CA2903609A1 - Dispositif sans contact de caracterisation d'un signal electrique - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un système et un dispositif sans contact pour caractériser le signal électrique transitant dans un conducteur électrique (12), comportant un moyen de couplage électromagnétique inductif (1) apte à entourer ledit conducteur. Le dispositif comporte en outre des moyens (3) pour mettre en court- circuit la sortie dudit moyen de couplage inductif, ladite sortie étant reliée à un circuit électronique (3, 8) de mesure de la différence de potentiel par rapport à une masse flottante pour délivrer un signal représentatif de la tension entre le segment dudit conducteur traversant le dispositif, et une référence de potentiel fixe.

Description

DISPOSITIF SANS CONTACT DE CARACTERISATION D'UN SIGNAL
ELECTRIQUE
Domaine de l'invention La présente invention concerne la caractérisation du signal électrique circulant dans un conducteur, pour des applications diverses, et notamment pour la caractérisation de la consommation électrique d'un bâtiment.
Plus particulièrement, l'invention concerne le domaine des capteurs sans contact pour la réalisation de telles caractérisations, sur un conducteur qui reste sous tension et qui n'est pas interrompu, même au moment de la mise en place du capteur.
Pour des applications de caractérisation de la consommation électrique d'un bâtiment, l'invention vise à déterminer la proportion relative de chaque type d'équipement parmi la consommation totale, avec un seul point de mesure, avec des algorithmes exploitant des mesures de courant effectuées en un seul et unique point d'une installation électrique, indépendamment de son architecture de distribution. Ce faisant, ils ne fournissent pas d'informations sur la localisation des équipements en cours de fonctionnement, car le signal capté
ne diffère pas en fonction du chemin parcouru par l'énergie.
Afin de fournir une information complémentaire de consommation par zone, la breveté a développé un compteur électrique possédant les avantages suivants :
= Faible coût = Non-intrusif = Hybride : mesure du courant et du facteur de puissance = Communicant De manière plus générale, un tel compteur peut être utilisé de manière individuelle pour mesurer la consommation d'un sous-réseau d'une installation électrique.

2 L'invention concerne particulièrement des capteurs électriques sans contact interagissant avec un conducteur par induction électromagnétique.
Etat de la technique On connaît dans l'état de la technique des capteurs inductifs constitués par une boucle d'induction pouvant être placées autour d'un conducteur électrique, et fournissant un signal représentatif du courant électrique, par application de l'effet Maxwell.
On connaît en particulier des systèmes capables de s'interconnecter à des capteurs de courant pour déterminer la consommation transitant dans le câble sur lequel ils sont placés.
La demande de brevet américain US2011074382 présente un capteur de courant sans contact présentant l'avantage de calculer l'énergie électrique consommée grâce à une mesure de tension réalisée par contact avec le ou les conducteurs électriques étudiés. L'alimentation du dispositif est réalisée par conversion de l'énergie captée par la connexion galvanique avec le conducteur sous tension.
Cette solution permet de connaître la consommation électrique précise, sans hypothèse sur la tension, mais nécessite un câblage fastidieux.
La demande de brevet internationale W0201133548 présente un procédé de mesure de la tension d'un conducteur sans contact en exploitant le champ électrique rayonné par le conducteur sous tension, l'amplitude de la tension du conducteur étudié étant déduite de l'amplitude de la tension aux bornes du couple d'armatures formant un condensateur aux propriétés connues.
Cette solution permet de mesurer la tension d'un conducteur en utilisant un dispositif sur mesure.
La demande de brevet américain US20120074929 présente un compteur d'énergie mesurant le courant sans contact et la tension par contact, puis transmettant les données mesurées par un mode de communication sans fil.

3 Cette solution permet de mesurer la consommation électrique d'une installation et de transmettre l'information à distance, le câblage se limitant au raccordement au réseau électrique.
La demande de brevet européen EP1684080 présente un capteur de courant adapté aux jeux de barres, présentant la particularité de trouver sa source d'alimentation en captant l'énergie véhiculée par le champ magnétique rayonné
par la barre conductrice sur lequel il est posé.
Cette solution assure, de manière autonome, une mesure de courant et la transmission d'informations sans fil, mais nécessite une conception mécanique sur mesure et de multiples composants magnétiques pour assurer son fonctionnement.
On connaît également la demande de brevet US2005275397 décrivant des systèmes et méthodes pour contrôler la puissance dans un conducteur.
Un circuit imprimé souple comportant de multiples couches dont une couche de détection de tension, un bobinage et une couche de mise à la terre.
Le bobinage entour autour un conducteur lorsque le circuit imprimé souple est enroulé
autour du conducteur. Le bobinage engendre une tension qui peut être intégrée pour déterminer un courant dans le conducteur. Lorsque le circuit imprimé souple est enroulé autour du conducteur, la couche de détection de tension est au plus près du conducteur. La couche de détection de tension forme un condensateur avec le conducteur. En utilisant un diviseur de tension capacitif réglable, la tension du conducteur peut être déterminée à partir d'un signal de tension reçu de la couche de détection de tension.
La demande de brevet internationale W002097454 décrit un détecteur de tension triphasée à annulation active de la diaphonie.
L'annulation active de la diaphonie est réalisée à l'aide d'un diviseur capacitif de tension pour chacune des phases du système. On obtient une mesure de la tension pour la phase désirée et pour chaque phase additionnelle du système. On calcule pour chacune des phases additionnelles un produit en multipliant la mesure de tension de chacune

