Brevet FR3155309A1 — publié le 20250516

L’invention se rapporte à un dispositif DISP de mesure de la puissance active dans des circuits électriques, ledit dispositif DISP étant remarquable en ce qu’il comporte des capteurs de courant CA, au moins un capteur de tension T et un concentrateur CO reliés en série par des câbles série LS, lesdits capteurs de courant CA, ledit au moins un capteur de tension T et ledit concentrateur CO formant ainsi une chaîne de communication. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 3 dispositif de mesure de la puissance active dans des circuits électriques. Domaine technique de l’invention La présente invention concerne un dispositif de mesure de la puissance active dans des circuits électriques. Plus particulièrement, l’invention trouve une application intéressante dans le suivi des consommations au niveau des sous-circuits électriques dans des bâtiments. Arrière-plan technologique de l’invention Aujourd’hui, il existe de nombreux dispositifs de mesure de la puissance active électrique dans un circuit électrique monophasé à partir de la mesure du courant et de la tension. Il existe également de nombreux dispositifs permettant d’effectuer cette mesure dans le cas d’un circuit triphasé, à partir de la mesure des courants et des tensions. Ces dispositifs peuvent notamment être utilisés pour établir un diagnostic et un suivi précis des consommations électriques des principaux équipements dans un bâtiment en mesurant séparément les circuits électriques correspondant à ces équipements, permettant ainsi de détecter des pistes d’économie et de contrôler l’effet des actions de maîtrise de l’énergie. Pour mesurer plusieurs circuits électriques, typiquement au niveau du tableau de répartition, de nombreux dispositifs s’appuient sur une configuration en étoile dans laquelle chaque capteur de courant et de tension est relié directement à un point de concentration, que l’on appellera concentrateur, dans lequel les calculs sont réalisés. Un inconvénient de tels dispositifs est que le nombre de connecteurs est important côté concentrateur, ce qui génère un coût de fabrication important. De plus, les nombreux et longs câbles reliant les capteurs de courant et tension au concentrateur sont difficiles à positionner dans le cas d’une installation dans un tableau électrique. Pour mesurer plusieurs circuits, d’autres dispositifs sont constitués de plusieurs points de concentration reliés entre eux, chaque concentrateur ne réalisant le calcul que d’une puissance. Un inconvénient de tels dispositifs est l’encombrement dû au recours à de nombreux points de concentration, alors que les tableaux de répartition offrent souvent peu d’espace libre. De plus, la multiplication des points de concentration engendre des coûts matériels importants. De nombreux dispositifs utilisent des boucles de courant qui doivent être positionnées à la main en plaçant les doigts à proximité du conducteur à mesurer ou des conducteurs adjacents. De plus, dans de nombreux dispositifs, ces boucles de courant présentent une épaisseur importante qui ne permettent pas un positionnement facile lorsque le conducteur ne présente pas une section droite assez longe, notamment lorsqu’il est recourbé vers l’arrière du tableau électrique en sortie du disjoncteur. De plus, dans de nombreux dispositifs, ces boucles de courant comportent une partie articulée qui doit venir entourer complètement le conducteur avant de pouvoir être refermée. Un inconvénient de ce tels dispositifs est donc la difficulté d’installation des boucles de courant et la réticence des utilisateurs à approcher leurs doigts des conducteurs. Dans ce contexte, l’invention vise à fournir un dispositif de mesure de la puissance active qui évite de multiplier les concentrateurs ou les connecteurs au niveau de chaque concentrateur, afin de réduire fortement le temps d’installation et donc le coût total de la solution. L’invention concerne donc un dispositif de mesure de la puissance active dans lequel : Des capteurs de courant, des capteurs de tension et un concentrateur sont reliés en série, formant ainsi une chaîne Chaque capteur de tension mesure la tension et transmet des informations relatives à cette mesure de tension le long de la chaîne Chaque capteur de courant reçoit les informations relatives à la mesure de tension qui le concerne et réalise lui-même son calcul de puissance active Chaque capteur de courant transmet au concentrateur le long de la chaîne les valeurs de puissance calculées L’invention vise également à fournir un moyen facile de positionnement des capteurs de