Brevet FR3027111A1 — publié le 20160415

L'invention concerne un compteur d'énergie électrique permettant de détecter une tentative de fraude par by-pass ainsi qu'un procédé de détection d'une telle tentative de fraude. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Un compteur d'énergie électrique d'une installation électrique comporte très classiquement un capteur de courant (shunt, transformateur, etc.) destiné à mesurer un courant de phase consommé par l'installation électrique et circulant sur un conducteur de phase. Une méthode de fraude connue consiste à relier à l'extérieur du compteur un point du conducteur de phase situé en amont du compteur à un point du conducteur de phase situé en aval du compteur. On forme de la sorte une branche de dérivation externe dans laquelle circule au moins une partie du courant consommé par l'installation électrique. Ce type de fraude est usuellement désigné par le terme « by-pass ». Un utilisateur fraudeur peut donc ainsi constituer une installation électrique principale alimentée via le compteur et dont la consommation électrique est normalement mesurée par le compteur, et une installation électrique additionnelle connectée à la branche de dérivation et dont la consommation électrique n'est pas pris en compte par la mesure réalisée par le compteur. Dans le cas d'un compteur moderne, le relevé de la consommation est effectué à distance et ne nécessite plus l'intervention sur le compteur d'un agent releveur de compteur. Il est donc fondamental pour le distributeur d'énergie électrique qu'une telle tentative de fraude puisse être détectée sans intervention sur le compteur. Pour détecter une telle tentative de fraude, une première solution consiste à mesurer un courant de neutre circulant sur un conducteur de neutre, à comparer le 3027111 2 courant de neutre et le courant de phase (ou la valeur efficace de la somme des trois courants de phase dans le cas d'un compteur triphasé), et à détecter une tentative de fraude lorsque le rapport entre le courant de phase et 5 le courant de neutre est supérieur à un seuil prédéterminé, ou inférieur à un autre seuil prédéterminé. Cette première solution ne permet cependant pas de détecter une tentative de fraude lorsque l'utilisateur fraudeur différencie, d'une part, le retour de neutre de 10 l'installation électrique additionnelle, qu'il connecte en amont du compteur, et, d'autre part, le retour de neutre de l'installation électrique principale, qu'il connecte au compteur en aval du compteur. Une deuxième solution, notamment décrite dans le 15 document FR 2 983 301, consiste à connecter dans le compteur un élément de transformation entre le conducteur de phase et le conducteur de neutre, à générer un premier signal de type courant porteur en ligne au niveau d'une entrée de l'élément de transformation, à acquérir et 20 analyser un deuxième signal de type courant porteur en ligne au niveau d'une sortie de l'élément de transformation, et à détecter la présence d'une branche de dérivation externe en fonction du résultat de cette analyse. Cette deuxième solution est non seulement 25 coûteuse et encombrante, mais elle est aussi incompatible avec des exigences particulièrement sévères de robustesse à des courants injectés qui peuvent être spécifiées pour certains compteurs. Ces exigences peuvent ainsi consister, pour tester un organe de coupure du compteur 30 (ou « breaker ») destiné à sélectivement connecter et déconnecter l'installation électrique du réseau de distribution, à soumettre l'organe de coupure à des injections de courants pouvant atteindre 5000 ampères pendant 10 millisecondes. 