4 des phases additionnelles par une constante prédéterminée correspondante, puis on soustrait ledit produit de la mesure de tension de la phase désirée.
On connaît aussi le brevet est allemand DD130693 concernant un transformateur comportant des moyens de mise en court-circuit de la sortie.
Inconvénients de l'art antérieur Les solutions de l'art antérieur présentant des moyens de mesure non intrusifs fournissent une information représentative du courant, mais pas de la tension, sauf à associer deux capteurs complémentaires, comme proposé dans la solution décrite dans la demande de brevet US2005/0275397.
La mesure sans contact de la tension de manière conjointe, pour caractériser un signal, nécessite une conception très particulière à base de condensateurs, pour fournir une information relative à l'amplitude très approximative.
Par ailleurs, toutes les solutions décrites dans l'art antérieur nécessitent une référence de potentiel absolue, impliquant un raccordement physique à la terre. Ces capteurs de l'art antérieur ne sont donc pas des capteurs sans contact et ne fournissent des informations pertinentes que lorsqu'ils sont reliés électriquement à la terre ou à un référentiel de potentiel stable. Cela n'est pas toujours possible, ou du moins aisé, car l'implantation du capteur ne permet pas toujours de trouver un point électrique constituant un tel référentiel stable.
Cela implique que si l'installateur du capteur utilise comme masse un référentiel de potentiel qui n'est pas réellement stable, les données fournies par les capteurs de l'art antérieur sont erronées.
Les documents de l'art antérieur cités ci-dessous et notamment la demande W02992/097454, sont destinés à la caractérisation du signal électrique dans des lignes de très haute tension. Pour de telles applications, il existe toujours un point de masse à proximité permettant de fournir un référentiel de potentiel absolu.
Solution apportée par l'invention L'invention proposée s'attache à définir un système permettant d'exploiter les signaux fournis par des transformateurs de courant pour mesurer la consommation du réseau électrique étudié sans nécessiter de câblage supplémentaire et ne nécessitant pas de raccordement à une référence de potentiel.

5 Afin de remédier aux inconvénients de l'art antérieur, l'invention concerne selon son acception la plus générale un dispositif sans contact pour caractériser le signal électrique transitant dans un conducteur électrique, comportant un moyen de couplage électromagnétique inductif apte à entourer ledit conducteur caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour mettre en court-circuit la sortie dudit moyen de couplage inductif, ladite sortie étant reliée à un circuit électronique de mesure de la différence de potentiel par rapport à une masse flottante pour délivrer un signal représentatif de la tension entre le segment dudit conducteur traversant le dispositif, et une référence de potentiel fixe.
Le dispositif est dépourvu de moyens de raccordement à une référence de potentiel, et en particulier ne nécessite pas de raccordement à
la terre.
Le moyen de couplage électromagnétique inductif est constitué par un tore en ferrite entourant un conducteur dont on cherche à caractériser le signal électrique. Ce tore est lui-même entouré par une bobine dont les deux extrémités constituent les sorties reliées au circuit électrique.
Le tore peut être constitué de deux parties raccordables afin de faciliter la mise en place autour d'un conducteur sans qu'il ne soit nécessaire de couper ce dernier pour mettre en place le tore.
Avantageusement, ledit circuit électrique comprend des moyens de conditionnement du signal mesuré entre la sortie en court-circuit et la masse flottante, pour amplifier le signal et adapter l'impédance en fonction du moyen de mesure de la différence de potentiel.
Avantageusement, le dispositif comporte en outre un circuit de stockage d'énergie alimenté par la sortie dudit moyen de couplage inductif lorsqu'il n'est pas en état de court-circuit.