courant. L’invention concerne un dispositif dont les capteurs de courant peuvent être ouverts par l’avant et peuvent être actionnés par des pinces amovibles. Le dispositif de mesure selon l’invention permet de résoudre les problèmes préalablement cités. En effet, le dispositif comprend des capteurs de courant et de tension qui comportent chacun une unité de traitement et des connecteurs permettant de les raccorder en série. Le concentrateur comporte lui aussi une unité de traitement et un connecteur permettant de le raccorder à l’extrémité de la chaîne. Ainsi le dispositif comprend des câbles qui sont en moyenne beaucoup plus courts et moins encombrants, puisqu’ils servent à relier les capteurs de proche en proche et non chaque capteur à un concentrateur. De plus le concentrateur peut ne comporter qu’un seul connecteur. Par ailleurs, l’ouverture des capteurs par l’avant et l’utilisation de pinces amovibles permet d’ouvrir le capteur, de le positionner autour du conducteur et de le refermer sans difficulté et sans appréhension puisque les doigts restent à distance des conducteurs à mesurer. Chaque capteur est capable de mesurer, de réaliser des calculs et de gérer la communication des informations sur la chaîne. Le dispositif de mesure selon l’invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Selon un mode de réalisation non limitatif, les capteurs de courant sont des boucles ouvrantes de petite taille, pouvant être facilement positionnées autour du conducteur à mesurer. Selon un mode de réalisation non limitatif, les capteurs de courant sont constitués de deux parties amovibles comprenant chacune une demi-boucle de mesure du champ électromagnétique, ces deux parties pouvant être écartées pour faire passer le conducteur à mesurer et être rapprochées en établissant alors un contact électrique permettant de raccorder les deux demi-boucles. Selon un mode de réalisation non-limitatif, une demi-boucle est un demi-bobinage de mesure. Selon un mode de réalisation non limitatif, les capteurs de courant sont constitués de trois éléments, deux d’entre eux comportant chacun un demi-bobinage de mesure et le troisième comportant l’électronique de traitement, chacun des deux éléments de demi-bobinage étant connectable à l’élément de traitement et l’un au moins des éléments de demi-bobinage pouvant être écarté de manière à faire passer le conducteur à mesurer. Selon un mode de réalisation non-limitatif chaque élément de demi-bobinage est un PCB de Rogowski, défini comme une carte PCB portant un demi-bobinage de Rogowski formé de pistes sur les deux faces du PCB et de vias les raccordant. Selon un mode de réalisation non-limitatif, les capteurs de courant sont constitués de trois cartes PCB, deux d’entre elles étant des PCB de Rogowski et la troisième étant un PCB de traitement défini comme un PCB comportant l’électronique de traitement. Selon un mode de réalisation non-limitatif, chacun des deux PCB de Rogowski est connectable au PCB de traitement et l’un au moins des PCB de Rogowski est amovible et peut être écarté de manière à venir entourer le conducteur à mesurer, et le PCB de traitement comporte un connecteur à ressort permettant d’établir le contact avec une piste se trouvant sur le PCB de Rogowski amovible lorsque ce dernier est rapproché. L’un des avantages de ce mode de réalisation est de pouvoir réaliser les deux cartes PCB de Rogowski sans aucun composant électronique. Selon un mode de réalisation non-limitatif, les capteurs de courant peuvent être ouverts et fermés grâce à une pince, ladite pince comportant deux branches articulées permettant d’écarter et rapprocher les pièces mécaniques contenant les éléments de demi-bobinage. Selon un mode de réalisation non-limitatif, chaque élément de demi-bobinage est solidaire d’un support plastique comportant un arceau rectangulaire, de manière que les branches de la pince puissent être insérées temporairement dans ces arceaux et être actionnées pour écarter ou rapprocher les deux demi-bobinages. Selon un mode de réalisation non-limitatif, les branches de la pince comportent à leur extrémité une saillie de butée latérale pouvant bloquer lesdites branches dans les arceaux du capteur de courant lorsque lesdites branches sont écartées, de manière à pouvoir tirer l’ensemble en position ouverte et ainsi retirer le capteur de son positionnement initial autour d’un conducteur. Brève description des figures D’autres particularités et avantages ressortiront de la description ci-après, faite en regard des dessins donnés à titre d’exemples non limitatifs et dans lesquels : La FIG. 1 est une