FR2939204A1 - Dispositif de mesure de courant electrique et compteur electrique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de mesure de courant comprenant un conducteur primaire (20) sous forme d'un profilé plat replié en forme générale de U, destiné à être parcouru par le courant à mesurer; et un élément sensible couplé magnétiquement dans l'air au conducteur primaire (20), ledit élément sensible s'étendant entre les deux branches du U le long d'un axe (XX') orthogonal au plan contenant le U. Selon l'invention, le conducteur primaire (20) constitue une portion d'un élément (10 ; 11 ; 14) conducteur électrique d'un relais électromécanique bistable formant interrupteur de courant.

Description

DISPOSITIF DE MESURE DE COURANT ELECTRIOUE ET COMPTEUR ELECTRIOUE La présente invention concerne un dispositif de mesure de 5 courant électrique, ainsi qu'un compteur électrique muni d'un tel dispositif pour la mesure d'un courant alternatif de phase. Les capteurs de mesure de courant alternatif sont classiquement utilisés dans les compteurs de consommation électrique à usage industriel ou résidentiel. Plus précisément, un capteur est associé à 10 chaque phase du compteur. Ainsi, dans le cas d'un compteur monophasé, un seul capteur est utilisé, alors que dans le cas d'un compteur triphasé, trois capteurs de mesure sont utilisés pour permettre la mesure du courant dans chaque phase. Aujourd'hui, les solutions classiques pour de tels capteurs 15 peuvent être regroupées en quatre grandes familles: les capteurs passifs de type résistif (shunt), les transformateurs de courant à noyau magnétique, les capteurs actifs de type à Effet Hall, ou capteurs de champ magnétique, dans lesquels un élément à effet Hall est soumis à un 20 champ magnétique engendré par le passage d'un courant dans un enroulement primaire. La tension mesurée aux bornes de l'élément de Hall est alors proportionnelle au courant traversant l'enroulement primaire ; - les capteurs inductifs, encore appelés capteurs à mutuelle 25 inductance, dont le principe de mesure est basé sur un couplage magnétique dans l'air entre un circuit primaire qui est une phase du réseau sur lequel est placé le compteur d'électricité et un circuit secondaire isolé galvaniquement du circuit primaire. On s'intéressera dans la suite uniquement à ces deux derniers 30 types de capteurs dont le principe de mesure est basé sur l'association d'un circuit primaire qui est une phase du réseau sur lequel est placé le compteur d'électricité et d'un élément sensible au champ magnétique (à savoir un élément effet Hall pour le capteur de mesure à effet Hall, ou un bobinage formant circuit secondaire dans le cas du capteur inductif).