6 Selon une variante, le dispositif comporte en outre un moyen de couplage inductif additionnel pour alimenter un circuit de stockage d'énergie.
De préférence ledit moyen de stockage d'énergie comprend deux réserves d'énergie en série reliées audit moyen de couplage inductif, l'une seulement desdites réserves délivrant une tension d'alimentation du dispositif.
Selon une variante, le dispositif comporte en outre un circuit électrique pour délivrer un signal représentatif du courant circulant dans ledit conducteur, relié à la sortie dudit moyen de couplage inductif.
Selon une autre variante, le dispositif comporte un multiplexeur analogique délivrant un premier signal pour la mesure de courant, un second signal pour la mesure de tension et un troisième signal pour l'alimentation du dispositif.
Selon une autre variante, il comporte une pluralité de moyens de couplage inductif reliés audit multiplexeur analogique.
Selon une autre variante, le dispositif comporte en outre un moyen de transmission sans fil alimenté par ledit moyen de stockage d'énergie.
L'invention concerne également un système comprenant une pluralité de dispositifs sans contact comportant en outre un circuit d'analyse des informations délivrés par chacun desdits dispositifs, pour localiser sur un réseau électrique les charges électriques induisant les variations desdites informations.
Avantageusement, le système selon l'invention comporte en outre un capteur de consommation générale mesurant les variations de courant et de tension d'une alimentation générale du réseau comprenant lesdits dispositifs et lesdites charges électriques, ledit capteur de consommation fournissant également une information de consommation individuelle de chaque type de charge, le système comportant en outre un circuit pour analyser les corrélations entre les informations fournies par ledit capteur de consommation générale et lesdits dispositifs, et fournir une information localisée de la consommation des charges du réseau.
Description des figures

7 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, concernant un exemple non limitatif de réalisation se référant aux dessins annexés où :
= La figure 1 présente le schéma synoptique global du dispositif.
= La figure 2 présente un exemple de processus mis en oeuvre pour mesurer les grandeurs électriques et transmettre les informations.
= La figure 3 présente un exemple de schéma électronique non exhaustif du système tel que décrit dans cette invention.
= La figure 4 présente des exemples de caractérisation des puissances apparentes localisées estimées à partir des mesures du dispositif.
= La figure 5 présente des exemples de caractérisation des puissances apparentes localisées estimées à partir d'un dispositif de mesure de la consommation générale du réseau étudié.
Description technique La présente invention vise à mesurer la consommation électrique d'un sous-réseau électrique de manière non-intrusive, c'est-à-dire sans nécessiter ni de coupure, ni de câblage supplémentaire. L'essentiel de l'invention réside dans la capacité du système à extraire son alimentation depuis le ou les transformateurs de courant employés pour effectuer la mesure de courant ainsi que son aptitude à
mesurer la tension avec le même capteur.
La figure 1 présente le schéma synoptique global du dispositif.
Le capteur de tension Sur un réseau électrique alimenté par une tension alternative, comme c'est le cas en France, la mesure de la consommation électrique d'une pluralité d'équipements connectés à un sous-réseau nécessite la mesure de plusieurs grandeurs, a minima les formes d'onde du courant alimentant les charges et de la tension présentée à leurs bornes. Ces deux grandeurs permettent de calculer la puissance active instantanée absorbée par ladite pluralité
d'équipements et, par intégration, l'énergie active consommée sur une période de temps.

8 La simple mesure du courant circulant dans un câble ne suffit donc pas à déterminer avec précision la consommation d'énergie, car elle présuppose le choix de la valeur efficace de la tension et du facteur de puissance.
D'ordinaire, la mesure de la tension observée entre deux conducteurs électriques nécessite un contact direct avec ce conducteur, soit à
l'aide de sondes reliées à une impédance de très forte valeur, soit à l'aide d'un transformateur de tension assurant l'isolation galvanique.
La présente invention exploite un transformateur d'intensité (1) en tant que capteur de tension, ce afin de limiter le nombre de capteurs nécessaires à la mesure de la consommation électrique. Un transformateur de courant, dont la constitution sera détaillée par la suite, est monté de telle sorte que son circuit secondaire se trouve en court-circuit. Vu de l'extérieur, le transformateur de courant est ainsi réduit à un conducteur unique, tel une antenne. Le bobinage du circuit secondaire, placé à proximité du conducteur primaire, interagit avec le champ électrostatique rayonné par le conducteur sous tension et subit à son tour une variation de son potentiel électrique qui peut être mesurée par mesure de tension entre le secondaire du transformateur de courant mis en court-circuit et une référence de potentiel.
Il a été démontré que, pour un positionnement connu du conducteur vis-à-vis du bobinage représentant le circuit secondaire d'un transformateur d'intensité, la tension efficace et la tension crête-crête du signal issu du circuit secondaire mis en court-circuit est purement proportionnel à l'amplitude de la tension appliquée au conducteur étudié.
Dans une variante, la position du conducteur par rapport au circuit secondaire du transformateur d'intensité est connue.
Dans une variante, supposant que seule l'information du déphasage entre la forme d'onde du courant et la forme d'onde de la tension est nécessaire, un capteur capacitif est mis en oeuvre. Un câble subissant une tension alternative par rapport à un potentiel fixe rayonne un champ électrique quasi-indépendant du courant qui y circule. Or, un condensateur est un composant électronique dont la

