Installation de compteurs d'énergie électrique groupés
La présente invention concerne une installation de compteurs d'énergie électrique pour la mesure de l'énergie en courant alternatif fournie à partir de deux phases d'un réseau de distribution triphasé, ces compteurs étant groupés en un endroit distant des points de charge où ledit réseau fournit ladite énergie, cette installation comprenant une pluralité de chaînes de télécomptage qui, chacune, établissent au moins un circuit de liaison à distance et comportent des organes coopérant avec celui-ci.
Une telle installation permet le comptage de l'énergie fournie à différents centres de charge distants de l'endroit central où se trouvent les compteurs. Les centres de charge peuvent se situer aux différents étages d'un immeuble à plusieurs étages. Une pluralité de compteurs d'énergie, chacun associé avec un centre de charge individuel, sont positionnés en un endroit central qui se situera normalement dans les communs inférieurs de l'immeuble. Chaque centre de charge se trouve relié par un circuit de télécomptage au compteur d'énergie qui lui est associé audit endroit central. Une conduite d'énergie commune alimente les différents centres de charge et le circuit de télécomptage est agencé pour transmettre l'indication du courant délivré à chaque centre de charge.
Des moyens de compensation peuvent être nécessaires pour compenser les longueurs variables desdits circuits de télécomptage. Plus particulièrement, les méthodes et dispositifs relatifs à cette installation visent la réalisation d'un comptage d'énergie individuel par compteurs groupés, dans des immeubles à plusieurs étages, en assurant une précision de mesure acceptable indépendamment des longueurs de câblages imposées par les conditions locales.
Des installations comportant des compteurs individuels groupés en un seul endroit pour plusieurs étages d'un immeuble, telles qu'elles sont actuellement réalisées, exigent des longueurs considérables de câblage pour amener l'énergie aux appartements particuliers.
Ces installations sont coûteuses et provoquent de fortes chutes de tension à moins que l'on augmente encore la section des conduites d'amenée de l'énergie pour compenser ces pertes. Les types de câblage utilisés aujourd'hui emploient des conduites à trois conducteurs consistant en deux différentes phases d'un réseau triphasé à quatre fils en Y, types de câblage qui produisent de forts déséquilibres du courant dans le neutre en dépit du fait que l'on tend à équilibrer autant que possible la distribution des différentes phases.
Si l'on tient compte du facteur de demande recommandé, 50 % et 35 % respectivement pour l'éclairage et pour les autres charges électriques connectées à une conduite commune d'alimentation, le coût de l'installation des conduites jusqu'aux appartements particuliers est approximativement 100 % plus grand que le coût des conduites dans le cas d'une installation où chaque compteur particulier se trouve à proximité du point de charge dont il mesure la consommation.
Pour réduire partiellement la différence de coût susmentionnée des rangées de compteurs sont souvent installées à des étages intermédiaires, cependant, la sélection d'un endroit convenable pour cela crée généralement des problèmes difficiles dans les plans des constructions, et il est souvent nécessaire de sacrifier un espace que l'on pourrait utiliser d'une autre manière plus opportune, de plus les longues courses de conduites horizontales ne s'en trouvent pas supprimées. Cela n'est donc pas une solution très favorable au problème, puisque de longues conduites horizontales doivent toujours être utilisées ce qui provoque des chutes de tension notables et entraîne des courants de neutre non équilibrés comme cela a été indiqué plus haut.
Comme la tendance moderne va en direction de charges électriques toujours plus grandes, il est d'une importance primordiale d'introduire une nouvelle méthode de comptage de l'énergie électrique qui permette de maintenir le coût d'une installation de comptage individuel par compteurs groupés dans les limites approximatives du coût d'une installation à compteurs particuliers localisés à proximité de chaque point de charge, tout en préser vant l'avantage précédemment mentionné des conduites d'alimentation communes.
Le but de la présente invention est de fournir une installation comprenant tous les éléments nécessaires pour réaliser un tel télécomptage de la consommation d'énergie électrique dans des constructions comportant un grand nombre d'étages ou de points de charge particuliers, tout en assurant une précision suffisante des mesures de même qu'un coût peu élevé et une grande simplicité d'installation.