On connaît notamment du document FR 2 800 167 un capteur comportant un conducteur primaire linéaire en cuivre en forme de U, destiné à porter le courant alternatif à mesurer, ainsi qu'un élément sensible au champ magnétique disposé à l'intérieur du U, formant circuit secondaire, cet élément sensible étant formé soit par un bobinage formant circuit secondaire, soit par un élément à effet Hall. L'isolement électrique entre le circuit primaire et l'élément sensible est obtenu ici par l'intermédiaire d'une base en matériau électriquement isolant surmoulée sur l'enroulement primaire, et destinée à coopérer avec une plaque également en matériau électriquement isolant, servant de support à l'élément sensible. Plus précisément, la base présente une ouverture s'étendant transversalement au plan contenant la base du U, et destinée à recevoir l'élément sensible (soit l'élément à l'effet Hall, soit le bobinage formant circuit secondaire) lorsque la plaque formant support est assemblée sur la base. Un élément de blindage en matériau à forte perméabilité magnétique (de type alliage fer-nickel, à forte teneur en nickel) entoure l'ensemble. La fonction de cet élément de blindage est double : Il s'agit, d'une part, d'emprisonner au sein du capteur le champ magnétique généré par le courant circulant dans le circuit primaire, et d'autre part, d'obtenir un capteur qui soit insensible aux champs magnétiques alternatifs extérieurs. Des variantes de réalisation par rapport au capteur décrit ci- dessus ont également été développées. Ainsi, Le document WO 2008/065291 décrit une variante de réalisation du capteur décrit dans le document FR 2 800 167 dans laquelle un enroulement tertiaire est inséré entre le circuit secondaire et l'élément de blindage, cet enroulement tertiaire permettant de détecter un état de saturation partielle ou totale de l'élément de blindage susceptible de correspondre à une fraude à l'aimant permanent. Le document FR 2 849 925 décrit quant à lui une variante de réalisation dans laquelle le circuit primaire est réalisé par un profilé plat plié en forme de U, et dans laquelle les éléments permettant l'isolement électrique des circuits primaire et secondaire sont constitués de deux coquilles en matériau isolant, par exemple en polypropylène, formant, une fois assemblées, un boîtier venant épouser la base du U du circuit primaire. L'une des coquilles présente un réceptacle destiné à recevoir l'enroulement secondaire, et à le positionner au centre de la base du U. Par ailleurs, dans le domaine des compteurs électriques, les fournisseurs d'énergie électrique requièrent depuis peu que les compteurs électriques soient équipés d'un relais de coupure d'alimentation du courant de phase, impérativement placé dans l'enceinte métrologique des compteurs. Pour assurer la fonction de coupure de courant, il est connu d'utiliser des interrupteurs ou relais électromécaniques bistables permettant de contrôler un élément mécanique pour qu'il vienne fermer ou ouvrir un circuit de courant. Plus précisément, un interrupteur ou relais électromécanique comporte généralement au moins un bobinage formant organe de commande. Lorsqu'une tension de commande est appliquée sur ce bobinage, le courant traversant le bobinage va produire un champ électromagnétique capable de provoquer le déplacement d'un élément mécanique monté sur un axe mobile, et par suite, de déplacer les contacts métalliques de l'interrupteur. Lorsque l'interrupteur est fermé, un courant peut ainsi circuler entre une borne d'entrée et une borne de sortie du relais. En position ouverte en revanche, aucun courant ne peut plus circuler.

Le fait d'associer un interrupteur ou relais électromécanique à un capteur de mesure de type inductif ou à effet Hall tel que décrit précédemment génère un certain nombre de problèmes : Un premier problème concerne l'encombrement qui résulte de la mise en série d'un capteur de type inductif ou à effet Hall et d'un relais électromécanique. Ce problème est d'autant plus important dans le cas des compteurs polyphasés, notamment triphasés. Un autre problème réside dans la connectique. En effet, une simple mise en série d'un interrupteur électromagnétique du commerce avec le capteur de type inductif ou à effet Hall précédemment décrit implique la réalisation de trois connexions de puissance : - une première connexion entre la borne d'entrée d'une phase du compteur et l'extrémité d'une branche du U de circuit primaire du capteur ; - une deuxième connexion entre l'extrémité de l'autre branche du U du circuit primaire du capteur et d'une borne d'entrée de l'interrupteur ; - une troisième connexion entre la borne de sortie de l'interrupteur et la borne de sortie de la phase concernée.

