FR2896048A1 - Methode et systeme de detection pour un dispositif electrique - Google Patents

Abstract

La présente invention se rapporte au domaine des pompes et plus particulièrement à une méthode et à un système de sécurité pour une pompe. Le système de sécurité permet d'arrêter le fonctionnement de la pompe lorsque celle-ci n'est plus alimentée en eau. Ce système de sécurité est applicable aux pompes de surface et aux pompes immergées par exemple.

Description

La présente invention concerne le domaine des pompes électriques telles

que les pompes de surface ou les pompes immergées et plus particulièrement, un système de sécurité pour ces pompes.

Actuellement, il existe des systèmes de sécurité pour éviter qu'une pompe fonctionne alors qu'elle n'est plus alimentée en eau, c'est à dire pour éviter un fonctionnement en marche à sec. Ces différents systèmes de sécurité sont adaptés pour être utilisés avec différents types de pompe. En effet, il existe différents types de pompe : les pompes immergées, les pompes de surface, les pompes submersibles.

Ainsi dans une installation de pompage avec une pompe immergée la pompe est toujours recouverte d'eau. La pompe permet ainsi d'approvisionner en eau une habitation située à la surface. La pompe peut également fournir en eau un système d'irrigation si celui-ci est directement raccordé en sortie de pompe.

De nos jours, les protections de sécurité pour les pompes immergées sont au choix : des dispositifs à deux électrodes situées dans le forage, des dispositifs à une électrode, des dispositifs sans électrode avec la mesure du facteur de puissance, des dispositifs à mesure de débit en sortie de pompe, des dispositifs sans électrode avec enregistrement automatique des paramètres de l'installation et mesure du décalage temporel entre le courant et la tension.

Concernant les pompes de surface, il existe différentes façons de les utiliser contrairement aux pompes immergées. Ainsi, la pompe de surface peut être utilisée en aspiration. Dans cette situation, la pompe se trouve au-dessus du niveau de l'eau. L'eau est ainsi aspirée dans un puits, un forage ou encore un cours d'eau par exemple. Cette eau est ensuite amenée jusqu'à un certain niveau. Ce niveau est celui où l'eau est utilisée. La pompe de surface peut également être utilisée en charge. Dans cette situation, la pompe se trouve au- dessous du niveau de l'eau. L'eau est aspirée dans un bassin, un réservoir, une bâche de stockage par exemple. Dans ce cas, la pression d'entrée de la pompe est très faible, voire voisine de zéro.

Les systèmes de protection actuellement employés pour les pompes de surface utilisées en aspiration ou en charge sont, par exemple, un dispositif avec interrupteur à niveau, un dispositif avec une électrode ou encore un dispositif avec un capteur de débit.

Une autre installation de pompage peut être telle que le pompage s'effectue à partir du réseau de ville. Ce type d'installation est utilisé lorsque la pression d'entrée n'est pas suffisante pour porter l'eau au niveau de l'utilisation. Ce type de montage est essentiellement utilisé dans les systèmes à surpression. Dans ce cas, le système de protection est, par exemple, un dispositif avec un capteur de pression ou encore un dispositif avec un capteur de débit.

Le système à surpression constitue une autre façon d'utiliser les pompes de surface. Ce système à surpression permet d'élever la pression et peut inclure des éléments tels qu'un variateur ou un réservoir sous pression. Cette pression s'élève jusqu'à une pression d'utilisation qui correspond à une valeur déterminée. Cette valeur est supérieure à la pression d'entrée.

De la même façon que précédemment, les dispositifs de sécurité pour ce type de système sont au choix : un dispositif avec un capteur de pression, un dispositif avec un capteur de débit, un dispositif avec une électrode, un dispositif avec un 20 interrupteur de niveau.

Les pompes de piscine constituent également une autre sorte de pompes de surface. Le filtre associé à ces pompes est la différence essentielle qui 25 distingue ces pompes des autres pompes de surface.

A la suite des pompes immergées il existe également des pompes submersibles. Ces pompes sont utilisées comme pompe de relevage. Une pompe de 30 relevage est une pompe qui permet d'élever les eaux, comme par exemple les eaux usées, d'un niveau inférieur vers un niveau supérieur, Toutes les solutions de sécurité citées précédemment présentent de nombreux désavantages. Ainsi ces systèmes de protection nécessitent la mise en place d'éléments tels que des lignes électriques, des câblages, des flotteurs ou des capteurs. L'intervention d'une personne spécialisée est donc indispensable.

De plus, tous ces types de protection demandent au préalable un réglage pour la détermination des paramètres de fonctionnement. Ce réglage nécessite parfois de placer l'installation dans des conditions critiques de fonctionnement ce qui n'est pas toujours possible selon le type de pompe utilisée.

Par ailleurs, les modifications de l'installation, qu'elles soient volontaires comme le changement de matériel ou encore la modification des pressions d'utilisation ou qu'elles soient involontaires comme les variations d'eau entre l'été et l'hiver, l'usure des électrodes, le vieillissement du matériel, des mauvais contacts électriques risquent de ne pas être pris en compte par ces systèmes de protection contre la marche à sec pour ces pompes.