35 OBJET DE L'INVENTION 3027111 3 L'invention a pour objet un compteur électrique permettant de détecter une fraude par by-pass de manière fiable, peu onéreuse et robuste. RESUME DE L'INVENTION 5 En vue de la réalisation de ce but, on propose un compteur d'énergie électrique pour mesurer un courant circulant sur un conducteur entre un réseau de distribution et une installation électrique, le compteur comprenant un premier capteur de courant monté sur le 10 conducteur et un élément résistif monté sur le conducteur en série avec le premier capteur de courant, le compteur comprenant en outre des moyens de détection d'une tentative de by-pass frauduleux du compteur. Selon l'invention, les moyens de détection comportent un organe 15 de coupure de test monté en parallèle de l'élément résistif. Pour détecter la tentative de by-pass, les moyens de détection du compteur de l'invention sont donc connectés à un unique conducteur. La méthode de détection ne 20 consiste donc pas à comparer un courant circulant sur un conducteur de phase et un courant circulant sur un conducteur de neutre. Les moyens de détection du compteur de l'invention ne peuvent donc pas être contournés comme ceux de la première solution évoquée plus tôt, et 25 améliorent ainsi la fiabilité de la détection. Les moyens de détection comprennent uniquement des composants simples, peu onéreux et robustes (en l'occurrence l'organe de coupure), et sont donc capables de résister aux forts courants auxquels est soumis le 30 compteur au cours de sa qualification. On propose de plus un procédé de détection d'une tentative de by-pass frauduleux d'un compteur tel que précédemment décrit, le procédé comportant les étapes : - de mesurer avec le premier capteur de courant 35 un premier courant circulant sur le conducteur alors que 3027111 4 le premier courant est stable et alors que l'organe de coupure de test est ouvert ; - de fermer l'organe de coupure de test ; - de mesurer avec le premier capteur de courant 5 un deuxième courant circulant sur le conducteur alors que l'organe de coupure de test est fermé ; - de détecter une tentative de fraude lorsque le rapport entre le premier courant et le deuxième courant est supérieur à un premier seuil prédéterminé, ou 10 inférieur à un deuxième seuil prédéterminé. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit d'un mode de mise en oeuvre particulier non limitatif de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS 15 Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 représente un schéma électrique d'un compteur de l'invention selon un premier mode de de réalisation ; 20 - la figure 2 représente un schéma électrique d'un compteur de l'invention selon un deuxième mode de de réalisation ; - la figure 3 représente un schéma électrique d'un compteur de l'invention selon un 25 troisième mode de de réalisation ; - la figure 4 représente un schéma électrique d'un compteur de l'invention selon un quatrième mode de de réalisation. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 30 En référence à la figure 1, un compteur d'énergie électrique de l'invention 1 selon un premier mode de réalisation est un compteur monophasé destiné à mesurer une énergie électrique consommée par une installation électrique 2 située en aval du compteur 1 et fournie par 35 un réseau de distribution 3 situé en amont du compteur 1. 3027111 5 L'énergie électrique est transmise à l'installation électrique 2 par une ligne électrique 4 comprenant un conducteur de phase 5 et un conducteur de neutre 6 auxquels est raccordé le compteur 1. Une masse électrique 5 7 du compteur 1 est reliée au conducteur de phase 5 du compteur 1. La mesure de l'énergie électrique consiste notamment à mesurer un courant consommé Ic circulant sur le conducteur de phase 5. Pour mesurer ce courant consommé 10 Ic, le compteur 1 comporte un premier capteur de courant 9 qui est monté sur le conducteur de phase 5 et qui comporte un premier shunt 10. Le compteur 1 comporte de plus un organe de coupure de connexion 11 monté sur le conducteur de phase 5 en 15 série avec le premier capteur de courant 9. L'organe de coupure de connexion 11 permet de sélectivement connecter et déconnecter, à distance, l'installation électrique 2 du réseau de distribution 3. L'organe de coupure de connexion 11 est utilisé pour 20 protéger l'installation électrique 2 en s'ouvrant lorsqu'il est soumis à une surtension accidentelle provenant du réseau de distribution 3, et en se refermant suite à cette surtension accidentelle sur commande d'un opérateur du distributeur d'énergie électrique. L'organe 25 de coupure de connexion 11 est aussi utilisé