représentation schématique du capteur de courant du dispositif en position fermée. La FIG. 2 est une représentation schématique du capteur de courant du dispositif en position ouverte. La FIG. 3 est une représentation schématique d’une chaîne de plusieurs capteurs positionnés à proximité d’une série de disjoncteurs. La FIG. 4 est une représentation schématique des trois PCB, deux d’entre eux comportant chacun un demi-bobinage et le troisième comportant l’électronique de traitement La FIG. 5 est également une représentation schématique des trois PCB, sous un angle de vue différent. La FIG. 6 est une représentation schématique de la pince servant à positionner le capteur. La FIG. 7 est une représentation schématique de la pince enfoncée dans les arceaux rectangulaires du capteur et maintenant le capteur en position ouverte. Description détaillée L’invention concerne un dispositif DISP de mesure de la puissance active dans des circuits électriques. Le dispositif DISP comprend : Des capteurs de courant CA Des capteurs de tension T Un concentrateur CO Une pince P d’aide à l’installation Selon un mode de réalisation, un capteur CA représenté sur les figures 1 et 2 est constitué de deux ensembles ENS1 et ENS2 pouvant être écartés et rapprochés de façon à venir entourer un conducteur à mesurer. L’ensemble ENS1 peut coulisser le long ENS2, l’écartement et le rapprochement pouvant ainsi se faire tandis que les deux ensembles restent solidaires. Les encoches circulaires EC1 et EC2 constituent un orifice circulaire entourant le conducteur à mesurer lorsque ENS1 et ENS2 sont rapprochés. Lorsque les ensembles ENS1 et ENS2 sont écartés, le capteur CA peut être glissé autour du conducteur à mesurer puis être refermé une fois que les encoches circulaires EC1 et EC2 se trouvent au niveau du conducteur à mesurer. L’ensemble ENS1 comprend un ergot ERG et l’ensemble ENS2 comprend un orifice OR. Lorsque les ensembles ENS1 et ENS2 sont rapprochés au maximum, l’ergot ERG vient se clipser dans l’orifice OR, maintenant ainsi le dispositif fermé. La FIG. 3 représente le dispositif DISP positionné sur une série de cinq disjoncteurs D. Les capteurs CA sont positionnés autour des conducteurs à mesurer CM, qui sortent des disjoncteurs. Le capteur de tension T est positionné au niveau des vis d’un des disjoncteurs. Le concentrateur CO est positionné à côté de la série de disjoncteurs. Les capteurs CA, le capteur T et le concentrateur CO sont reliés par les câbles série LS, formant ainsi une chaîne. Dans un mode de réalisation, le capteur T mesure la tension à fréquence élevée, par exemple à une fréquence de 4000Hz, et transmet les valeurs mesurées le long de la chaîne. Les capteurs CA mesurent le courant à fréquence élevée, par exemple à une fréquence de 40000 Hz, et utilisent les valeurs de tension transmises par le capteur de tension pour les combiner aux valeurs de courant qu’ils mesurent afin d’obtenir une puissance active. Lorsque l’installation est alimentée en triphasé, trois capteurs de tension sont utilisés, un pour chacune des trois phases. Chaque capteur CA est alors configuré pour utiliser les signaux du capteur de tension qui correspond à la bonne phase. Chaque capteur de tension transmet ses valeurs et chaque capteur CA identifie l’origine des valeurs de tension qui sont transmises et n’utilise que celles originaire du bon capteur de tension. Dans un mode de réalisation, les valeurs de tension sont d’abord communiquées jusqu’au concentrateur CO, qui les retransmet ensuite aux capteurs CA. Les capteurs CA transmettent le long de la chaîne, jusqu’au concentrateur, les puissances qu’ils ont calculées. Le concentrateur reçoit les valeurs reçues, les traite, par exemple pour les agréger temporellement, stocke les résultats obtenus et les transmet à intervalle régulier, typiquement via une connexion à un réseau de données, comme un réseau sans fil NB-IoT ou LoRaWAN. L’ensemble ENS1 englobe une carte PCB de demi-bobinage PCB1. L’ensemble ENS2 englobe une deuxième carte PCB de demi-bobinage PCB2 et une carte PCB de traitement PCB3. Les trois cartes PCB sont représentées sur les figures 4 et 5. La carte PCB3 comprend deux connecteurs CS1 et CS2 destinés à être connectés aux câbles de liaison série LS. La carte PCB3 comprend deux connecteurs à ressort destinés à assurer le contact électrique entre le PCB3 et les pistes des PCB1 et PCB2. Ainsi, lorsque le capteur est fermé, c’est-à-dire lorsque les ensembles ENS1 et ENS2 sont rapprochés, les cartes PCB1 et PCB2 sont rapprochées et le connecteur CR1 vient en contact avec les pistes de la carte PCB1, de