Par conséquent, un but de la présente invention est de fournir une méthode et un système pour sécuriser tout type de pompe qu'elle soit immergée, de surface ou submersible afin d'empêcher le fonctionnement de ces pompes en situation de marche à sec, c'est à dire sans eau.

Plus particulièrement, l'invention présente une méthode pour détecter un état de fonctionnement d'un dispositif électrique ayant une pluralité de paramètres comprenant une première variable en fonction du temps, une deuxième variable en fonction du temps ladite deuxième variable étant corrélée à la première variable, une valeur périodiquement déterminée de la première variable, une pluralité de valeurs constantes liées auxdites première et deuxième variables, les étapes de cette méthode comprenant : -une première et une deuxième mesures de la première variable à deux intervalles de temps différents et relatifs à la première variable pour calculer la dérivée première de ladite première variable en fonction du temps ; - une première et une deuxième mesures de la deuxième variable à deux intervalles de temps différents et relatifs à la deuxième variable pour calculer la dérivée première de ladite deuxième variable en fonction du temps ; une comparaison de la première et de la deuxième mesure de la première variable avec la valeur périodiquement déterminée de la 30 première variable pour déterminer l'état de fonctionnement du dispositif électrique.

Les autres buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels : - la figure 1 présente une pompe hydraulique ; - la figure 2 représente les courbes des caractéristiques (tension et courant) de fonctionnement de la pompe en fonction du temps ainsi que le déphasage entre ces ceux caractéristiques ; - la figure 3 représente la courbe de fonctionnement de la pompe qui montre l'évolution de la hauteur manométrique en mètre en fonction du débit en mètre-cube ; - la figure 4 représente trois graphes concernant les variations de la phase, de la dérivée première de la phase et de la dérivée seconde de la phase lors d'un fonctionnement de la pompe avec une pression de sortie constante ; -la figure 5 représente trois graphes concernant les variations de la phase, de la dérivée première de la phase et de la dérivée seconde de la phase en fonction du temps lors d'un fonctionnement de la pompe avec une pression de sortie variable ; - la figure 6 représente quatre graphes concernant les variations de la phase pour une pompe de surface, selon différents types de pression de sortie ; - la figure 7a représente les variations de la phase en fonction du temps pour une pompe immergée ; - la figure 7b représente les variations de l'intensité du courant en fonction du temps pour une pompe de surface en aspiration ; - la figure 8 représente une pompe connectée à un boîtier électronique : - la figure 9 représente une vue de profil du boîtier ; - la figure 10 représente une vue de face du boîtier ; - la figure 11 représente l'architecture de la carte électronique du boîtier ; - la figure 12 représente l'évolution des valeurs de la sonde zO et des valeurs de la phase en fonction du temps ; -la figure 13 représente les cycles de mesure n et n+l avec les différentes mesures de l'intensité du courant et de la phase ; - la figure 14 représente la variation de la phase, en présence de la sonde zO, dans le cas d'un désamorçage rapide de la pompe au cours des cycles de mesure ; -la figure 15 représente la variation de la phase, en présence de la sonde zO, dans le cas de variations très fréquentes de la phase au cours des cycles de mesure ; - la figure 16 représente la variation de la phase, en présence de la sonde zmax, dans le cas d'une pompe avec un très faible débit de sortie, au cours des cycles de pompage ; - la figure 17 représente les cycles de pompage n, n+l et n+ 2 avec les différents traitements liés à la sonde zmax ; - la figure 18 représente le diagramme des différentes étapes de la méthode.

La figure 1 présente une pompe. Cette pompe comprend un ensemble hydraulique et un moteur électrique. Une telle pompe permet d'aspirer et de rejeter des liquides tels que l'eau par exemple. Par la suite, nous aborderons des exemples présentant des pompes immergées ou en surface. Cette pompe possède des caractéristiques électriques. Ces caractéristiques sont par exemple l'amplitude de la tension, l'amplitude du courant, le déphasage temporel entre le courant et la tension. Ces caractéristiques électriques dépendent des paramètres d'installation tels que par exemple la pression, le débit, la présence d'eau, l'absence d'eau, l'approche d'une situation de manque d'eau. Ces caractéristiques électriques dépendent également des paramètres de la pompe elle-même tels que par exemple la puissance, le facteur de puissance, le régime d'alimentation qui peut être monophasé ou triphasé. Dans la suite de la description nous admettrons que la pompe fonctionne en régime nominal c'est à dire à 230 volts ou 400 volts ou encore à 50 Hertz ou 60 Hertz.

La figure 2 montre le décalage entre la courbe i qui représente l'intensité du courant et la courbe u qui représente l'intensité de la tension. Dans la suite de la description, on nommera i par intensité ou courant ou encore pour désigner l'intensité du courant.

Ce décalage s'exprime comme un décalage temporel. Ce décalage peut également se définir par l'angle 9, également nommé la phase p, entre le vecteur de la tension et celui de l'intensité. Le décalage peut également être représenté par le cosinus de l'angle 9. De manière générale, les valeurs absolues de phase sont différentes selon les types de pompes et selon leur utilisation. En revanche, la variation de phase par rapport au temps est très similaire d'une pompe à l'autre.