9 tension à ses bornes est proportionnelle à l'intensité du champ électrique dans lequel il est plongé.
Le champ électrique rayonné par ledit câble étant largement dépendant de la distance qui sépare le récepteur dudit câble, l'amplitude de la tension ne peut être fidèlement mesurée par ce biais. En revanche, quel que soit son éloignement par rapport au câble, le condensateur présente à ses bornes une tension dont la forme d'onde est proche de celle de la tension existant entre ledit câble et la terre, et dont les passages par zéro sont fidèlement reproduits.
Or, le déphasage entre la forme d'onde de la tension et la forme d'onde du courant peut être déterminé en calculant la différence de phase entre les deux fondamentaux des deux formes d'onde en jeu. La considération comme référence de phase du passage par zéro du signal fourni par le condensateur placé
proche du câble, en prenant en compte un éventuel biais constant, rend possible le calcul du déphasage et, par conséquent, de la puissance active absorbée par les charges connectées en aval de ce câble, la seule erreur possible résidant dans la valeur efficace de la tension.
Le dispositif permettant cette mesure est composé d'un condensateur, d'un câble de raccordement et d'un comparateur. Le condensateur peut être de plusieurs natures, les meilleurs résultats étant obtenus avec des condensateurs céramiques de faible valeur, inférieure à 100 pF, ou des électrodes planes en vis-à-vis posées de part et d'autres d'un support diélectrique. Le câble de raccordement, qui doit être le plus court possible et posséder un blindage suffisant pour ne pas subir de perturbations, relie les deux bornes dudit condensateur aux entrées d'un comparateur électronique dont le signal de sortie a deux valeurs distinctes suivant que le condensateur est polarisé dans un sens ou dans l'autre.
Le signal numérique issu du comparateur est fourni à un microcontrôleur pour traitement ultérieur.
Selon la variante, le nombre de capteurs capacitifs utilisés peut varier. Soit un capteur capacitif est utilisé en couple avec chaque capteur de courant.
Soit un seul capteur capacitif est utilisé avec un seul capteur de courant, les autres capteurs de courant étant positionnés sur des câbles dont la tension est connue.
Cela est le cas sur tous les câbles d'une installation monophasée, ou sur les trois phases d'un réseau triphasé. Dans ce dernier cas, les déphasages sont espacés de 1200.
5 Les capteurs de courant Un ou plusieurs transformateurs de courant (1) sont employés pour mesurer de manière non-intrusive et isolée la forme d'onde du courant électrique transitant dans un câble. Ces capteurs, basés sur le principe de conversion du flux magnétique généré par le déplacement de charges électriques dans un conducteur

10 appelé circuit primaire en un courant électrique d'amplitude proportionnelle circulant dans un bobinage appelé circuit secondaire, sont très employés dans l'industrie pour la mesure de courants alternatifs.
Dans une variante, ces transformateurs possèdent un matériau aux bonnes propriétés permettant de canaliser le flux magnétique et de le diriger vers le bobinage secondaire. Ce matériau peut être de la ferrite.
Dans une variante, ledit matériau forme un anneau autour du circuit primaire.
Dans une variante, ledit matériau, formant un anneau autour du circuit primaire, est séparé en deux parties afin de permettre son positionnement autour du circuit primaire sans nécessiter de sectionnement et donc d'ouverture du circuit primaire. Cela constitue un avantage de non-intrusivité.
De manière générale, et dans le cas d'un bon dimensionnement du transformateur, le courant circulant dans le circuit secondaire est proportionnel au courant circulant dans le circuit primaire, le facteur de proportionnalité
étant le rapport du nombre de spires effectuées par le circuit primaire par rapport au nombre de spires effectuées par le circuit secondaire.
L'usage général d'un tel transformateur est de l'employer en tant que capteur de courant. Le circuit secondaire est alors fermé sur une charge connue, par exemple un résistor, et la tension naissant aux bornes de cette charge représente