manière à pouvoir mesurer le signal issu des demi-bobinage de Rogowski porté par PCB1, en plus du signal issu du demi-bobinage de Rogowski porté par PCB2. La FIG. 6 représente une pince P spécifique destinée à faciliter l’installation des capteurs CA. La pince comprend deux branches BR1 et BR2 articulées autour d’un axe AX. La pince P peut être manipulée de manière à introduire les branches BR1 et BR2 dans les arceaux rectangulaires AR1 et AR2 du capteur CA. La pince P permet alors d’ouvrir ou fermer le capteur CA en écartant ou rapprochant les ensembles ENS1 et ENS2. La branche BR1 comprend une saillie de butée BU1. La branche BR2 comprend une saillie de butée BU2. La FIG. 7 montre les branches BR1 et BR2 de la pince P, insérées dans les arceaux rectangulaires AR1 et AR1 du capteur CA. La pince P est en position ouverte, branches écartées, ce qui induit une position ouverte du capteur CA. Les saillies de butée BU, BU2 permettent de retirer le capteur CA de son positionnement autour du conducteur. En position ouverte, les saillies de butée BU, BU2 dépassent des côtés latéraux des arceaux rectangulaires AR1, AR1 et offrent ainsi un blocage permettant de tirer le capteur CA à l’aide de la pince P, y compris en cas d’une résistance opposée par divers frottements ou obstacles. Dispositif (DISP) de mesure de la puissance active dans des circuits électriques, ledit dispositif (DISP) étant caractérisé en ce qu’il comporte des capteurs de courant (CA), au moins un capteur de tension (T) et un concentrateur (CO) reliés en série par des câbles série (LS), lesdits capteurs de courant (CA), ledit au moins un capteur de tension (T) et ledit concentrateur (CO) formant ainsi une chaîne de communication. Dispositif (DISP) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque capteur de tension (T) est configuré pour mesurer une tension d’une phase et transmettre des informations relatives à une mesure de tension le long de la chaîne de communication. Dispositif (DISP) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque capteur de courant (CA) est configuré pour mesurer un courant d’une phase, recevoir les informations relatives à une mesure de tension de cette phase et réaliser lui-même son calcul de puissance active. Dispositif (DISP) selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque capteur de courant (CA) est en outre configuré pour transmettre au concentrateur (CO) des valeurs de puissance active calculées. Dispositif (DISP) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque capteur de courant (CA) comporte trois éléments (PCB1, PCB2, PCB3), deux des trois éléments (PCB1, PCB2) comportant chacun un demi-bobinage de mesure et l’autre des trois éléments (PCB3) comportant une électronique de traitement, chacun des deux éléments (PCB1, PCB2) comportant un demi-bobinage de mesure étant configuré pour être connecté électriquement audit élément (PCB3) comportant une électronique de traitement et l’un au moins desdits deux éléments (PCB1, PCB2) comportant un demi-bobinage de mesure est configuré pour être écarté pour entourer un conducteur à mesurer. Dispositif (DISP) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’élément (PCB3) comportant une électronique de traitement comporte au moins un connecteur à ressort configuré pour établir un contact électrique avec l’un au moins desdits deux éléments (PCB1, PCB2) comportant un demi-bobinage de mesure configuré pour être écarté Dispositif (DISP) selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que chaque élément (PCB1, PCB2) comportant un demi-bobinage de mesure est formé par une carte PCB portant un demi-bobinage de Rogowski. Dispositif (DISP) selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que chaque élément (PCB1, PCB2) comportant un demi-bobinage de mesure est solidaire d’un support plastique comportant un arceau rectangulaire (AR1, AR2), chaque arceau rectangulaire (AR1, AR2) étant configuré pour recevoir une branche (BR1, BR2) d’une pince (P). Pince (P) comportant deux branches (BR1, BR2) articulées autour d’un axe (AX), chaque branche (BR1, BR2) étant configurée pour être insérée temporairement dans un des arceaux (AR1, AR2) du capteur de courant (CA) que comporte un dispositif (DISP) selon la revendication précédente. Pince (P) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les branches (BR1, BR2) de la pince (P) comportent à leur extrémité une saillie de butée (BU1, BU2) latérale configurée pour bloquer lesdites branches (BR1, BR2) dans lesdits arceaux (AR1, AR2) du capteur de courant (CA) lorsque lesdites branches (BR1, BR2) sont écartées.