En théorie, ce déphasage varie de 0 à 90 si la puissance mécanique du moteur fournie varie de 0% à 100. En pratique, ce déphasage varie généralement de -5 à -65 . Cette valeur dépend essentiellement de la valeur de la pression à l'instant t. La connaissance de la pression permet d'obtenir le débit. De la même façon, la connaissance du débit permet d'obtenir la pression. Si la pression augmente, le déphasage augmente. Si l'on atteint une situation de manque d'eau, le déphasage augmente encore. Pour chaque type de pompe, le constructeur fournit une courbe comme présentée en figure 3. Cette courbe représente la hauteur manométrique en mètres en fonction du débit de la pompe en mètre cube par heure. Cette hauteur manométrique correspond à la hauteur que doit parcourir l'eau entre le lieu de pompage (le point de départ) et le lieu d'utilisation de l'eau (point d'arrivée). Dans la suite de la description, nous admettrons qu'une hauteur manométrique de 10 mètres correspond à une pression de 1 bar. Quel que soit l'état de fonctionnement de la pompe, le point de fonctionnement de cette pompe se situe sur cette courbe de la figure 3.

Lorsque la pompe a un fonctionnement normal, la phase possède soit une valeur fixe, soit une valeur variable. Ainsi, dans le cas d'un remplissage de bassin, la valeur de la phase est fixe. Dans le cas d'un remplissage d'un réservoir d'une pression minimale à une pression maximale, la valeur de la phase est variable, d'une valeur minimale à une valeur maximale. Dans le cas d'une situation de manque d'eau, c'est à dire en mode marche à sec de la pompe, la valeur de la phase est bien supérieure à la valeur maximale de la phase en fonctionnement correct. Cette valeur maximale de la phase correspond à la pression maximale de la pompe. Le sens de variation de la phase (en valeur absolue) augmente avec la pression.

Les figures 4 et 5 présentent des graphes de variation de la phase en fonction du temps. La zone de situation de manque d'eau est identifiée de manière précise par un trait vertical. La figure 4 correspond à un fonctionnement avec une pression de 11 sortie constante par exemple dans le cas d'un bassin. La figure 5 correspond à un fonctionnement avec une pression de sortie variable par exemple dans le cas d'un réservoir de pression. Pour chacune des figures 4 et 5, la phase, la dérivée première de la phase et la dérivée seconde de la phase sont représentées sur des graphes distincts.

L'analyse de la variation de la phase en fonction du temps permet de déterminer l'instant t où la pompe est en approche de situation de manque d'eau. Cette approche de la situation est désignée par la fenêtre de décision. Cette fenêtre de décision correspond à la période pendant laquelle la pompe est en situation de manque d'eau. La variation de la phase dans cette fenêtre de décision est une variation qui se produit quel que soit le type de pompe utilisé. Dans cette fenêtre, la courbe de la phase montre une brusque montée jusqu'à se stabiliser. Après cette fenêtre, la pompe est en situation de marche à sec.

La figure 6 présente un graphique. Ce graphique comprend différentes courbes de variation de la phase ci) en fonction du temps pour une pompe de surface en aspiration, c'est à dire avec une pression d'entrée nulle. Les quatre courbes présentent chacune une pression de sortie différente : faible, moyenne, forte ou nulle. On distingue ainsi les différentes fenêtres de décision dans chacun des cas. Cette fenêtre de décision est montrée de façon plus précise dans le graphe de la figure 7a. Cette figure 7a montre la variation de la phase en fonction du temps pour une pompe immergée.

De manière équivalente, la variation du courant i en fonction du temps permet de repérer l'approche d'une situation de manque d'eau. La fonction qui décrit les variations de i est une fonction proche de celle qui décrit les variations de p en fonction du temps. La fonction f(i) correspond, à des coefficients près, à la fonction négative de la fonction f(p). La figure 7b présente les variations de i en fonction du temps pour une pompe de surface en aspiration, c'est à dire avec une pression d'entrée nulle. Les quatre courbes présentent chacune une pression de sortie différente : faible, moyenne, forte ou nulle. Dans le cas d'une installation à pression de sortie constante, le courant est stable et constant. Dans le cas d'une installation à pression de sortie variable, le courant décroît linéairement. Dans les deux cas, à l'approche du manque d'eau, la variation du courant est rapide.

La figure 8 présente une pompe associée dans son installation à un boîtier électronique. Ce boîtier est par exemple en plastique. Ce boîtier contient une carte électronique. Le schéma fonctionnel de cette carte est présenté sur la figure 11. Ce schéma présente trois principaux blocs fonctionnels. Le premier bloc concerne le traitement de la phase. Le deuxième bloc concerne le traitement de la tension. Le troisième bloc concerne la mesure analogique de l'amplitude du courant.

