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 .

Outre l'état réel du relais de coupure, il peut être intéressant de connaître avec une bonne fiabilité l'état réel du disjoncteur de l'installation lorsque le relais de coupure est ouvert. En effet, dans certains pays tels l'Espagne, une ouverture du relais de coupure peut être commandée en cas de détection d'une surpuissance. Le relais de coupure reste alors ouvert jusqu'à ce que l'utilisateur ouvre manuellement le disjoncteur de l'installation. Lorsque cette ouverture est détectée, une fermeture du relais de coupure est commandée. Or, lorsque le relais de coupure est ouvert, un bruit parasite, provenant d'équipements de l'installation, peut se propager dans le compteur électrique par un effet d'antenne. Ce bruit parasite perturbe des mesures réalisées dans le compteur d'énergie électrique et visant à détecter si le disjoncteur est ouvert ou fermé.

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, et/ou de détecter avec une bonne fiabilité si un disjoncteur de l'installation est ouvert ou fermé lorsque le relais de coupure est ouvert.

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 comporte 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.

On propose de plus un procédé pour détecter si le disjoncteur de l'installation de destination est dans un état ouvert ou fermé en utilisant un compteur d'énergie électrique tel que celui précédemment décrit. Le procédé comporte :

- une étape de mesure, au cours de laquelle on mesure le potentiel électrique entre les impédances de mesure de manière à obtenir un signal de mesure numérique échantillonné représentatif de ce potentiel électrique ;

- une première étape de traitement, au cours de laquelle on estime une composante continue du signal de mesure sur des intervalles de durée prédéterminée correspondant à un certain nombre d'échantillons du signal de mesure ;

- une deuxième étape de traitement, au cours de laquelle on estime une valeur efficace du signal de mesure sur les intervalles ;

- une troisième étape de traitement, au cours de laquelle on estime une valeur efficace hors composante continue de ce signal de mesure sur les intervalles ;

- une quatrième étape de traitement, au cours de laquelle on détermine si le disjoncteur est ouvert ou fermé à partir de la valeur efficace hors composante continue du signal de mesure.

Dans le cas où un bruit parasite par effet d'antenne est présent, la valeur efficace hors composante continue du signal de mesure représentatif du potentiel électrique entre les impédances de mesure est moins importante lorsque le disjoncteur est ouvert, car le bruit parasite généré par l'effet d'antenne est moins important. On peut donc détecter si le disjoncteur est ouvert ou fermé en traitant cette valeur efficace hors composante continue.

L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit d'un mode de mise en œuvre particulier non limitatif de l'invention.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :

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.

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 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 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 RI, 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 RI, 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 Volt 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 :

Z

Vmes - 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 = 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 :

Vmes = 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 :

Vmes = 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 manœuvre 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 manœuvre 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 :

z

Vmes = 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 5 = 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 10 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 15 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 »—— Vréseau

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 25 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 30 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 » 35 restituant uniquement la fréquence f de la tension Vréseau.

On décrit maintenant le procédé de l'invention, destiné à détecter, lorsque le relais de coupure 13 est ouvert, si le disjoncteur 8 de l'installation 4 est ouvert ou fermé .

On rappelle que, lorsque le relais de coupure 13 est ouvert, un bruit parasite provenant d'équipements électriques de l'installation 4 peut se propager par effet d'antenne dans le compteur électrique. Le bruit parasite est généralement un bruit à une fréquence fo = 50 Hz comprenant en outre un certain niveau d'harmoniques de la fréquence fo.

Le procédé de l'invention comporte tout d'abord une étape de mesure, au cours de laquelle on mesure le potentiel électrique entre les impédances de mesure Z, R, en utilisant le troisième voltmètre 14. On obtient alors un signal de mesure numérique échantillonné représentatif de ce potentiel électrique. On appelle V _k les échantillons de ce signal de mesure, k étant un entier positif. La fréquence d'échantillonnage fe est ici égale à 400 Hz, ce qui signifie que deux échantillons successifs V _k et Vk+i à deux instants séparés par une période Te = 1/fe. On divise l'ensemble de ces échantillons en intervalles réguliers comprenant ici chacun cent échantillons : chaque intervalle a donc ici une durée de 250 millisecondes.

