le distributeur d'énergie peut commander pour couper la distribution vers l'installation 4, ou au contraire, la rétablir. Le relais 13 est contrôlé à distance par le distributeur via l'unité de traitement 3 qui commande le relais de coupure 13 en lui envoyant, via le réseau de distribution, une commande C d'ouverture ou de fermeture. L'étage de mesure 2 comporte en outre une première impédance de mesure Z et une seconde impédance de mesure R en série, connectées en parallèle du capteur de courant 9 et du relais de coupure 13, ainsi qu'une source de tension continue additionnelle Vadd et un troisième voltmètre 14 mesurant le potentiel Vmes entre les deux impédances de mesure Z, R et connecté à l'unité de traitement 3. La première impédance de mesure Z est reliée au conducteur de phase 5 en amont du capteur 9 et du relais 13 (c'est-à-dire côté réseau de distribution), alors que la seconde impédance de mesure R est reliée au conducteur de phase 5 du côté aval du compteur 1 (c'est- à-dire côté installation de destination 4). La source de tension additionnelle Vadd est connectée entre la première impédance de mesure Z et le conducteur de phase 5. La source de tension additionnelle Vadd délivre une tension faible (Vadd = 1,5 Volts par exemple) au regard de l'amplitude de la tension du réseau électrique Vréseau entre le conducteur de phase et de neutre (tension alternative de 230 Volts, 50 Hz). Cette source de tension additionnelle Vadd génère une tension Vmes au niveau du troisième voltmètre 14, même quand l'impédance L de la charge est très élevée, par exemple lorsque le disjoncteur 8 est ouvert. La valeur de cette tension Vmes est différente selon la valeur de l'impédance L, et selon que le relais de coupure est ouvert ou fermé. L'unité de traitement déduit de la valeur de Vmes l'état du relais de coupure 13. Lorsque l'impédance L est relativement faible et que le relais de coupure 13 est ouvert, le troisième voltmètre 14 mesure une tension alternative issue de la tension du réseau Vréseau, et divisée par un diviseur de tension formé par les impédances Z, R, L : Vmes = Z Vréseau. Z + R+ L Lorsque l'impédance L est relativement faible et que le relais de coupure 13 est fermé, le troisième voltmètre 14 mesure une tension continue issue de la tension additionnelle Vadd, et divisée par un diviseur de tension formé par les impédances Z et R : Vmes- R Vadd. Z + R Lorsque l'impédance L est très élevée (par exemple, lorsque le disjoncteur 8 est ouvert) et que le relais de coupure 13 est ouvert, le troisième voltmètre 14 mesure une tension continue égale à la tension additionnelle : Vines = Vadd. Lorsque l'impédance L est très élevée et que le relais de coupure 13 est fermé, le troisième voltmètre 14 mesure une tension continue issue de la tension additionnelle Vadd, et divisée par un diviseur de tension formé par les impédances Z et R : Vines = R Vadd Z + R Ainsi, la tension mesurée Vmes par le troisième voltmètre 14 est, selon la valeur de la charge L et l'état du relais, soit issue de la tension Vadd générée par la source de tension additionnelle, soit issue de la tension du réseau Vréseau. Il est aussi possible d'utiliser la valeur de la tension mesurée Vmes pour détecter, lorsque le relais de coupure 13 est ouvert, une manoeuvre du disjoncteur 8 (ouverture ou fermeture) réalisée par l'utilisateur. Cette détection permet de commander la fermeture du relais de coupure 13 en fonction de la manoeuvre du disjoncteur. Comme cela a été vu précédemment, lorsque l'impédance L est relativement faible (ce qui implique que le disjoncteur 8 soit fermé) et que le relais de coupure 13 est ouvert, le troisième voltmètre 14 mesure : Vines = Z Vréseau. Z + R+ L Lorsque l'utilisateur va ouvrir le disjoncteur 8, la charge L va augmenter progressivement, ce qui va modifier la valeur Vmes. L'unité de traitement 3, connectée au troisième voltmètre 14, va donc pouvoir détecter l'ouverture du disjoncteur 8 (et de la même façon, sa fermeture). Pour que la modification de l'impédance L conduise à une évolution significative de la valeur Vmes, il faut que l'impédance L ne soit pas négligeable devant les valeurs des impédances Z et R. On choisira donc pour Z+R une valeur proche de L. Dans cette configuration, il est possible que des pertes en amont du disjoncteur 8, dues par exemple à une capacité parasite Cpara entre les conducteurs 5 et 6, augmentent la valeur de l'impédance de charge L pour la porter à une impédance supérieure L'. On voit que dans ce cas, il est avantageux de choisir une valeur de Z+R proche de L'. On choisira donc avantageusement des valeurs de R et Z tels que Z+R L' et Z+R L. Pour éviter que la plage de valeurs que doit mesurer le troisième voltmètre 14 ne soit trop importante, on prévoit une impédance Z non linéaire (visible à la figure 2), dont la valeur dépend de la tension à ses bornes. Z est constituée d'une résistance Zmin en série avec une résistance Zmax, et de deux diodes 15 montées tête-bêche et en parallèle avec Zmax. Par tête-bêche, on entend que les diodes sont en parallèle l'une avec l'autre et que la cathode de chaque diode 