Dans le premier bloc fonctionnel, la donnée d'entrée est la tension appelée tension image de l'intensité du courant. Cette tension image de l'intensité subit différentes étapes (filtre Bessel, déphaseur,...). Puis la tension du deuxième bloc fonctionnel intervient dans ce premier bloc. La phase ensuite traitée par le microcontrôleur en sortie de ce premier bloc fonctionnel.

Le troisième bloc concerne la mesure analogique de l'amplitude de i. La donnée d'entrée de ce bloc provient du premier bloc. L'intensité du courant est ensuite traitée par le microcontrôleur en sortie de ce troisième bloc fonctionnel.

A l'issue du traitement par le microcontrôleur, la pompe peut éventuellement s'arrêter, comme l'indique l'unité commande pompe sur la figure 11. De plus, une action extérieure est réalisée afin de tester le résultat obtenu, comme l'indique l'unité test sur la figure 11. Enfin, le résultat obtenu est visualisable sur le boîtier, au moyen d'une diode électroluminescente, par exemple, comme l'indique l'unité visualisation sur la figure 11.

Ce boîtier peut s'adapter aux installations équipées de pompes immergées de même qu'aux installations équipées de pompes de surface.

Concernant le boîtier utilisé avec les pompes immergées, le boîtier est équipé d'un bornier. Ce bornier permet le raccordement de l'alimentation électrique, le raccordement de la pompe et du contact sec de demande d'eau. ce bornier est également utilisé pour connecter un interrupteur général et une protection par fusible remplaçable. De plus, ce boîtier assure la gestion du manque d'eau grâce à un redémarrage de la pompe après une temporisation ou encore une temporisation progressive par exemple.

Concernant le boîtier utilisé avec les pompes de surface, le boîtier est en matière étanche. Comme présenté sur les figures 9 et 10 ce boîtier est un parallélépipède d'une longueur d'environ 15 centimètres et d'une hauteur d'environ 5 centimètres. Ce boîtier est muni d'une prise mâle secteur et d'une prise femelle sur laquelle se branche directement la fiche de la pompe. En cas d'arrêt de la pompe par manque d'eau, il est nécessaire de débrancher puis de rebrancher le boîtier. La ligne de la pompe d'alimentation est protégée par un fusible non remplaçable.

A la suite de cette description, nous allons à présent détailler le mode de fonctionnement de ce boîtier lorsqu'il est installé avec la pompe. Ce mode de fonctionnement se compose de trois étapes distinctes. Ces trois étapes agissent l'une à la suite de l'autre afin de s'assurer qu'en cas de manque d'eau la pompe ne fonctionne pas.

On considère tout d'abord un cycle de mesure de la phase 9. Concernant la phase 9 des valeurs de certaines données sont déterminées à l'avance à partir de mesures effectuées sur plus d'une centaine de pompes différentes et dans des conditions de pompage différentes. Ainsi des valeurs constantes telles que k, kl sont déterminées à l'avance. De la même façon, le temps d'attente dt9 entre deux points très proches sur la courbe 9 et le temps d'attente i entre deux mesures de 9 sont également fixés au préalable.

Lors de ce cycle de mesure, on mesure la phase 9 à un temps donné tl. Puis on mesure à nouveau la phase ç à un temps tl + dt9. Le décalage dt9 définit un court décalage dans le temps sur la courbe qui décrit 9. On calcule alors la différence delta entre ces deux valeurs de 9 par rapport au temps t. Sur le graphe de la fonction 9 en fonction du temps, cela équivaut à mesurer la pente de la courbe cp(t).

On compare cette différence delta avec la constante k. Si après la comparaison il apparaît que delta est supérieur à k, cela signifie que l'on est potentiellement en approche d'une situation de manque d'eau.

Dans le but de confirmer cette situation, on doit procéder à une deuxième mesure.Avant d'effectuer cette deuxième mesure, on attend un certain temps T. Ce temps est de l'ordre de quelques secondes, environ trois secondes. Dans le cas d'une situation d'irrigation, cette attente entre les séries de mesure des valeurs de cp permet d'éviter de fermer les vannes et de générer une brusque variation de 9. Cette brusque variation peut en effet être interprétée comme une situation de manque d'eau par le système de détection. Or la fermeture des vannes constitue une coupure d'eau et non un manque d'eau au cours du fonctionnement de la pompe.

Cette attente permet également de ne pas tenir compte des variations de phase qui sont dues à des passages de saleté dans la tuyauterie d'aspiration ou à des variations de tension d'alimentation.

On effectue donc une deuxième mesure de cp après le temps d'attente t. On mesure tout d'abord cp au temps t. Puis après un temps d'attente dtw on mesure cp au temps t + dt(.

On calcule alors la différence delta 1 entre ces deux valeurs de cp par rapport au temps t. Puis on calcule la différence entre delta et delta 1 (delta 1 - delta) par rapport au temps t. On compare alors cette différence entre delta 1 et delta avec la constante kl. Si après la comparaison il apparaît que le résultat de delta 1 - delta est supérieur à k1, cela signifie que la pompe fonctionne dans une situation proche du manque d'eau. Le système arrêter alors la pompe.