pour couper ou rétablir à distance l'alimentation de l'installation électrique 2 en cas par exemple de résiliation de l'abonnement de l'utilisateur de l'installation électrique 2 ou de non-paiement de l'énergie électrique 30 consommée, sans qu'il soit nécessaire d'envoyer du personnel sur place. Le compteur 1 de l'invention comprend un outre des moyens de détection d'une tentative de by-pass frauduleux du compteur 1 qui comportent un organe de coupure de test 35 13 monté en parallèle de l'organe de coupure de connexion 3027111 6 11. L'organe de coupure de test 13 permet donc de détecter un by-pass frauduleux qui est symbolisé sur la figure 1 par la ligne en pointillés représentant un court-circuit réalisé à l'aide d'un fil 14 reliant à 5 l'extérieur du compteur 1 un point amont Pam du conducteur de phase 5 situé en amont du compteur à un point aval Pav du conducteur de phase 5 situé en aval du compteur 1. Pour détecter une tentative de by-pass, on met en 10 oeuvre le procédé de détection d'une tentative de by-pass de l'invention, qui consiste tout d'abord à mesurer avec le premier capteur de courant 9 la valeur d'un premier courant Ici circulant sur le conducteur de phase 5 alors que le premier courant Ici est stable et alors que 15 l'organe de coupure de connexion 11 est fermé et que l'organe de coupure de test 13 est ouvert. On ferme alors l'organe de coupure de test 13, et on mesure avec le premier capteur de courant 9 la valeur d'un deuxième courant Ic2 circulant sur le conducteur de 20 phase 5 tout en gardant l'organe de coupure de connexion 11 et l'organe de coupure de test 13 fermés. En fonctionnement normal, à partir du point amont Pam, le conducteur de phase 5 qui s'étend dans le compteur 1 forme la seule branche disponible sur laquelle 25 peut circuler le courant consommé Ic, et donc le courant mesuré par le premier capteur de courant 9 ne varie pas en fonction de l'état ouvert ou fermé de l'organe de coupure de test 13. Le premier courant Ici_ et le deuxième courant Ic2 sont donc égaux. 30 En cas de tentative de by-pass, à partir du point amont Pam, deux branches sont disponibles pour le courant consommé Ic : le fil 14 et le conducteur de phase 5 qui s'étend dans le compteur 1. La répartition entre un courant If circulant sur le fil 14 et le courant Icp 35 circulant sur le conducteur de phase 5 est telle que : 3027111 7 Ic=Icp+If, avec Icp-Rf/(Rf+Rop),Ic et If= Rcp/(Rf+Rcp),Ic, où Rf est la résistance du fil 14 et Rcp est la 5 résistance du conducteur de phase 5 s'étendant dans le compteur 1 entre le point amont et le point aval, du premier shunt 10, et de l'organe de coupure de connexion 11 en parallèle avec l'organe de coupure de test 13. Or, cette résistance Rcp varie selon que l'organe de 10 coupure de test 13 est ouvert ou fermé. Ainsi, en cas de tentative de by-pass, la valeur de Icp lorsque l'organe de coupure de test 13 est ouvert (ou valeur du premier courant Id) diffère de la valeur de Icp lorsque l'organe de coupure de test 13 est fermé (ou valeur du deuxième 15 courant Ic2). On détecte ainsi une tentative de fraude lorsque le rapport entre la valeur du premier courant Id l et la valeur du deuxième courant Ic2 est supérieur à un premier seuil prédéterminé, ou inférieur à un deuxième seuil 20 prédéterminé. On illustre cette description en produisant à titre indicatif les valeurs numériques qui suivent. Le fil 14 est typiquement un fil de cuivre d'une longueur L de 16 cm, d'une section S de 6 mm2 (calibre 25 d'un fil électrique 32 ampères) et d'une résistivité p 18 nO.m. Le fil 14 présente une résistance Rf d'environ de 0.5 mÛ calculée à partir de ces valeurs numériques en utilisant la formule Rf = p.L/S. Pour tenir compte des moyens de connexion utilisés pour connecter le fil 14 au 30 point amont Pam et au point aval Pav, on considérera que la résistance Rf du fil 14 est de l'ordre de 1 mÛ. La résistance de l'organe de coupure de connexion 11, des moyens de connexion associés et du premier shunt 10 est d'environ 2 mû lorsque l'organe de coupure de 35 connexion 11 est fermé, et presque infinie lorsqu'il est 3027111 8 ouvert. La résistance