Le procédé de l'invention comporte ensuite une première étape de traitement, au cours de laquelle on estime, pour chaque intervalle régulier de cent échantillons Vk , une composante continue Uc du signal de mesure, en utilisant la formule :

Le procédé de l'invention comporte ensuite une deuxième étape de traitement au cours de laquelle on estime, pour chaque intervalle régulier, une valeur efficace U _ef f du signal de mesure, en utilisant la formule : Le procédé de l'invention comporte ensuite une troisième étape de traitement au cours de laquelle on estime, pour chaque intervalle régulier, une valeur efficace hors composante continue U du signal de mesure, en utilisant la formule :

La valeur efficace hors composante continue U est donc représentative uniquement des différentes composantes fréquentielles du potentiel électrique mesuré au niveau du troisième voltmètre 14, et donc du bruit parasite propagé par l'effet d'antenne, qui est plus important lorsque le disjoncteur 8 est ouvert.

Le procédé de l' invention comporte enfin une quatrième étape de traitement, au cours de laquelle on détermine si le disjoncteur 8 est ouvert ou fermé à partir de la valeur efficace hors composante continue U.

On note ici que le procédé de l'invention n'est mis en œuvre, suite à une ouverture du relais de coupure 13, qu'après une certaine durée préprogrammée et reprogrammable, par exemple égale à trois secondes.

Au cours de la quatrième étape de traitement, et conformément à un premier mode de réalisation du procédé de l'invention, on considère, à un certain moment correspondant temporellement à un certain intervalle N du signal de mesure, que le disjoncteur est ouvert si, pour K variant de 1 à M, on a :

K et M étant des entiers positifs, X étant un nombre positif inférieur ou égal à cent, U _N+K+ i et U _N sont les valeurs efficaces hors composante continue du signal de mesure sur les intervalles N+K+l et N. On utilise par exemple M = 8 et X = 10. On constate ainsi qu'après l'intervalle N, le niveau de bruit a été inférieur d'un certain pourcentage au niveau de bruit présent lors de l' intervalle N, ce qui signifie que le disjoncteur 8 a été ouvert au moment correspondant à l'intervalle N.

Au cours de la quatrième étape de traitement, et conformément à un second mode de réalisation du procédé de l'invention, on considère, à un certain moment correspondant temporellement à un certain intervalle N du signal de mesure, que le disjoncteur est ouvert si, pour K variant de 1 à M, on a :

K, M étant des entiers positifs, Y étant une valeur de tension prédéterminée, et U _N+K+ i et U _N étant les valeurs efficaces hors composante continue du signal de mesure sur les intervalles N+K+l et N. On utilise par exemple M = 8 et Y = 0, 073 Volt.

Avantageusement, on prévoit de remplacer la quatrième étape du procédé de l'invention par une cinquième étape différente de la quatrième, dans le cas où le bruit parasite est trop faible pour que l'estimation de la valeur efficace hors composante continue U soit pertinente pour déterminer si le disjoncteur est ouvert ou fermé.

Cette cinquième étape peut être mise en œuvre de manière continue, c'est-à-dire qu'on traite en permanence les échantillons de mesure, pour pouvoir estimer si le disjoncteur est ouvert ou fermé à la fin de chaque intervalle .

Ainsi, si la valeur efficace hors composante continue estimée sur un certain nombre d'intervalles est inférieure à un premier seuil prédéterminé SI, on n'effectue pas la quatrième étape de traitement mais on la remplace par une cinquième étape de traitement au cours de laquelle on considère que le disjoncteur est ouvert si, pour un intervalle donné, la composante continue Uc du signal de mesure est inférieure à deuxième seuil prédéterminé S2 de tension .

On considère donc que le disjoncteur est ouvert si :

Alternativement, on considérera dans cette cinquième étape que le disjoncteur est ouvert si, pour un certain intervalle :

Max{V _k ) ₊ Mm(y _k )

2

où Max(Vk) et Min(Vk) sont respectivement les valeurs maximale et minimale des échantillons Vk sur l'intervalle en question, et où S3 est un troisième seuil prédéterminé de tension.

De manière optionnelle, on peut aussi prévoir de ne pas activer la cinquième étape de traitement si la valeur efficace du signal de mesure U _eff est supérieure à un quatrième seuil prédéterminé S4, ce qui permet notamment de ne pas mettre en œuvre le procédé de l'invention sur un signal de mesure susceptible de saturer un convertisseur analogique-numérique du troisième voltmètre 14.

Enfin, et de manière à nouveau optionnelle, dans le cas où le relais de coupure a été ouvert suite à une détection d'une surpuissance, on peut prévoir d'ajouter une temporisation programmable (ayant typiquement une durée de temporisation de 3 minutes), suite à laquelle on referme le relais de coupure si la puissance est redevenue normale pendant la durée de la temporisation, même si une ouverture du disjoncteur de l'installation n'a pas été détectée.

L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation 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.

L'ensemble des valeurs numériques utilisées ne sont fournies qu'à titre d'exemple, pour illustrer 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.