Si, lors de la comparaison, delta 1 - delta est inférieur à kl alors les mesures de 9 doivent être renouvelées afin de réitérer les différentes comparaisons évoquées ci-dessus.

On peut effectuer plusieurs séries de mesure afin de déterminer si l'on est en approche d'une situation de manque d'eau. Nous allons voir par la suite que les autres étapes de la méthode permettent d'affiner cette détection de l'approche de la situation de manque d'eau. En effet, il peut arriver que certaines variations de p semblent cohérentes alors qu'il s'agit en fait de conditions particulières de pompage dues au manque d'eau qui peuvent s'avérer néfastes pour la pompe.

L'étape suivante permet donc de détecter la situation de manque d'eau de manière à également inclure les situations néfastes citées ci-dessus.

Cette deuxième étape consiste à étudier les variations de l'intensité du courant qui alimente le moteur de la pompe. Concernant l'intensité du courant, des valeurs de certaines données sont déterminées à l'avance à partir de mesures effectuées sur plus d'une centaine de pompes différentes et dans des conditions de pompage différentes. Ainsi une valeur constante telle que 1 est déterminée à l'avance. De la même façon, le temps d'attente dti entre deux points très proches sur la courbe i et le temps d'attente i entre deux mesures de i sont également fixés au préalable.

Lors de ce cycle de mesure, on mesure l'intensité i à un temps donné t0. Ce temps t0 est antérieur au temps tl de mesure de la phase cp évoqué précédemment. Puis on mesure à nouveau l'intensité i à un temps t0 + dti. Le décalage dti définit un court décalage dans le temps sur la courbe qui décrit i.

La variation de l'intensité du courant s'effectue en sens inverse du sens de variation de la phase. Afin d'obtenir des valeurs toujours positives, le calcul effectué correspond à la valeur de l'intensité mesurée avant le temps dti moins la valeur de l'intensité mesurée après le temps dti.

On calcule alors la différence diff par rapport au temps entre ces deux valeurs de i mesurées à to et à to + dti. Sur le graphe de la fonction i en fonction du temps, cela équivaut à calculer la pente de la courbe i(t).

Ensuite on compare cette différence avec la constante 1. Si après la comparaison il apparaît que diff est supérieur à 1, cela signifie que l'on est potentiellement en approche d'une situation de manque d'eau.

Dans le but de confirmer cette situation, on doit procéder à une deuxième mesure. Avant d'effectuer cette deuxième mesure, on attend un temps Z. Ce temps T est équivalent à celui évoqué précédemment lors du cycle de mesure de la phase (p.

La deuxième mesure de l'intensité du courant est donc réalisée après ce temps d'attente. On mesure tout d'abord i au temps t. Puis après un temps d'attente dti on mesure i au temps t + dti. On calcule alors à nouveau la diff, c'est à dire la différence entre ces deux valeurs de i mesures à t et à t + dti.

Si la nouvelle comparaison donne le même résultat, c'est à dire que diff est supérieur à 1, cela signifie que la pompe fonctionne dans une situation proche du manque d'eau.

L'utilisateur doit alors arrêter la pompe. Si la comparaison ne confirme pas le résultat alors après un temps d'attente i on effectue une nouvelle mesure de l'intensité i à t0 afin de réitérer le processus de comparaison.

De la même façon qu'avec la phase cf), il peut arriver que certaines variations voire des absences de variation semblent cohérentes. La pompe risque alors d'atteindre une situation de manque d'eau sans que la variation de l'intensité du courant ne permette de détecter cette situation.

Cette absence de détection survient par exemple lorsque la pompe est immergée et que son débit est peu supérieur à celui du forage. Dans cette configuration, l'écart entre le débit de la pompe et celui du forage étant très faible, à l'approche du manque d'eau la montée de la phase et la diminution du courant sont assez lentes. Par conséquent, en appliquant les solutions de détection basées sur la variation de la phase et de l'intensité, ces variations sont considérées comme des augmentations normales de pression. La phase atteint donc la valeur qui correspond au manque d'eau et il en est de même pour la valeur de l'intensité du courant. Les deux solutions ne permettent donc pas de protéger l'installation dans ce cas précis.

Il en est de même si la configuration est la suivante. Par exemple, l'installation comporte un groupe de surpression. Ce groupe de surpression s'arrête lorsqu'une pression seuil est atteinte, le réservoir est alors plein. Puis pendant un certain temps la demande d'eau, au niveau du robinet, est stoppée de manière volontaire (par exemple la nuit) et au cours de cet arrêt de demande d'eau un problème survient sur le robinet d'arrivée d'eau.

Dans ce cas, lorsque le robinet est réouvert, la pression dans le réservoir va chuter. Le contacteur manométrique enclenche alors le remplissage de la cuve comme c'est le cas lorsque la pression baisse. Or comme le robinet d'eau n'est pas opérationnel, la phase atteint la valeur qui correspond à une situation de manque d'eau. Cette valeur de la phase reste stable puisque aucune arrivée d'eau n'est possible par la suite. La solution précédente basée sur les variations de valeur de la phase ne détecte aucune situation anormale. Or, l'installation est dans une situation de manque d'eau et n'est donc pas protégée. La solution évoquée précédemment ne permet donc pas de protéger l'installation dans ce cas précis.