de l'organe de coupure de test 13 et des moyens de connexion associés est d'environ 2 mQ lorsque l'organe de coupure de test 13 est fermé, et presque infinie lorsqu'il est ouvert (la résistance du 5 premier shunt 10 est en effet de l'ordre de 0,1 MQ, soit très faible devant celle des organes de coupure 11, 13). La résistance Rcp est donc égale à environ 2 mÛ lorsque l'organe de coupure de connexion 11 est fermé et l'organe de coupure de test est ouvert 13, et à 1 mÛ lorsque 10 l'organe de coupure de connexion 11 et l'organe de coupure de test 13 sont fermés. Le premier courant Ici est donc tel que : Icl = 1/3.Ic et le deuxième courant Ic2 est donc tel que : 15 Ic2 = 1/2.Ic. On choisit, pour garder une marge suffisante, de détecter une tentative de by-pass lorsque 1c2/1cl>1,2 c'est-à-dire lorsque la différence entre la valeur du premier courant Icl est supérieure de 20% à la valeur du 20 deuxième courant Ic2. Dans un deuxième mode de réalisation, visible sur la figure 2, les moyens de détection du compteur d'énergie électrique de l'invention l' comportent un deuxième capteur de courant 16 monté en série avec 25 l'organe de coupure de test 13, le deuxième capteur de courant 16 et l'organe de coupure de test 13 étant montés en parallèle du premier capteur de courant 9 et l'organe de coupure de connexion 11. Le deuxième capteur de courant 16 comporte un deuxième shunt 17. 30 Pour détecter une tentative de by-pass, on met en oeuvre le procédé de détection d'une tentative de by-pass de l'invention selon un deuxième mode de réalisation, qui consiste tout d'abord à mesurer avec le premier capteur de courant 9 un premier courant Ici' circulant sur le 35 conducteur de phase 5 alors que le premier courant Icl' 3027111 9 est stable et alors que l'organe de coupure de connexion 11 est fermé et que l'organe de coupure de test 13 est ouvert. On ferme alors l'organe de coupure de test 13, et on mesure avec le premier capteur de courant 9 un 5 deuxième courant Ic2' circulant sur le conducteur de phase 5 alors que l'organe de coupure de connexion 11 est fermé et que l'organe de coupure de test 13 est fermé, puis on mesure avec le deuxième capteur de courant 16 un troisième courant Ic3' circulant dans l'organe de coupure 10 de test 13 alors que l'organe de coupure de connexion 11 est fermé et que l'organe de coupure de test 13 est fermé. En fonctionnement normal, à partir du point amont Pam, le conducteur de phase 5 qui s'étend dans le 15 compteur 1 et l'organe de coupure de test 13 associé au deuxième capteur de courant 16 forment les deux seules branches disponibles sur lesquelles peut circuler le courant consommé Ic'. Ainsi, le premier courant Ici' mesuré par le premier capteur 9 lorsque l'organe de 20 coupure de connexion 11 est fermé et l'organe de coupure de test 13 est ouvert doit être égal à la valeur efficace de la somme du deuxième courant Ic2' mesuré par le premier capteur de courant 9 lorsque l'organe de coupure de test 13 est fermé et du troisième courant Ic3' mesuré 25 par le deuxième capteur de courant 16 lorsque l'organe de coupure de test 13 est fermé. En cas de tentative de by-pass, à partir du point amont Pam, trois branches sont disponibles pour le courant consommé Ic' : le fil 14, le conducteur de phase 30 5, et la branche formée par l'organe de coupure de test 13 associé au deuxième capteur de courant 16. En suivant un raisonnement semblable à celui proposé plus tôt, on comprend que la répartition entre les courants circulant dans ces trois branches dépend de la résistance associée 35 à chaque branche et donc que cette répartition est 3027111 10 différente selon que l'organe de coupure de test 13 est ouvert ou fermé. En réalisant un calcul semblable, on obtient que le premier courant est tel que : 5 Icl'=1/3.Ic', et que Ic2'+Ic3'=1/2.Ic'. On choisit à nouveau, pour garder une marge suffisante, de détecter une tentative de by-pass lorsque (Ic2'+Ic3')/Icl'>1,2 c'est-à-dire lorsque la valeur 10 efficace de la somme de la valeur du deuxième courant Ic2' et du troisième courant Ic3' est supérieure de 20% à la valeur du premier courant Ici'. On note que l'utilisation