La présente invention a pour but de proposer une solution permettant de proposer l'association des fonctions de mesure de courant selon le principe du capteur inductif ou à effet Hall, et de coupure de courant selon le principe de l'interrupteur ou relais électromécanique tout en offrant d'une part, un encombrement optimisé, et d'autre part, un nombre minimal de connexions de puissance. Ce but est atteint selon l'invention qui a pour objet un dispositif de mesure de courant comprenant : - un conducteur primaire sous forme d'un profilé plat replié en 30 forme générale de U, destiné à être parcouru par le courant à mesurer; - un élément sensible couplé magnétiquement dans l'air au conducteur primaire, ledit élément sensible s'étendant entre les deux branches du U le long d'un axe orthogonal au plan contenant le U ; caractérisé en ce que le conducteur primaire constitue une portion d'un élément conducteur électrique d'un relais électromécanique bistable formant interrupteur de courant. L'élément sensible pourra être un enroulement ou bobinage formant circuit secondaire, ou un élément à effet Hall. La portion d'élément conducteur pourra correspondre à un conducteur d'entrée du relais électromécanique, ou bien à un conducteur de sortie dudit relais électromécanique, ou bien encore à toute portion intermédiaire située entre un conducteur d'entrée et un conducteur de sortie dudit relais électromécanique. La présente invention a également pour objet un compteur électrique destiné à la mesure d'énergie électrique consommée sur au moins une phase d'un réseau de distribution d'un réseau d'énergie électrique, muni d'un tel dispositif de mesure pour la mesure du courant dans ladite phase. Dans le cas d'un compteur polyphasé, ce dernier comportera autant de dispositifs de mesure selon l'invention qu'il y a de phases. La présente invention, ainsi que les avantages qu'elle procure, seront mieux compris au vu de la description suivante de différents modes de réalisation, non limitatifs, d'un dispositif de mesure de courant de type inductif conforme à l'invention, faite en référence aux figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 illustre un exemple d'interrupteur ou relais électromécanique actuellement disponible dans le commerce ; - les figures 2 à 4 illustrent, sous forme de perspective éclatée ou assemblée, un premier mode de réalisation possible d'un dispositif de mesure conforme à l'invention ; - la figure 5 illustre une variante du premier mode de réalisation ; - la figure 6 illustre schématiquement, en coupe, un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de mesure conforme à l'invention.

Bien que les modes de réalisation représentés par les figures illustrent uniquement le cas d'un capteur de type inductif, dans lequel l'élément sensible est un enroulement formant circuit secondaire, la présente invention est généralisable au cas du capteur à effet Hall dans lequel l'élément sensible est un élément à effet Hall.

En référence à la figure 1, un interrupteur ou relais électromécanique est classiquement constitué d'un boîtier renfermant l'organe de commande (typiquement une bobine) et les éléments mécaniques susceptibles d'être déplacés pour commuter l'interrupteur entre sa position ouverte et sa position fermée. Sur cette figure 1, seule la connectique extérieure de ce relais est visible, et comprend : - un conducteur 10 d'entrée pour recevoir un courant ; - unconducteur 11 de sortie permettant de délivrer ce même courant reçu en entrée sous réserve que le relais soit en position fermée ; - des conducteurs 12 d'alimentation pour l'alimentation en tension de la bobine interne au boîtier. Comme on peut le voir sur la figure 1, les conducteurs 10 et 11 d'entrée et de sortie sont réalisés sous forme d'un profilé plat en matériau conducteur électrique, et s'étendent de préférence d'un même côté du boîtier 1. Cette architecture va être mise à profit pour réaliser un dispositif de mesure de courant de type inductif doté de la fonction coupure de courant, comme cela va à présent être détaillé. Les figures 2 à 4 illustrent un premier mode de réalisation d'un 30 tel dispositif, sous forme éclatée (figures 2 et 3) et assemblée (figure 4). Dans ce mode de réalisation, une portion 20 conducteur 10 d'entrée du relais a été repliée en forme de U dans un plan orthogonal au plan contenant les conducteurs 10, 11, de manière à constituer le circuit primaire d'un capteur de mesure inductif. Ce capteur de mesure inductif comporte en outre les autres éléments décrits dans le document précité FR 2 849 925, à savoir notamment : - les deux coquilles 21, 22 en matériau isolant électrique, qui viennent se refermer l'une sur l'autre en emprisonnant la portion en U formant le circuit primaire 20 ; - l'enroulement ou bobine 23 sur un mandrin 24 formant enroulement secondaire destiné à être couplé magnétiquement dans l'air au conducteur primaire 20 ; - le réceptacle 25 sur la coquille 22 destiné à recevoir l'enroulement secondaire et à le positionner entre les deux branches du U le long d'un axe XX' (voir figure 4) orthogonal au plan contenant le U; - l'élément de blindage 26 faisant également office d'élément de maintien de l'ensemble des éléments ci-dessus. Plus précisément, l'élément de blindage 26, de préférence en mu-métal, maintient en place les coquilles 21, 22 et l'enroulement secondaire 23 respectivement autour et à l'intérieur du U du circuit primaire 20. Ainsi, grâce à une légère modification de la forme donnée au conducteur 10 d'entrée, en repliant en U une portion de ce conducteur, on donne la possibilité de réaliser un dispositif de mesure de type inductif, similaire à celui décrit dans le document FR 2 849 925, et présentant ainsi tous les avantages qui lui sont liés, tout en répondant à la nouvelle exigence de fonctionnalité relative à la possibilité de couper l'alimentation en courant d'une phase. On peut également prévoir d'ajouter un circuit tertiaire comme 30 celui décrit dans le document WO2008/05291, pour détecter une fraude à l'aimant, et quantifier la variation relative de la valeur de la mutuelle inductance par rapport à sa valeur standard hors saturation du blindage magnétique. Ainsi, conserve-t-on les avantages liés à la facilité de fabrication et d'assemblage des différents éléments propres au capteur de mesure. De plus, la liaison entre le capteur de mesure de courant et le relais ou interrupteur est continue, ce qui réduit les risques d'échauffement inhérents à la présence de discontinuités qui introduisent des résistances de contacts et en conséquence des points d'auto échauffement. En outre, on peut aisément ajuster la distance entre la portion de U formant le circuit primaire et le boîtier 1 du relais de manière à diminuer au mieux l'influence que pourrait avoir le champ magnétique généré par la bobine du relais sur la mesure du courant.