11 une image du courant circulant dans le circuit secondaire et, par conséquent, du courant circulant dans le circuit primaire.
Ces capteurs de courant présentent l'avantage d'être passifs, c'est-à-dire qu'ils ne nécessitent pas de source d'alimentation pour délivrer leur signal de sortie. Ce n'est pas le cas des capteurs par effet Hall, par exemple.
Dans une variante, les circuits secondaires des transformateurs de courant sont équipés de protections limitant les surtensions pouvant apparaître entre leurs bornes.
Mesure de courant Dans le système décrit ici, l'acquisition des valeurs du courant transitant dans le circuit primaire est effectuée en chargeant le circuit secondaire d'un ou plusieurs transformateurs de courant par un résistor dont la valeur de résistance est connue. Ce résistor peut porter le nom de shunt.
Un convertisseur analogique-numérique (5) est utilisé pour convertir les signaux analogiques de la tension aux bornes de la résistance de shunt.
Un circuit électronique de conditionnement peut être mis en oeuvre pour adapter les niveaux du signal analogique afin qu'il convienne aux plages d'entrée du convertisseur analogique-numérique.
Dans le cas de l'utilisation de plusieurs capteurs de courant, comme il est commun pour l'étude de réseaux triphasés, un étage de multiplexage (3) des canaux de mesure est assuré en commutant des interrupteurs à base de transistors.
Ce multiplexage peut être monovoie s'il n'y a pas de contrainte de synchronisme entre voies, ou multivoie sinon.
Microcontrôleur Un microcontrôleur (8) centralise les mesures analogiques converties et les signaux indiquant l'amplitude ou le signe des tensions. Ce dispositif effectue les calculs souhaités par l'utilisateur et stocke les résultats dans une mémoire locale.

12 Communication sans fil La communication du système est assurée par un étage de communication radio (10) permettant de transmettre à distance et sans support matériel les données récoltées. De manière non limitative, une ou plusieurs des technologies suivantes peuvent être intégrées : EnOcean, WMbus, 6IoWPAN.
Le dispositif de communication est a minima un émetteur (10), comportant une antenne (11) et un circuit électronique adapté. On considère comme antenne toute structure métallique capable de rayonner un champ électromagnétique.
Dans une variante, le dispositif de communication est un émetteur-récepteur et fait évoluer son comportement en fonction des données reçues.
Dans une variante, un indicateur lumineux (13) est employé pour indiquer à l'utilisateur la phase d'émission et de réception de données.
Auto-alimentation Le système décrit ici a pour objet de ne pas être connecté
électriquement et adopte donc un système d'alimentation autonome.
Pour assurer le faible coût de revient et la longévité du système, une réserve d'énergie à base de batterie d'accumulateurs ou de piles n'est pas suffisante.
Un procédé de captation de l'énergie véhiculée par le champ magnétique rayonné par le circuit primaire est utilisé. Chaque transformateur de courant délivre au circuit secondaire une puissance qui peut être de l'ordre de quelques dizaines de milliwatts. Cette puissance est dissipée sous forme de chaleur lorsque le capteur de courant est chargé sur un shunt ohmique.
L'objectif de ce procédé est d'extraire, de stocker et de restituer cette énergie. Il est composé d'un ou plusieurs des transformateurs de courant exploités pour effectuer la mesure de courant, éventuellement de leurs protections contre les

13 surtensions, d'un circuit multiplicateur de tension, de dispositifs de stockage, d'un circuit équilibreur de charge et d'un régulateur de tension.
Le courant généré par chaque transformateur de courant est rectifié
par un couple de diodes, de préférence de type Schottky, et va charger alternativement deux groupes de dispositifs de stockage (4). La tension disponible entre les bornes de ces dispositifs de stockage est une tension continue dont la valeur est un multiple de la tension de crête délivrée par les transformateurs de courant, le cas échéant protégés contre les surtensions.
Dans une variante, ces dispositifs de stockage sont des condensateurs de type aluminium de forte valeur.
Dans une variante, la tension continue disponible aux bornes des dispositifs de stockage est dirigée vers un ou plusieurs convertisseurs continu-continu (9) dont le rôle est d'adapter le niveau de tension en fonction des besoins des autres composants implémentés.
Dans une variante, la tension continue disponible aux bornes des dispositifs de stockage est trop importante et n'est pas compatible avec la gamme d'entrée des convertisseurs continu-continu peu coûteux. L'intérêt d'atteindre une tension élevée aux bornes des dispositifs de stockage est de mener à un stockage d'une charge importante, cette dernière étant proportionnelle au carré de la tension.
La tension fournie au convertisseur continu-continu est ainsi prélevée aux bornes d'un seul des deux groupes de stockage, son niveau sera donc inférieur. Un circuit équilibreur de charge est employé pour faire en sorte que la tension fournie au convertisseur continu-continu ne dépasse pas sa limite supérieure tout en préservant les dispositifs de stockage d'une tension individuelle trop importante pouvant mener à leur destruction. Il est également employé pour maximiser la tension d'entrée du convertisseur continu-continu et ainsi optimiser son rendement.
Ledit circuit équilibreur de charge, s'il est implémenté, est composé
d'interrupteurs pilotables qui peuvent être réalisés à base de transistors, agissent sur la décharge d'un des deux groupes de stockage dans le second, ce dernier étant connecté au convertisseur de tension. Les interrupteurs sont pilotés pour diriger les