de deux organes de coupure 11, 13 permet d'utiliser des organes de coupure moins 15 volumineux : le volume ajouté des deux organes de coupure est inférieur au volume d'un seul organe de coupure. On note aussi que cette solution est avantageuse thermiquement, car l'échauffement ajouté des deux organes de coupure est inférieur à celui d'un seul organe de 20 coupure. Dans un troisième mode de réalisation, visible sur la figure 3, le compteur d'énergie électrique de l'invention 1" est un compteur triphasé raccordé à une ligne électrique comprenant trois conducteurs de phase 5, 25 5', 5" et un conducteur de neutre 6, ledit compteur I" étant référencé au neutre. Les moyens de détection comportent ici, pour chaque conducteur de phase 5, 5',5", des moyens de détection semblables aux moyens de détection du compteur 1 selon le premier mode de 30 réalisation, si ce n'est que le shunt de chaque conducteur est remplacé par un capteur de courant comportant un transformateur de courant 20. Le procédé de détection s'applique de la même manière que pour le compteur 1 selon le premier mode de réalisation, si ce 35 n'est que l'on compare cette fois la valeur efficace de 3027111 11 la somme des courants des trois phases, avec les organes de coupure de test 16 ouverts puis fermés. Sur la figure 3, la tentative de by-pass est effectuée sur le deuxième conducteur de phase. 5 Dans un quatrième mode de réalisation, visible sur la figure 4, le compteur d'énergie électrique de l'invention 1"' est un compteur triphasé raccordé à une ligne électrique comprenant trois conducteurs de phase et un conducteur de neutre, ledit compteur étant référencé 10 au neutre. Les moyens de détection comportent ici, pour chaque conducteur de phase, des moyens de détection semblables aux moyens de détection du compteur selon le deuxième mode de réalisation, si ce n'est que le premier shunt du premier capteur de courant et le deuxième shunt 15 du deuxième capteur de courant sont remplacés par un unique capteur de courant comportant un transformateur de courant 21. Chaque transformateur de courant s'étend autour du conducteur de phase associé et de la branche comportant l'organe de coupure de test 13, de sorte que 20 le courant mesuré par le transformateur de courant 21 est égal à la somme du courant circulant dans le conducteur de phase et du courant circulant dans l'organe de coupure de test 13 lorsqu'il est fermé. Le procédé de détection s'applique de la même manière que pour le compteur selon 25 le deuxième mode de réalisation, si ce n'est que l'on compare cette fois la valeur efficace de la somme des courants des trois phases, avec les deuxièmes organes de coupure ouverts puis fermés. Sur la figure 4, la tentative de by-pass est effectuée sur le deuxième 30 conducteur de phase. Dans chacun des compteurs de l'invention 1, 1', 1", 1"', l'information de détection de la tentative de by-pass est remontée au distributeur d'énergie électrique par exemple via une transmission par courants porteurs en 35 ligne à un concentrateur de données ou à un système 3027111 12 informatique. La détection de la tentative de by-pass peut aussi conduire à allumer et à maintenir allumée une diode électroluminescente située dans le compteur. L'invention n'est pas limitée aux modes de mise en 5 oeuvre particuliers qui viennent d'être décrits, mais, bien au contraire, couvre toute variante entrant dans le cadre de l'invention telle que définie par les revendications. On a indiqué dans tout le texte que des « courants » 10 sont mesurés par les capteurs de courant ; par « courants », on entend préférablement la valeur de courant efficace de ces courants. Certains compteurs électriques ne comportent pas d'organe de coupure tel que l'organe de coupure de 15 connexion, utilisé pour sélectivement connecter et déconnecter l'installation électrique du réseau de distribution. Or, l'organe de coupure de connexion est principalement utilisé dans les moyens de détection du compteur de l'invention en tant qu'élément résistif 20 lorsqu'il est fermé. On peut donc le remplacer par un autre type d'élément résistif, typiquement par une résistance