La disposition assure la position respective du relais et du capteur. Il s'ensuit que les interactions éventuelles thermiques, électriques, magnétiques ou électromagnétiques entre le relais et le capteur sont constantes et peuvent être caractérisées de telle sorte que l'intégration de l'ensemble dans un nouveau produit est facilitée.

De préférence, et comme visibles sur les figures, on s'arrange pour que les conducteurs 27 de sortie du capteur, correspondant aux conducteurs de sortie du circuit secondaire, s'étendent du même côté que les conducteurs 12 d'alimentation de l'organe de commande (bobine) du relais, et parallèlement à ces conducteurs. Il en résulte qu'il n'est pas nécessaire de prévoir des câbles de connexion entre le dispositif de mesure et la carte de circuit imprimé portant l'électronique de puissance. Il suffit en effet de prévoir une carte de circuit imprimé munie de trous métallisés traversant ou des connecteurs femelles qui viennent s'enficher dans les différents conducteurs lors du placement de la carte au-dessus du dispositif de mesure.

Le mode de réalisation tel qu'il vient d'être décrit est particulièrement adapté pour l'utilisation dans un compteur monophasé ou triphasé dont le bornier est du type à branchement dissymétrique, c'est-à-dire pour lequel les entrées et sorties pour chacune des phases sont placées côte à côte. La figure 5 illustre une variante de réalisation d'un dispositif de mesure conforme à l'invention, particulièrement adapté à un compteur monophasé dont le bornier est de type à branchement symétrique. Dans ce cas, on a également modifié le conducteur de sortie du relais en ajoutant une portion 13 qui s'étend orthogonalement au plan contenant les conducteurs d'entrée et de sortie, de manière à éloigner le conducteur de sortie 11 du conducteur d'entrée 10. Pour les deux variantes précédentes, c'est Ile conducteur 10 d'entrée du relais ou interrupteur qui a été modifié, plus précisément replié pour former le circuit primaire 20 en forme de U du capteur de mesure à mutuelle inductance. Bien entendu, on peut interchanger les conducteurs d'entrée et de sortie, et réaliser la forme en U du circuit primaire sur le conducteur de sortie de l'interrupteur.