14 charges d'un groupe de stockage à l'autre en fonction de la tension présente en entrée du convertisseur. Afin de garantir la stabilité du système, les transformateurs de courant sont déconnectés des dispositifs de stockage pendant ces phases de rééquilibrage de charges.
Dans une variante, le régulateur de tension possède un très haut rendement et a la capacité de se désactiver selon un ordre issu d'un autre composant.
Dans une variante, le microcontrôleur lit les valeurs des tensions de sortie et d'entrée du régulateur de tension par le biais de convertisseurs analogique-numérique afin de déployer une stratégie adaptée de gestion de l'alimentation.
Exemple de mise en oeuvre La figure 3 présente un exemple de schéma électronique non exhaustif du système tel que décrit dans cette invention.
Dans un mode de réalisation, trois capteurs de courant (1) de type transformateur d'intensité sont raccordés à une platine électronique, ladite platine électronique étant de dimensions compatibles avec son positionnement sur la base de l'un des capteurs de courant. Ces capteurs de courant sont protégés contre les surtensions par des diodes de clamp.
Un multiplexeur (5), réalisé à base d'interrupteurs à transistors et de portes logiques, assure la redirection des signaux issus des trois capteurs de courant, selon les ordres transmis par un microcontrôleur.
Dans un premier cas, les signaux sont dirigés vers un dispositif de stockage de l'énergie réalisé à base de deux diodes Schottky (2) par transformateur de courant assurant la rectification et de quatre condensateurs identiques (3) assurant le stockage. Lesdits condensateurs peuvent être associés soit en série pendant les phases de charge, soit en parallèle pendant les phases de décharge. Un régulateur de tension à découpage et à haut rendement est implémenté aux bornes des condensateurs pour assurer une tension d'alimentation régulée aux composants de la platine.

Dans un deuxième cas, les signaux sont dirigés vers une résistance de shunt (6) dont la tension à ses bornes est reliée à l'un des convertisseurs analogique-numérique du microcontrôleur (7).
Dans un troisième cas, la sortie d'un des capteurs de courant est 5 mise en court-circuit et sa tension par rapport à une masse flottante est mesurée par un convertisseur analogique-numérique du microcontrôleur (7).
Le microcontrôleur assure le contrôle du multiplexeur et du dispositif de stockage selon les étapes suivantes.
D'abord, les trois capteurs sont reliés simultanément aux 10 condensateurs de stockage en série afin de faire croître la tension à
leurs bornes.
Dès qu'il est alimenté par le convertisseur continu-continu, c'est-à-dire dès que la tension aux bornes des condensateurs est supérieure à la tension d'entrée minimale du convertisseur, le microcontrôleur effectue des mesures régulières du niveau de tension aux bornes des condensateurs.

15 Dès que cette tension dépasse un seuil prédéfini, correspondant au stockage de l'énergie nécessaire à effectuer les opérations à suivre, le microcontrôleur déclenche la mesure de tension sur la première voie de mesure.
Dans une variante, l'ensemble des voies de mesure peuvent être exploitées à des fins de mesure de tension.
Puis, dans un second temps, les condensateurs sont positionnés en parallèle afin de délivrer le maximum d'énergie et une tension acceptable pour le convertisseur continu-continu.
Les signaux des capteurs de courant sont alors dirigés vers une résistance de shunt pour assurer la mesure du courant du conducteur primaire étudié, pendant un nombre de période prédéterminé.
Enfin, les données mesurées sont émises par le transmetteur radio et un indicateur lumineux (10) est brièvement allumé afin de manifester le succès de l'opération.