L'étape suivante permet donc de détecter la situation de manque d'eau de manière à également inclure les situations citées ci-dessus.

Cette troisième étape consiste à créer deux sondes de phase. Ces sondes concernent la phase (p.

La première sonde est une sonde virtuelle zO. Cette sonde est actualisée à chaque cycle de mesure. Cette sonde zO est active pour le cycle de mesure suivant. En l'occurrence, la durée du cycle de mesure est fixée au préalable. La durée du cycle de mesure comprend le cycle de mesure de la phase et le cycle de mesure du courant. La durée du cycle de mesure est fixée à trois secondes.

La valeur de la sonde zO se situe au-dessus de la valeur de la deuxième mesure de la phase, c'est à dire au-dessus de la valeur z. Par définition, zO est égale à la valeur de z plus une constante a. Cette constante a estfixée au préalable. Elle est par exemple fixée à 80, ce qui représente environ 0,39 Volts, soit encore 7 .Comme présenté sur la figure 12, cette valeur de zO est fixée au début du premier cycle.

A la fin du premier cycle, une nouvelle valeur de zO est calculée à partir de la mesure de z effectuée lors de ce premier cycle. Ensuite cette nouvelle valeur de zO est mise en mémoire. Cette valeur de zO est utilisée pendant le deuxième cycle de mesure. Cette valeur de zO reste la même pendant toute la durée de ce deuxième cycle de mesure comme le montre la figure 12.

A la fin de ce deuxième cycle de mesure, une nouvelle valeur de zO est calculée à partir de la mesure de z effectuée lors de ce deuxième cycle de mesure.

Ensuite cette nouvelle valeur de zO est mise en mémoire. Cette valeur de zO est utilisée pendant le troisième cycle de mesure. Cette valeur de zO reste la même pendant toute la durée de ce troisième cycle de mesure. Le processus se répète ainsi pour chaque cycle de mesure comme présenté sur la figure 13. La figure 13 présente deux cycles de mesure consécutifs, le cycle n et le cycle n+1.

Ainsi, la courbe de zO suit la courbe de la phase de façon tout à fait similaire, comme présenté sur la figure 12. Ceci est valable lorsque les variations de la phase sont très lentes, aussi bien en période de croissance de la phase, c'est à dire quand delta <k, qu'en période de décroissance de la phase, c'est à dire quand delta>k, Cette courbe de zO est toujours située au-dessus de celle de la phase. Ainsi la sonde zO permet de protéger la pompe contre les brusques variations de phase.

Ce rôle de zO est d'autant plus notable dans deux cas précis à savoir dans le cas d'un désamorçage rapide de la pompe et dans le cas de variations très changeantes de la phase.

Concernant le cas d'un désamorçage rapide, considérons, par exemple, une installation qui comporte une pompe de surface pour réaliser une aspiration dans un puits avec une importante profondeur de puisage, c'est à dire à la limite des possibilités de la pompe. La pression d'entrée est donc négative. Par ailleurs, la hauteur de refoulement est faible, ce qui implique une pression de sortie très faible donc un débit important. Cet exemple illustre le cas d'une installation prévue pour pomper l'eau d'un puits pour remplir un bassin situé au niveau de la pompe. Certaines installations avec des pompes immergées présentent également ce mode de fonctionnement.

La pompe fonctionne donc d'une part à pression d'entrée négative et d'autre part en fort débit au refoulement. Dans ce cas, la pompe est plus sensible à l'approche du manque d'eau et son désamorçage est donc très rapide. En effet, la pompe n'est plus capable d'aspirer correctement l'eau et elle se désamorce donc d'elle-même. Cet exemple est illustré par la figure 14. Or, selon le cas, la durée de ce désamorçage peut être inférieure à la durée de la mesure de delta, voire inférieure à la durée de la deuxième mesure après le délai d'attente T.

Si la pompe est désamorcée au bout d'un délai d'une seconde, la phase se stabilise. La mesure de la variation de la phase réalisée à ce moment là ne montre donc aucune variation alors que la pompe est en situation de manque d'eau. Comme le montre la figure 14, la phase est située bien au-delà de la courbe de zO. Grâce à la sonde zO, la pompe est arrêtée bien avant que phase atteigne des valeurs situées au-dessus de zO.

Concernant le cas de nombreuses variations de la phase, considérons un autre exemple dans lequel une pompe de surface est utilisée pour l'eau d'un bassin à un point d'alimentation. La pression d'entrée est donc nulle. La conduite d'alimentation arrive horizontalement au niveau de l'aspiration de la pompe. La hauteur de refoulement est importante donc la pression de sortie est très forte, ce qui correspond à un faible débit. Il peut s'agir par exemple d'une pompe de reprise dans un bassin pour alimenter un logement. Le logement est situé à quelques dizaines de mètres au-dessus du bassin.