Par ailleurs, selon un second mode de réalisation conforme à l'invention, on peut également réaliser le circuit primaire au niveau d'une portion intermédiaire située entre un conducteur d'entrée et un conducteur de sortie du relais ou interrupteur électromécanique. La figure 6 illustre, en coupe et vu de côté, un exemple de réalisation conforme à ce second mode de réalisation : On retrouve sur cette figure le relais ou interrupteur électromécanique renfermant, à l'intérieur de son boîtier 1, une bobine 14 formant organe de commande, cette bobine étant alimentée en tension par l'intermédiaire des conducteurs 12 d'alimentation, ainsi que les conducteurs d'entrée 10 et de sortie 11 du relais dont les extrémités s'étendent avantageusement parallèlement, du même côté du boîtier 1. La coupe permet également de voir l'intérieur du relais. Dans cet exemple non limitatif de réalisation du relais, le champ magnétique généré par la bobine 14 permet de déplacer un élément 15 mobile en translation, et par suite une lame métallique 16. Selon la commande, un contact 17 porté à l'extrémité de la lame métallique va venir en contact avec ou au contraire s'écarter d'un contact électrique 18 correspondant relié au conducteur d'entrée 10. L'autre extrémité de la lame 16 est quant à elle en liaison électrique permanente avec le conducteur de sortie 11. Dans ce mode de réalisation, une portion intermédiaire 19 située entre le conducteur d'entrée 10 et le conducteur de sortie 11 a été repliée en forme de U pour servir de circuit primaire 20 au capteur de mesure. Ce dernier est constitué des mêmes éléments que ceux décrits précédemment. Ce mode de réalisation impose des modifications du relais existant plus importantes que dans le cas du premier mode de réalisation, puisqu'il est nécessaire ici de prévoir notamment deux ouvertures supplémentaires dans le boîtier pour permettre aux deux branches du U de sortir de ce boîtier. Néanmoins, il permet un d'optimiser l'encombrement du dispositif complet capteur de courant/contacteur.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de mesure de courant comprenant : - un conducteur primaire (20) sous forme d'un profilé plat replié en forme générale de U, destiné à être parcouru par le courant à mesurer; - un élément sensible (23) couplé magnétiquement dans l'air au conducteur primaire (20), ledit élément sensible (23) s'étendant entre les deux branches du U le long d'un axe (XX') orthogonal au plan contenant le U ; caractérisé en ce que le conducteur primaire (20) constitue une portion d'un élément (10 ; 11 ; 14) conducteur électrique d'un relais électromécanique bistable formant interrupteur de courant.
2. 2. Dispositif de mesure de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que, ladite portion correspond à un conducteur d'entrée (10) dudit relais électromécanique.
3. 3. Dispositif de mesure de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite portion correspond à un conducteur de sortie (11) dudit relais électromécanique.
4. 4. Dispositif de mesure de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite portion correspond à une portion intermédiaire (14) située entre un conducteur d'entrée (10) et un conducteur de sortie (11) dudit relais électromécanique.
5. 5. Dispositif de mesure de courant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (21, 22) d'isolement électrique entre ledit conducteur primaire (20) et ledit élément sensible (23).
6. 6. Dispositif de mesure de courant selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens (21, 22) d'isolement électrique comportent deux coquilles en matériau isolant électrique, qui viennent se refermer l'une sur l'autre en emprisonnant la portion en U formant le circuit primaire (20).
7. 7. Dispositif de mesure de courant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un élément de blindage (26) prévu pour l'isolation magnétique de l'ensemble formé par le conducteur primaire (20) et ledit élément sensible (23).
8. 8. Dispositif de mesure de courant selon les revendications 5 et 7 prises en combinaison, caractérisé en ce que ledit élément de blindage (26) maintient en place lesdits moyens d'isolement et l'élément sensible (23) respectivement autour et à l'intérieur du U du circuit primaire (20).
9. 9. Dispositif de mesure de courant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le relais comporte des conducteurs (12) d'alimentation et l'enroulement secondaire (23) comporte des conducteurs (27) de sortie qui s'étendent du même côté que lesdits conducteurs (12) d'alimentation, et parallèlement à ces conducteurs.
10. 10. Dispositif de mesure de courant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément sensible (23) est un enroulement ou bobinage formant circuit secondaire.
11. 11. Dispositif de mesure de courant selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'élément sensible est un élément à effet Hall.
12. 12. Compteur électrique destiné à la mesure d'énergie électrique consommée sur au moins une phase d'un réseau de distribution d'un réseau d'énergie électrique, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de mesure de courant selon l'une quelconque des revendications précédentes pour la mesure du courant sur ladite phase.