16 Les capteurs de courant sont reconnectés en entrée du dispositif de stockage pour assurer sa recharge pour une nouvelle séquence de mesure et de transmission.
Procédé de localisation de la consommation des charges du réseau La figure 4 présente des exemples de caractérisation des puissances apparentes localisées estimées à partir des mesures du dispositif.
La figure 5 présente des exemples de caractérisation des puissances apparentes localisées estimées à partir d'un dispositif de mesure de la consommation générale du réseau étudié.
Le système décrit ici peut fonctionner couplé à un dispositif de décomposition du signal caractéristique de la consommation électrique d'un bâtiment en une consommation individuelle pour chaque type de charge.
Auquel cas ledit procédé fournit une estimation de la consommation individuelle de chaque type de charge présent sur le réseau dont il mesure la consommation.
Le procédé décrit ici a pour objet d'utiliser les puissances apparentes et les déphasages entre tension et intensité mesurés par ledit système et le dispositif de mesure de la consommation générale du réseau, ainsi que des données externes obtenues par une étude du comportement des charges selon leur type, telles que le rapport des cumulants de la puissance et de la moyenne de la puissance consommée selon le type de charge, le rapport des cumulants de la dérivée de la puissance et de la moyenne de la puissance, et la transformée de Fourrier de la puissance mesurée, comme décrit ci-après.
Il est impossible ici de faire des hypothèses sur l'indépendance statistique ou sur l'absence de corrélation entre des mesures fournies par une pluralité dudit système, ou entre des consommations individuelles de chaque type de charge sur le réseau.

17 Il également impossible de faire l'hypothèse de synchronicité des mesures fournies par une pluralité dudit système.
Ce faisant, il est impossible d'utiliser ici des algorithmes classiques de décomposition des sources, qui reposent principalement sur une indépendance statistique entre sources, et subsidiairement sur le caractère synchrone des mesures.
Ledit procédé a à sa disposition une information de déphasage entre tension et intensité associé à un type de charge. Ce déphasage reste constant pour une charge donnée, et identique quelle que soit la localisation de la charge sur le réseau.
Le procédé cherche à trouver une répartition de la consommation des charges sur le réseau satisfaisant les mesures de puissances apparentes et de déphasages fournies par la pluralité dudit système et le dispositif de mesure de la consommation générale du réseau, décomposée en types de charges.
La recherche de solution réalisable d'un tel problème est un classique de la littérature scientifique, et peut être réalisé par exemple par une initialisation d'un problème du simplex, en cherchant à égaliser les parties actives et réactives des puissances, sur la pluralité dudit système et pour chaque charge du réseau étudié.
Dans une variante, le procédé procède à une recherche d'une solution réalisable satisfaisant les conditions précédentes et qui minimise la somme des valeurs absolues des dérivés des consommations par type de charge localisées sur le réseau. Ce type de problème est un problème d'optimisation convexe avec contraintes linéaires, un classique de la littérature et qui peut être résolu par plusieurs méthodes, comme la méthode des points intérieurs.
Dans une variante, le procédé procède à une recherche de solution réalisable satisfaisant les conditions précédentes d'égalité entre puissance active et réactive, et satisfaisant des conditions sur les propriétés statistiques de un ou plusieurs cumulants multidimensionnels des puissances actives et réactives mesurées par la pluralité dudit système et le dispositif de mesure de la

18 consommation générale du réseau, décomposée en type de charges. Les propriétés statistiques sur les cumulants d'un type de charge sont issues d'études en amont sur la répartition des valeurs des cumulants des puissances actives et réactives, au prorata de la valeur de ces puissances actives et réactives. Il en résulte que ces cumulants, divisés par la moyenne de la puissance apparente, ne prennent des valeurs que dans un intervalle restreint de valeurs possibles. Les cumulants étant linéaires nous pouvons chercher des solutions réalisables dont les puissances apparentes estimées multipliées par des valeurs de cumulants envisageables peuvent expliquer les cumulants des puissances actives et réactives mesurés.
La recherche de ces solutions est un classique de la littérature et peut-être obtenue par une initialisation du problème du simplex. Cet ajout permet de contraindre d'avantage le système et de trouver une estimation plus fine des consommations localisées des charges du réseau.
Dans une variante, le procédé procède à une recherche de solution réalisable satisfaisant les conditions ci-dessus non pas sur certains cumulants des puissances actives et réactives, mais sur certains cumulants des dérivées des puissances actives et réactives. De plus ces dérivées sont des caractérisations du signal qui ne présentent pas de dépendance complexe au lissage du signal par une moyenne glissante et ont de meilleures caractéristiques de linéarité même en présence de signaux corrélés.
Dans une variante, ledit système fournit la transformée de fourrier de la consommation mesurée. Le procédé recherche alors une solution réalisable satisfaisant les conditions ci-dessus, agrémentées de conditions sur les séries de fourriers des mesures renvoyées par ledit système et par le dispositif de mesure de la consommation général du réseau. Chaque type de charges ayant une décomposition en série de fourrier de sa consommation unique, et la décomposition en série de fourrier d'un signal étant une transformation linéaire, cet ajout d'information permet de contraindre très largement le système sans pour autant complexifier le problème à résoudre, en égalisant la somme des transformée de fourrier estimées avec celles mesurées par ledit système d'une part et avec celles mesurées pour chaque type de charge par le dispositif de mesure de la consommation général du réseau.