15 est connectée à l'anode de l'autre diode. La tension de seuil des diodes est de 0,6 Volt. On choisit Zmin = 1 kilo-ohm, et Zmax = 100 kilo- ohms. La résistance R, quant à elle, est de valeur fixe : R = 100 kilo-ohms. Lorsque la tension aux bornes de Z est élevée, c'est-à-dire lorsque la tension est issue de la tension alternative du réseau Vréseau, l'une au moins des deux diodes 15 est passante, selon l'alternance positive ou négative de la tension Vréseau. Ainsi, l'impédance Z a pour valeur de résistance Z = Z min = 1 kilo-ohm. Lorsque la tension aux bornes de Z est faible, c'est-à-dire lorsque la tension Vmes est issue de la tension additionnelle Vadd, les deux diodes sont bloquées et l'impédance Z a pour valeur de résistance : Z = Z min + Z max = 101 kilo-ohms. Ainsi, lorsque l'impédance L est relativement faible et que le relais de coupure est ouvert, on mesure une tension Vmes : Vmes -, -1Vréseau 100 Ici, la valeur mesurée Vmes est proche de la valeur de la tension additionnelle Vadd. Dans les autres cas, on mesure aussi des valeurs Vmes proches de la tension additionnelle Vadd. On a donc considérablement réduit la plage de mesure du voltmètre 14. La non-linéarité de l'impédance Z a pour inconvénient de produire des harmoniques en entrée du troisième voltmètre 14 lorsque la tension mesurée Vmes est issue de la tension du réseau Vréseau. Pour supprimer ces harmoniques, on prévoit d'ajouter une capacité de filtrage Capa entre Z et R. La capacité Capa a une de ses armatures connectées entre Z et R, et une autre à une masse électrique 17. On crée donc un filtre de type « RC » restituant uniquement la fréquence f de la tension Vréseau. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation 30 particulier qui vient d'être décrit, mais, bien au contraire, couvre toute variante entrant dans le cadre de l'invention telle que définie par les revendications. L'ensemble des valeurs numériques utilisées ne sont fournies qu'à titre d'exemple, pour illustrer 35 l'invention. Bien que l'on ait choisi un compteur d'énergie électrique monophasé pour illustrer l'invention, celle-ci est applicable à un compteur polyphasé, triphasé par exemple. Bien que l'on ait choisi d'utiliser un capteur à shunt pour mesurer le courant consommé par l'installation de destination, il est possible de prévoir un capteur différent, de type capteur à effet Hall ou à transformateur de courant par exemple. REVENDICATIONS1. Compteur d'énergie électrique (1) pour mesurer un courant de phase (Icons) circulant sur un conducteur de phase (5) et consommé sous une tension de phase (Vréseau) par une installation de destination (4) située en aval du compteur, le compteur comportant un étage de mesure (2) comprenant un capteur de courant (9) de phase monté en série avec un relais de coupure (13), deux impédances séries de mesure (Z, R) montées en parallèle avec le capteur (9) et le relais (13), des moyens de mesure (14) pour mesurer le potentiel électrique entre les impédances de mesure (Z, R), les deux impédances de mesure (Z, R) étant positionnées de manière à ce qu'une première impédance (Z) soit connectée au conducteur de phase (5) en amont du capteur (9) et du relais (13) et la seconde impédance (R) soit connectée au conducteur de phase (5) en aval du capteur (9) et du relais (13), caractérisé en ce que l'étage de mesure (2) comporte en outre une source de tension additionnelle (Vadd) connectée en série avec les impédances de mesure (Z, R). 2. Compteur d'énergie électrique (1) selon la revendication 1, dans lequel la source de tension additionnelle (Vadd) est positionnée entre la première impédance de mesure (Z) et le conducteur de phase (5) en amont du capteur (9) et du relais (13). 3. Compteur d'énergie électrique (1) selon la revendication 1, dans lequel la première impédance (Z) de mesure est non-linéaire. 4. Compteur d'énergie électrique (1) selon la revendication 3, dans lequel la première impédance de mesure (Z) comporte une première résistance (Zmax) et une première diode (15) montée en parallèle de cette première résistance (Zmax). 5. Compteur d'énergie électrique (1) selon larevendication 4, dans lequel la première impédance de mesure comporte en outre une seconde diode (15) montée tête-bêche avec la première diode (15). 6. Compteur d'énergie électrique (1) selon la revendication 4, dans lequel la première impédance de mesure (Z) comporte en outre une seconde résistance (Zmin) montée en série avec la première résistance (Zmax). 7. Compteur d'énergie électrique selon la revendication 1, dans lequel l'étage de mesure (2) comporte en outre un condensateur (Capa) dont une armature est connectée aux deux impédances de mesures (Z, R) entre celles-ci et une autre armature est reliée à une masse électrique (16). 8. Compteur d'énergie électrique selon la revendication 1, dans lequel l'étage de mesure (2) comporte en outre des moyens de traitement (3) agencés pour détecter, en fonction de mesures fournies par les moyens de mesure (14), l'ouverture ou la fermeture d'un disjoncteur (8) de l'installation de destination (4) lorsque le relais de coupure (13) est ouvert.