Dans ce but, l'invention propose une installation de compteurs d'énergie électrique pour la mesure de l'énergie en courant alternatif fournie à partir de deux phases d'un réseau de distribution triphasé, ces compteurs étant groupés en un endroit distant des points de charge où ledit réseau fournit ladite énergie, cette installation comprenant une pluralité de chaînes de télécomptage qui, chacune, établissent au moins un circuuit de liaison à distance et comportent des organes coopérant avec celui-ci, caractérisée en ce que chacune de ces chaînes de télécomptage comprend un compteur d'énergie, situé en un premier endroit et ayant au moins un enroulement de courant et au moins un enroulement de tension, un équipement de préhension des valeurs de courant au point de charge, situé en un second endroit éloigné dudit premier endroit,
et comprenant des moyens transformateurs de courant présentant au moins un enroulement primaire et un enroulement secondaire, cet enroulement primaire étant en série avec les conducteurs par lesquels, au point de charge, le courant consommé est prélevé dudit réseau, de telle manière que ce courant traverse ledit enroulement primaire, une amenée de la tension dudit réseau, connectée pour délivrer la tension d'au moins une des phases de celui-ci audit enroulement de tension dudit compteur d'énergie, et une boucle secondaire de courant de télécomptage, s'étendant entre ledit premier endroit et ledit second endroit, et à laquelle est connecté ledit enroulement secondaire des moyens transformateurs de courant, de même que, au moins d'une manière indirecte, ledit enroulement de courant dudit compteur d'énergie par l'intermédiaire de ladite boucle secondaire de télécomptage,
et en ce que des moyens de compensation sont associés à chaque dite chaîne de télécomptage pour éliminer l'effet, néfaste quant à la précision de fonctionnement desdits moyens transformateurs de courant, des différences qui, d'une chaîne de télécomptage à une autre, sont susceptibles de se présenter quant aux impédances sur lesquelles travaillent lesdits moyens transformateurs du fait de la longueur différente que ladite boucle secondaire est susceptible d'avoir dans différentes chaînes pour lesquelles la distance entre lesdits premier et second endroits n'est pas la même.
Dans le cas où l'on a à faire aux deux phases d'un réseau triphasé du type 120-208 Volt, il est nécessaire d'utiliser des moyens déphaseurs a ptes soit à déphaser un des courants de phase de 60 , soit à déphaser chacun des courants des deux phases de 300.
Avantageusement on opère à l'endroit où se trouvent les compteurs, une transformation inverse au moyen d'un deuxième transformateur inclus dans ladite boucle secondaire de télécomptage, ceci permet d'utiliser des compteurs d'énergie électrique conventionnels dont l'enroulement de courant n'a pas à être calibré spécialement pour un courant plus faible que le courant effectif de consommation (courant plus faible qui serait par exemple de l'ordre d'un ampère).
Avantageusement encore on munit l'installation de dispositifs de compensation linéaire combinée pour remédier aux erreurs globales intervenant dans ledit premier transformateur de courant et également aussi dans le transformateur effectuant ladite transformation inverse, cette compensation s'effectuant par des calibrages que l'on établit, pour chacun des transformateurs, à un pourcentage donné mais différent du courant primaire maximum nominal; une telle mesure permet d'obtenir une courbe d'erreurs relativement plate.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention comprenant différentes variantes.
La fig. 1 est une illustration schématique d'une installation complète de compteurs électriques groupés incluant des transformateurs de courant, telle qu'elle peut être réalisée dans un immeuble de plusieurs étages.
La fig. 1A représente une variante d'une partie de la fig. 1 dans laquelle un potentiomètre est en série avec chaque circuit de télécomptage.
La fig. 1B illustre une variante dans laquelle, pour chaque phase d'une ligne de distribution à 120-208 volt en Y, on a un transformateur de courant.
La fig. 1C représente un transformateur de courant de type à noyau fendu permettant la réunion sans interférence de deux phases de courant d'une ligne de distribution à 120-208 volt.
La fig. 1D représente le schéma d'un circuit préférentiel pour réaliser un transformateur de courant additionnant le courant de deux phases et utilisant un organe déphaseur de 60 .
La fig. 1E représente le schéma d'un circuit pour réaliser un transformateur additionnant le courant de deux phases et utilisant pour chacune des deux phases un organe déphaseur de 30 ,
la fig. 1F représente les relations vectorielles dans le cas d'un unique déphasage de 600,
la fig. 1G représente les relations vectorielles dans le cas de deux déphasages de 30 ,
la fig. 1H montre le diagramme des vecteurs lors
la fig. 2 est une vue schématique montrant comment on peut convertir une installation existante de compteur électrique localisé à l'endroit de consommation en un circuit individuel de télécomptage à compteurs groupés dans un immeuble à plusieurs étages,
la fig. 3 est une vue schématique d'une partie d'installation à transformateurs de courant combinés utilisant un transformateur de courant additionnel qui assure la transformation inverse du courant de télécomptage,
la fig.