La conduite d'arrivée étant horizontale, lors de l'approche du manque d'eau le niveau descend lentement et verticalement tout le long de cette conduite. Dès qu'un peu d'air passe, la phase monte très vite. Cependant, comme la conduite de sortie exerce une pression importante dans le corps de pompe, l'eau a tendance à redescendre. De ce fait, l'aspiration reprend puis la phase redescend à nouveau en raison de l'air qui passe dans la conduite. Et le phénomène se reproduit ainsi en continu. Par conséquent, la phase est en variation continue comme présenté sur la figure 15. La fréquence de cette variation est telle qu'à chaque cycle de mesure de delta, les valeurs mesurées sont interprétées comme correctes. Grâce à la sonde z0, la pompe est arrêtée dès que la valeur de la phase dépasse celle de z0.

La deuxième sonde est une sonde dynamique zmax. Cette sonde est actualisée à chaque cycle de pompage. Cette sonde zmax est active pour le cycle de pompage suivant. Un cycle de pompage commence depuis le démarrage de la pompe jusqu'à son arrêt. Ainsi dans une installation de surpression par exemple, le démarrage de la pompe est commandé par le contacteur manométrique et l'arrêt de la pompe correspond à l'arrêt commandé par le contacteur manométrique lorsque le réservoir est plein. La durée du cycle de pompage est donc inconnue puisqu'elle dépend de l'utilisation de la pompe. Cependant, cette durée est au minimum de cinq secondes. Ces cinq secondes correspondent au temps de marche forcée de la pompe lors de la mise en route. Lors de ces cinq secondes après le démarrage, la phase et l'intensité peuvent ainsi se stabiliser.

Cette deuxième sonde est utile pour des installations dans lesquelles la pompe ne fonctionne pas en permanence. En effet, la pompe est arrêtée soit par le dispositif de pompage lui-même, soit par l'utilisateur.

La sonde zmax permet de définir une limite maximale de phase de la pompe. On mesure et on enregistre la dernière valeur de la phase avant l'arrêt de la pompe. En l'absence de défaut, on peut considérer que cette valeur de phase est correcte. On peut donc utiliser cette phase pour déterminer une sonde de phase maximale zmax.

La valeur de la sonde zmax se situe au-dessus de la dernière valeur calculée de z0. Par définition, zmax est égale à la valeur de z0 plus une constante b. Cette constante b est fixée au préalable. Elle est par exemple fixée à 20, ce qui représente environ 1,75 .

Comme présenté sur la figure 16, la valeur de cette sonde zmax est calculée et mise en mémoire dès l'arrêt de la pompe. Cette valeur est conservée pendant tout le cycle de pompage suivant. A la fin du cycle de pompage suivant, la valeur de zmax est écrasée et remplacée par une nouvelle valeur comme présenté sur la figure 17. Cette nouvelle valeur est calculée à partir de la dernière valeur de z0 avant l'arrêt de la pompe.

Ce type de sonde est utile par exemple lorsqu'une coupure d'eau intervient pendant que la pompe est arrêtée ou lorsque le débit en sortie de pompe est faible ou lorsque le gradient de débit entre l'entrée et la sortie de la pompe est faible ou enfin lorsque la mise en route de l'installation se fait sans eau. Dans ces cas là, la sonde z0 ou les méthodes basées sur les variations de phase et de courant ne permettent pas de détecter les situations de manque d'eau. Seule la sonde zmax permet de protéger l'installation en arrêtant la pompe dans de telles situations.

Les différentes étapes décrites précédemment concernant p, i, zO et zmax pour le fonctionnement de la méthode selon l'invention, sont organisées de telle sorte que si l'une de ces étapes permet de détecter la zone de manque d'eau, alors la pompe s'arrête et les autres étapes ne sont pas réalisées.

Le déroulement des étapes évoquées précédemment est décrit dans le diagramme de la figure 18. Ce diagramme est une représentation simplifiée des différentes étapes puisque lors de la confirmation de la mesure de p, le calcul de la dérivée seconde de p n'est pas décrit dans la figure 18. Cependant dans la pratique, ce calcul de la dérivée seconde a bien lieu.

Comme décrit sur cette figure 18, la première mesure est effectuée par le microcontrôleur afin de déterminer les caractéristiques de la pompe telles que la tension et l'intensité. Ensuite, la mesure de i donne une première valeur y au temps t0. Si la pompe est en fonctionnement, alors les différentes mesures de 9 au temps tl et au temps tl + dt9 vont donner deux valeurs x et z. Et une autre mesure de i au temps t + dti donne une valeur w. Les calculs de delta =z-x et de diff =y-w peuvent être effectués. Puis un temps d'attente t s'écoule avant une nouvelle mesure de i. Un premier cycle de mesure se termine. Le calcul de la dérivée seconde de p est, en pratique, réalisée lors de cette étape, avant la fin de ce premier cycle de mesure.

