Procédé de commande d'ouverture ou de fermeture de circuit électrique au niveau d'un compteur électrique.
La présente invention concerne un procédé de commande d'ouverture ou de fermeture d'un circuit électrique au niveau d'un compteur électrique.
Les compteurs électriques sont des dispositifs permettant de mesurer instantanément le courant consommé et la tension sur la ligne électrique avec une précision métrologique, afin de pouvoir facturer la consommation électrique exacte d'appareillages électriques, d'une maison par exemple. Ces compteurs, de façon connue, comprennent un ou plusieurs relais de type électromécanique qui permettent de commander l'ouverture ou la fermeture du circuit électrique traversant le compteur, afin d'établir ou de couper l'alimentation électrique de la maison en question. La commande de l'ouverture du circuit peut être nécessitée par la détection d'une ^surtension en amont du compteur. Elle peut aussi être nécessitée par le non-paiement de l'électricité consommée par l'utilisateur, l'ordre d'activation du relais provenant alors de l'extérieur du compteur. Le relais est généralement piloté par un moyen électronique du type microprocesseur logé dans le compteur lui-même. La commande de la fermeture du circuit peut, de la même manière, être pilotée de l'extérieur ou par des composants du compteur lui-même.
Les relais électromécaniques sont des composants susceptibles d'usure, et dont la durée de vie est dépendante des conditions électriques dans lesquelles ils sont activés, lors de l'ouverture et de la fermeture du relais. lis peuvent, en effet, être fortement sollicités dans le cas où des arcs électriques se déclenchent de façon incontrôlée tant lors de l'ouverture que de la fermeture du circuit .
Le document EP 0 108 538 décrit un circuit électrique en courant alternatif pouvant être fermé ou ouvert à l'aide d'un relais, ledit relais étant relié à une
unité électronique de commande pour activer l'ouverture ou la fermeture du circuit électrique lorsqu'un paramètre électrique du circuit atteint une valeur nulle. La temporisation de la fermeture ou de l'ouverture du circuit électrique prend en compte le délai d'inertie du relais. Toutefois, le délai d'inertie est seulement prédéterminé.
L'invention a alors pour but la mise au point d'un procédé de commande d'un relais électromécanique d'un compteur électrique, procédé permettant au relais d'avoir une durée de vie plus longue, ou encore d'être moins sollicité lors de son activation en vue de fermer ou d'ouvrir le circuit électrique traversant le compteur.
L'invention a pour objet un procédé de commande d'ouverture ou de . fermeture d'un circuit électrique en courant alternatif, dans un compteur électrique par activation d'une ouverture ou d'une fermeture d'un relais. Le procédé temporise, les commandes d' activation du relais de façon à ce que la commande effective d' activation du relais déclenche l'action effective du relais sur le circuit électrique quand un paramètre électrique dudit circuit atteint une valeur nulle (ou quasi-nulle) , pour limiter la formation d'arcs électriques dans le relais. Selon l'invention, le procédé comprend les étapes suivantes :
- demande d' activation du relais à un moment donné initial (tO) ,
- détermination d'un délai d'inertie (di) du relais entre un ordre effectif d' activation du relais et une action effective du relais sur le circuit électrique,
mesure d'un paramètre électrique du circuit électrique jusqu'à la détection d'un deuxième moment (tl) où ce paramètre atteint une valeur nulle, au-delà du moment donné initial de la demande d' activation additionné du délai d'inertie (tO + di) du relais,
- temporisation de la demande d' activation jusqu'à l'ordre effectif d' activation du relais de façon à ce que
l'action effective du relais se réalise au deuxième moment (tl) .
Il a en effet été montré dans le cadre de l'invention que l'usure prématurée des relais était, au moins en partie, due à la présence d'arcs électriques se formant lors de Γ' activation du relais. L'invention a alors proposé de différer légèrement la commande effective du relais pour que le relais ne devienne actif que lorsque le risque de formation d'arc est si gnificativement réduit voire écarté, à savoir
- lorsque l'intensité du circuit électrique est nulle (ou quasi-nulle) quand il s'agit d'ouvrir le circuit, ou
- lorsque la tension aux bornes du relais est nulle (ou quasi-nulle) quand il s'agit de fermer le circuit électrique .