19 Dans une variante, le procédé réalise l'une des méthodes précédentes non pas sur les mesures retournées mais sur les signaux mesurés lissées, par exemple à l'aide d'une moyenne glissante, et ré-échantillonné, afin d'avoir plusieurs mesures retournées par chacun desdits systèmes sur chaque pas de temps utilisé.
Dans une variante, le procédé réalise l'une des méthodes précédentes non pas sur les mesures retournées, mais sur les mesures retournées dont sont extraites les valeurs aberrantes. Ce filtrage permet d'améliorer la précision de l'ensemble des méthodes reposant sur une analyse statistique des mesures.
Il existe de nombreuses méthodes connues et publiques d'extraction des valeurs aberrantes, nous pouvons par exemple ne pas prendre en compte les quantiles extrême d'une série de mesures.
Dans une variante, le procédé réalise l'une des méthodes précédentes en résolvant les problèmes de recherche d'une solution réalisable ou de recherche d'une solution optimale à l'aide d'heuristique comme la méthode Markov Chain Monte Carlo, qui permet de trouver une estimation des puissances apparentes associée à une probabilité, selon que cette estimation respecte les différentes conditions et minimise la fonction à minimiser.

Claims (11)

Revendications

1 - Dispositif sans contact pour caractériser le signal électrique transitant dans un conducteur électrique, comportant un moyen de couplage électromagnétique inductif apte à entourer ledit conducteur caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour mettre en court-circuit la sortie dudit moyen de couplage inductif, ladite sortie étant reliée à un circuit électronique de mesure de la différence de potentiel par rapport à une masse flottante pour délivrer un signal représentatif de la tension entre le segment dudit conducteur traversant le dispositif, et une référence de potentiel fixe.

2 - Dispositif sans contact pour caractériser le signal électrique transitant dans un conducteur électrique selon la revendication 1 caractérisé
en ce que ledit circuit électrique comprend des moyens de conditionnement du signal mesuré entre la sortie en court-circuit et la masse flottante, pour amplifier le signal et adapter l'impédance en fonction du moyen de mesure de la différence de potentiel.

3 - Dispositif sans contact pour caractériser le signal électrique transitant dans un conducteur électrique selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit de stockage d'énergie alimenté par la sortie dudit moyen de couplage inductif lorsqu'il n'est pas en état de court-circuit.

4 - Dispositif sans contact pour caractériser le signal électrique transitant dans un conducteur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen de couplage inductif additionnel pour alimenter un circuit de stockage d'énergie.

- Dispositif sans contact pour caractériser le signal électrique transitant dans un conducteur électrique selon la revendication 3 ou 4 caractérisé en ce que ledit moyen de stockage d'énergie comprend deux réserves d'énergie en série reliées audit moyen de couplage inductif, l'une seulement desdites réserves délivrant une tension d'alimentation du dispositif.

6 - Dispositif sans contact pour caractériser le signal électrique transitant dans un conducteur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit électrique pour délivrer un signal représentatif du courant circulant dans ledit conducteur, relié à la sortie dudit moyen de couplage inductif.

7 - Dispositif sans contact pour caractériser le signal électrique transitant dans un conducteur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un multiplexeur analogique délivrant un premier signal pour la mesure de courant, un second signal pour la mesure de tension et un troisième signal pour l'alimentation du dispositif.

8 - Dispositif sans contact pour caractériser le signal électrique transitant dans un conducteur électrique selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de moyens de couplage inductif reliés audit multiplexeur analogique.

9 - Dispositif sans contact pour caractériser le signal électrique transitant dans un conducteur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen de transmission sans fil alimenté par ledit moyen de stockage d'énergie.

¨ Système comprenant une pluralité de dispositifs sans contact selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit d'analyse des informations délivrés par chacun desdits dispositifs, pour localiser sur un réseau électrique les charges électriques induisant les variations desdites informations.

11 ¨ Système selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte en outre un capteur de consommation générale mesurant les variations de courant et de tension d'une alimentation générale du réseau comprenant lesdits dispositifs et lesdites charges électriques, ledit capteur de consommation fournissant également une information de consommation individuelle de chaque type de charge, le système comportant en outre un circuit pour analyser les corrélations entre les informations fournies par ledit capteur de consommation générale et lesdits dispositifs, et fournir une information localisée de la consommation des charges du réseau.