Ensuite, si la pompe est en fonctionnement, les différentes comparaisons liées aux étapes de la méthode se succèdent. Tout d'abord la comparaison est effectuée entre x et zO et entre z et zO. Si aucune zone de manque d'eau n'est détectée, la pompe n'est pas arrêtée. Alors la comparaison se poursuit entre x et zmax et entre z et zmax. Si aucune zone de manque d'eau n'est détectée, la pompe n'est pas arrêtée. Alors la comparaison se poursuit avec delta comparé à k, puis avec diff comparé à 1. En pratique, la comparaison de la dérivée seconde avec kl est réalisée lors de cette étape. Pour la comparaison de delta et de diff, une confirmation est nécessaire.

Pour 9, cette confirmation consiste à mesurer, dans un nouveau cycle de mesure, une nouvelle valeur de 9 au temps t afin d'obtenir une valeur x puis au temps t + dt9 afin d'obtenir une valeur z pour calculer la différence entre ces deux valeurs, représentées ici par delta=z-x. Pour p, une autre confirmation possible consiste à comparer la dérivée seconde de 9 avec la valeur constante kl. Pour i, cette confirmation consiste à mesurer, dans ce nouveau cycle de mesure, une nouvelle valeur de i à un temps t afin d'obtenir une valeur y puis au temps t + dti afin d'obtenir une valeur w pour calculer la différence entre ces deux valeurs, représentées ici par diff=y-w.

Enfin une nouvelle comparaison a lieu afin de décider de l'arrêt éventuel de la pompe. Ainsi pour la phase p, delta est comparé avec k. Pour le courant i, diff est comparé avec 1. Selon les résultats de cette comparaison, pour p ou pour i selon le cas, le cycle de mesure reprend, avec une incrémentation de z0.

La méthode telle que décrite précédemment fonctionne avec un boîtier disposé à l'extérieur de la pompe. La même méthode serait également applicable à une pompe dans laquelle le boîtier serait complétement intégré.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1) Méthode pour détecter un état de fonctionnement d'un dispositif électrique ayant une pluralité de paramètres comprenant une première variable en fonction du temps, une deuxième variable en fonction du temps ladite deuxième variable étant corrélée à la première variable, une valeur périodiquement déterminée de la première variable, une pluralité de valeurs constantes liées auxdites première et deuxième variables, caractérisée en ce que la méthode comprend les étapes suivantes : - une première et une deuxième mesures de la première variable à deux intervalles de temps différents et relatifs à la première variable pour calculer la dérivée première de ladite première variable en fonction du temps ; - une première et une deuxième mesures de la deuxième variable à deux intervalles de temps différents et relatifs à la deuxième variable pour calculer la dérivée première de ladite deuxième variable en fonction du temps ; - une comparaison de la première et de la deuxième mesure de la première variable avec la valeur périodiquement déterminée de la première variable pour déterminer l'état de fonctionnement du dispositif électrique.

2) Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la méthode comprend une étape de comparaison de la dérivée première de la première variable avec une première valeur constante liée à la première variable pour déterminer l'état de fonctionnement du dispositif électrique.

3) Méthode selon la revendication 2, caractérisée en ce que la méthode comprend une étape de confirmation du résultat de la comparaison de la dérivée première de la première variable avec la première valeur constante liée à la première variable.

4) Méthode selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'étape de confirmation comprend une étape de comparaison d'une dérivée seconde de la première variable en fonction du temps avec une deuxième constante liée à la première variable pour déterminer l'état de fonctionnement du dispositif électrique.

5) Méthode selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'étape de confirmation comprend une étape de mesure pour obtenir une troisième et une quatrième mesures de la première variable à deux intervalles de temps différents et relatifs à la première variable pour calculer la dérivée première de la première variable en fonction du temps.

6) Méthode selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'étape de confirmation comprend une étape de comparaison de la dérivée première de la première variable avec la première valeur constante liée à la première variable pour déterminer l'état de fonctionnement du dispositif électrique.

7) Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la méthode comprend une étape de comparaison de la dérivée première de la deuxième variable avec une troisième valeur constante liée à la deuxième variable pour déterminer l'état de fonctionnement du dispositif électrique.

8) Méthode selon la revendication 7, caractérisée en ce que la méthode comprend une étape de confirmation du résultat de la comparaison de la dérivée de la deuxième variable avec la troisième valeur constante liée à la deuxième variable.

9) Méthode selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'étape de confirmation comprend une étape de mesure pour obtenir une troisième et une quatrième mesures de la deuxième variable à deux intervalles de temps différents et relatifs à la deuxième variable pour calculer la dérivée première de la deuxième variable en fonction du temps.

10) Méthode selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'étape de confirmation comprend une étape de comparaison de la dérivée première de la deuxième variable avec la troisième valeur constante liée à la deuxième variable pour déterminer l'état de fonctionnement du dispositif électrique.

11) Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la valeur périodiquement déterminée de la première variable comprend une valeur déterminée à chaque cycle de mesure du dispositif électrique.

12) Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la valeur périodiquement déterminée de la première variable comprend une valeur déterminée à chaque cycle de fonctionnement du dispositif électrique.

13) Système pour détecter l'état de fonctionnement d'un dispositif électrique caractérisé en ce que le système comprend des moyens pour exécuter les étapes de la méthode selon l'une des revendications précédentes.