Ce passage périodique par la valeur zéro de la tension ou de l'intensité du circuit électrique est bien sûr rendu possible par le fait qu'il s'agit d'un courant alternatif .
En outre, la temporisation prend en compte le délai d'inertie du relais. En effet, chaque type de relais a une certaine inertie en réponse à une commande. Il est donc intéressant que la temporisation selon l'invention compte aussi ce délai d'inertie pour que le relais s'active effectivement au-delà de son délai normal d'inertie et quand le paramètre électrique est à une valeur nulle ou atteint une valeur nulle.
Ainsi, la prise en compte du délai d'inertie du relais permet encore de diminuer le risque qu'un arc électrique ne se forme au moment où le relais s'ouvre ou se ferme. Ceci participe à l'allongement de la durée de vie du relais .
De façon avantageuse, l'étape de détermination du délai d'inertie entre un ordre d' activation du relais et l'action effective du relais sur le circuit électrique
permet de calculer le délai d'inertie régulièrement.
Cette étape peut être réalisée par mesure lors d'une commande d'ouverture ou de fermeture donnée au relais du compteur une fois le compteur installé. On peut également réaliser une détermination préalable du délai d'inertie qui soit préalable à la commande du relais. Elle peut ainsi être réalisée par calibrage initial du relais lors de la fabrication du compteur ou lors de la mise en service du compteur. L'étape de détermination du délai d'inertie permettra alors de vérifier la validité du délai d'inertie mémorisé, voir de le corriger.
Le procédé selon l'invention prend ainsi en compte une éventuelle dégradation des performances du relais due notamment au vieillissement du relais.
Ainsi, le risque qu'un arc électrique se forme au moment où le relais s'ouvre ou se ferme est encore réduit. Ceci participe à l'allongement de la durée de vie du relais .
Comme évoqué plus haut, quand il s'agit d'une commande d'ouverture du circuit électrique, le paramètre électrique mesuré est l' intensité du courant en amont du relais. La mesure de l'intensité du courant s'effectue par exemple par un dispositif comprenant une résistance de valeur contrôlée en température (connue également sous la dénomination anglaise « shunt ») .
Et quand il s'agit d'une commande de fermeture du circuit électrique, le paramètre électrique mesuré est la tension du courant aux bornes du relais. Dans ce cas, la mesure de la tension aux bornes du relais s'effectue, par exemple, par un dispositif comprenant un système d'amplification et un convertisseur analogique-digital.
L'ordre d'activation du relais peut être donné par un moyen électronique et/ou informatique présent dans le compteur électrique ou disposé à l'extérieur du compteur.
L'invention peut s'appliquer aux courants électriques monophasés .
Elle peut également s'appliquer aux courants électriques multi-phasés , notamment tri-phasés.
Dans ce dernier cas, selon une première variante, l'ouverture ou la fermeture de chaque phase du courant est réalisée par un relais muni de son propre moyen de mesure de paramètre électrique : on applique le procédé de l'invention à chacune des phases de façon séparée.
Et selon une seconde variante, l'ouverture ou la fermeture de chaque phase du courant est réalisée par un relais, avec une première phase où est réalisée la mesure de paramètre électrique, le passage à la valeur nulle du paramètre de courant concernant les autres phases étant déterminé en prenant en compte le déphasage connu de ces autres phases par rapport à ladite première phase : on mesure le paramètre électrique sur une des phases seulement, la temporisation des autres phases étant calculée à partir de celle dont on mesure le paramètre électrique. Cette méthode est plus économe en mesure et tout aussi fiable que celle selon la première variante.
Aussi bien dans le cadre de la première que de la deuxième variante, l'invention permet de décaler les activations des relais et ainsi de répartir la consommation instantanée des relais, ce qui contribue à réduire la dimension de l'alimentation.