ayant une valeur de résistance similaire à celle d'un organe de coupure fermé (entre 1 mû et 2 m0). Ceci ne s'applique bien sûr pas à l'organe de coupure de 25 test. Bien que l'on ait indiqué que les capteurs de courant des compteurs monophasé comprennent un shunt et ceux des compteurs triphasés comprennent un transformateur, il est possible d'utiliser des 30 transformateurs dans les compteurs monophasés et des shunts dans les compteurs triphasés. REVENDICATIONS1. Compteur d'énergie électrique pour mesurer un courant (Ic) circulant sur un conducteur (5, 5', 5") entre un réseau de distribution (3) et une installation électrique (2), le compteur comprenant un premier capteur de courant (9) monté sur le conducteur et un élément résistif (11) monté sur le conducteur en série avec le premier capteur de courant (9), le compteur comprenant en outre des moyens de détection d'une tentative de by-pass frauduleux du compteur, caractérisé en ce que les moyens de détection comportent un organe de coupure de test (13) monté en parallèle de l'élément résistif (11). 2. Compteur selon la revendication 1, dans lequel l'élément résistif (11) comporte un organe de coupure de connexion (11) pour sélectivement connecter et déconnecter l'installation électrique (2) du réseau de distribution (3). 3. Compteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de détection comportent un deuxième capteur de courant (16) monté en série avec l'organe de coupure de test (13), le deuxième capteur de courant et l'organe de coupure de test étant montés en parallèle du premier capteur de courant et de l'élément résistif. 4. Compteur selon l'une des revendications précédentes, le compteur étant un compteur monophasé et le conducteur étant un conducteur de phase (5, 5', 5"). 5. Compteur selon l'une des revendications 1 à 3, le compteur étant un compteur triphasé dans lequel chaque conducteur de phase (5, 5', 5") comporte un premier capteur de courant (9), un élément résistif (11) et est équipé des moyens de détection. 6. Compteur selon l'une des revendications 3027111 14 précédentes, dans lequel le premier capteur de courant et/ou le deuxième capteur de courant comportent chacun un shunt de mesure (10, 17). 7. Compteur selon l'une des revendications 5 précédentes, dans lequel le premier capteur de courant et/ou le deuxième capteur de courant comporte chacun un transformateur de courant (20, 21). 8. Procédé de détection d'une tentative de by-pass frauduleux d'un compteur selon la revendication 1, 10 le procédé comportant les étapes : - de mesurer avec le premier capteur de courant (9) un premier courant (Ici) circulant sur le conducteur alors que le premier courant est stable et que l'organe de coupure de test (13) est ouvert 15 - de fermer l'organe de coupure de test (13) ; - de mesurer avec le premier capteur de courant (9) un deuxième courant (Ic2) circulant sur le conducteur alors que l'organe de coupure de test est fermé ; - de détecter une tentative de fraude lorsque le 20 rapport entre le premier courant et le deuxième courant est supérieur à un premier seuil prédéterminé, ou inférieur à un deuxième seuil prédéterminé. 9. Procédé de détection d'une tentative de by- pass frauduleux d'un compteur selon la revendication 3, 25 le procédé comportant les étapes : - de mesurer avec le premier capteur de courant un premier courant circulant (Ici') sur le conducteur alors que le premier courant (Ici') est stable et alors que l'organe de coupure de test (13) est ouvert ; 30 - de fermer l'organe de coupure de test ; - de mesurer avec le premier capteur de courant (9) un deuxième courant (Ic2') circulant sur le conducteur alors que l'organe de coupure de test est fermé ; 35 - de mesurer avec le deuxième capteur de courant 3027111 15 un troisième courant circulant dans l'organe de coupure de test alors que l'organe de coupure de test est fermé ; - de détecter une tentative de fraude lorsque le rapport entre le premier courant et la valeur efficace de 5 la somme du deuxième courant et du troisième courant est supérieur à un troisième seuil prédéterminé, ou inférieur à un quatrième seuil prédéterminé.