L'invention a également pour objet un compteur électrique muni d'au moins un relais relié à une unité électronique de commande pour activer l'ouverture ou la fermeture du circuit électrique associé, le circuit électrique étant muni d'un moyen de mesure de tension et/ou d'intensité électrique, ledit compteur mettant en œuvre le procédé de commande décrit plus haut.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de 1' invention.
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi
lesquels :
- la figure 1 est un schéma bloc du procédé de commande d'ouverture du circuit électrique d'un compteur électrique par un relais selon l'invention ;
- la figure 2 est une représentation schématique du courant circulant dans le circuit électrique traversant le compteur lors d'une commande d'ouverture du circuit selon le procédé illustré à la figure 1 ;
- la figure 3 est un schéma bloc du procédé de commande de fermeture du circuit électrique d' un compteur électrique par un relais selon l'invention.
Les figures 1 et 2 explicitent le procédé de commande d'ouverture du circuit électrique alternatif d'un compteur électrique, au moyen d'un relais électromécanique commandé par un microprocesseur logé dans le compteur lui- même (il peut également se situer en dehors du compteur, et être connecté au relais par des moyens de connexion appropriés) . On ne rentrera pas ici dans les détails de conception du compteur électrique, ni de celui du relais ou du microprocesseur qui le pilote, ces éléments étant connus en soi.
Le procédé illustré par le schéma bloc de la figure 1 permet de commander l'ouverture du circuit et se décompose en les étapes successives suivantes :
- Etape 1 : Demande d' activâtion (signal a à la figure 2) du relais afin d'obtenir une ouverture du circuit électrique à un premier temps tO. La demande d'activation peut être pilotée de l'extérieur (cas de non-paiement du montant de l'électricité consommée par l'utilisateur par exemple, qui entraine une coupure du circuit électrique commandée depuis un poste central gérant le fonctionnement les compteurs à distance) . Elle peut aussi être pilotée par un microprocesseur logé dans le compteur, par exemple lorsqu'est détectée une surtension.
- Etape 2 : Détermination du délai d'inertie di du relais (délai d'inertie représenté sur le signal électrique
c en figure 2) . Ici, on considère que ce délai dans la réponse du relais à une commande d'activation est connu et prédéterminé (par exemple mesurée en usine pendant le montage du compteur) lors de la mise en route du compteur. L'étape de détermination du délai d'inertie permet de définir de nouveau le délai d'inertie de manière à corriger, si besoin, le délai d'inertie préalablement déterminé. La nouvelle valeur du délai d'inertie sera mémorisée en vue d'une activation ultérieure.
- Etape 3 : Mesure de l'intensité I du courant, électrique en amont du relais par une résistance de valeur contrôlée en température, appelée aussi « shunt », afin de détecter/prévoir quand l'intensité devient de valeur nulle, après avoir laissé passer le délai d'inertie dudit relais. (Alternativement, on peut mesuré l'intensité du courant électrique indirectement, par effet Hall ou par un transformateur d'intensité)...
- Etape 4 : Ordre effectif d'activation du relais, - signal d'activation d à la figure ' 2 ) prenant en compte à la fois le délai d'inertie du ' relais et le passage à la valeur 1 = 0 qui suit ce délai.
Concrètement, on ajoute un temps correspondant à un nombre entier de périodes au-delà du maximum de délai du relais. On soustrait à ce temps le délai d'ouverture appris et enregistré pour générer l'ordre effectif commande du relais.
- Etape 5 : Activation effective du relais : le relais ouvre le circuit électrique quand l'intensité du courant est nulle (ou quasi-nulle) , après son délais d' inertie - le relais est donc activé au moment propice (cercle marqué sur le signal électrique c de la figure 2) pour éviter la création d'arcs électriques.
De façon plus détaillée, l'ouverture effective du relais, mesuré par l'absence de circulation de courant est mesurée par le bloc de mesure de courant puis fournie au bloc de contrôle. La détection est basée sur une
disparition du courant en dehors des passages par zéro attendu, ce qui évite de détecter de multiples rebonds. Le système de contrôle peut ainsi déduire le temps réel entre la commande d'ouverture et l'ouverture effective du relais. Cette valeur est moyennée avec le temps d'ouverture prévu et re-stockée pour une utilisation ultérieure. Ainsi lors de la prochaine commande d'ouverture, le bloc de contrôle du relais pourra anticiper la commande de relais plus précisément, afin que l'ouverture effective se produise exactement au passage par 0 du courant.
La première mesure de ce délai entre commande et ouverture effective est effectuée durant la phase de calibration en usine et stockée en mémoire du processeur.
Ainsi,, l'ouverture effective du circuit, se produit à l'instant où le courant est à son minimum, évitant de produire des arcs de surtension, permettant l'allongement de la durée de vie du relais et éventuellement la réduction de sa taille.
La figure 3 correspond au schéma bloc de commande de fermeture de circuit. On retrouve le même nombre d'étapes 1 à 5 de la commande d'ouverture. Les différences d'avec la commande d'ouverture sont :
- à l'étape 1, il s'agit cette fois, naturellement, d'une commande de fermeture du circuit,
- à l'étape 3, on mesure cette fois la tension (la différence de potentiel) aux bornes du relais par un système d'amplification et un convertisseur analogique- digital, jusqu'à la détection d'une valeur de tension nulle. Concrètement, la mesure de tension se fait de part et d'autre du relais : On mesure chacun des potentiels à l'aide d'un convertisseur analogique-numérique, puis les deux résultats sont soustraits pour connaître la tension aux bornes du relais.
- à l'étape 4, l'ordre effectif est cette fois un ordre de fermeture, et en étape 5 l'action effective du relais est une fermeture, qui est réalisée quand la tension
est nulle ou quasi-nulle.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisations décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications .
Ainsi, on peut prévoir une temporisation qui, une fois que la valeur de l'intensité ou de la tension devient nulle, ajoute un certain nombre de périodes calculées à partir de ce point du signal, avant que le relais n'agisse effectivement sur la fermeture ou l'ouverture du circuit.
On peut également, en ce qui concerne la détermination du délai d'inertie, faire une vérification du délai d'inertie mémorisé puis en le contrôlant lors d'une commande d' activation sans temporisation par exemple. La détection de l'ouverture et de la fermeture du circuit par le relais sera assurée par la mesure de la tension (de part d'autre du relais) et du courant respectivement. Cette étape de vérification peut être réalisée par exemple à la mise en service du compteur et suivie d'une correction du délai d'inertie mémorisé en fonction du délai d'inertie mesuré lors de la vérification. Le délai d'inertie peut en outre être mesuré à chaque activation du ou des relais de manière à corriger le délai d'inertie qui sera mémorisé en vue d'une activation ultérieure. En cas de rebonds du relais, le délai d'inertie sera déterminé en fonction de la première ouverture ou fermeture détectée.
On peut aussi avoir plusieurs relais agissant sur le même circuit électrique, chacun pouvant, indépendamment des autres, être commandé selon l'invention, notamment si une redondance est préférable en cas de panne inopinée d'un des relais.
Dans le cas de courant multi-phasé, on peut décaler précisément les fermetures (ou les ouvertures) des circuits par les relais, ce qui contribue à réduire la consommation instantanée des relais, et la taille du système d'alimentation. En cas de surtension, on pourra prévoir de
ne pas décaler les ouvertures de circuit mais au contraire d'ouvrir les circuits au plus vite.
L'invention est avantageuse, en ce sens qu'elle utilise pour sa mise en œuvre des moyens préexistants : ainsi, les compteurs électriques sont déjà équipés, généralement, de relais commandés par des unités électroniques internes et/ou externes au compteur, de moyens de détection de surtension et de moyens de mesure des paramètres électriques du courant, dont la tension et l'intensité. Elle ne fait donc qu'utiliser les moyens disponibles pour améliorer la durée de vie des relais sans modifier la structure du compteur ni en complexifier notablement le mode de fonctionnement.