3A montre les relations vectorielles des courants de compensation menant à une courbe d'erreurs globales à caractère linéaire,
la fig. 3B est un autre diagramme vectoriel illustrant l'action combinée des courants de compensation,
la fig. 3C représente les différentes courbes de compensation d'erreurs que l'on obtyient par la méthode de compensation shunt correspondante aux fig. 3A et 3B,
la fig. 4 représente une installation complète de compteurs groupés télécommandés utilisant des transformateurs de courant pour transformation inverse situés à l'endroit où se trouvent les compteurs.
Considérons maintenant plus particulièrement la fig. 1 qui représente de façon schématique une installation complète de télécomptage à compteurs groupés réa lisée dans un immeuble à plusieurs étages. Le caractère principal d'une telle installation réside dans le fait que le transformateur de courant est situé au point de charge ou à proximité de celui-ci- la puissance électrique étant fournie à travers l'enroulement primaire de ce transformateur de courant, l'enroulement secondaire de celui-ci fournissant le courant de télécomptage à des conducteurs secondaires pouvant atteindre une longueur notable et qui sont connectés à un compteur de wattheure (ou de kilowatt-heure) situé relativement loin du point de consommation.
Il apparait clairement que cette méthode diffère des méthodes classiques dans lesquelles le transformateur de courant est situé à proximité du compteur de watt-heure, comme le requérait une mesure de précision convenable.
Il est bien entendu qu'un transformateur de courant de construction particulière doit être employé en vue de délivrer un courant de télécomptage restant toujours dans un rapport substantiellement constant en dépit des exigences de charge considérable imposées au transformateur de courant par la longueur variable du circuit secondaire. Il y a lieu de noter que la méthode d'ajustage de la charge de chaque circuit secondaire du groupe à une valeur d'opération substantiellement constante augmente la précision des transformateurs de courant.
Sur la fig. 1 on voit une unité 1 de transformateur de courant alternatif comprenant un ou deux transformateurs de type additionneur ayant deux enroulements primaires 2, 2A respectivement, et opérant en coopération avec une conduite électrique à trois conducteurs soit du type à 120-240 volt, soit du type à 120-208 volt. Pour la clarté de l'illustration trois arrangements identiques sont dessinés et sont désignés par les mêmes signes de référence. Une extrémité, qui est l'extrémité de charge, des enroulements primaires 2, 2A est connectée, par intermédiaire de conducteurs 3 relativement courts, au panneau de charge 4.
Les autres extrémités qui sont les extrémités de ligne de ces enroulements primaires sont connectées aux phases respectives d'une conduite de colonne montante 5 comprenant trois phases A, B, C et constituant une conduite commune présentant des dérivations qui vont jusqu'aux transformateurs de courant respectifs.
L'enroulement secondaire 6 du transformateur de courant, fournit le courant de télécomptage et est connecté par l'intermédiaire de conducteurs 7 qui peuvent être très longs juqu'à l'enroulement de courant 8 du compteur de watt-heure 10 qui leur correspond et qui est situé loin du point de charge. Etant donné que les transformateurs de courant sont sélectionnés pour travailler dans un domaine de 1 ampère, les conducteurs secondaires qui portent le courant de télécomptage pourront de préférence avoir une section telle que 20 panneaux de charge pourront être connectés par des conducteurs tirés dans une conduite de 1". Cette méthode de câblage est un aspect important de l'installation ci-décrite et elle réduit grandement le coût de cette installation de télécomptage à compteurs groupés.
La fig. 1A montre une variante dans laquelle un
potentiomètre se trouve en série sur chaque circuit de
télécomptage. On y voit une résistance variable 9 du
type potentiomètre, qui est insérée en série dans les
conducteurs secondaires 7 à proximité du compteur de
watt-heure 10. Ainsi chaque potentiomètre peut être individuellement ajusté pour palier aux différences de
résistance qui se présentent du fait des différentes longueurs des conducteurs secondaires des différents étages de l'immeuble. Ainsi toutes les charges d'opération sont rendues substantiellement constantes ce qui assure un fonctionnement précis des transformateurs de courant respectifs, lesquels sont construits pour une charge maximum fixe donnée.
Il y a lieu de noter qu'une augmentation de la précision de l'opération des transformateurs de courant peut également être obtenue avec un transformateur de courant à noyau fait d'un matériau à haute perméabilité, lequel travaille dans une portion plus raide de la courbe de magnétisation.
En vue de simplifier l'installation, l'enroulement de tension 11 des compteurs de watt-heure 10 peut être connecté par des conducteurs 12 directement à la conduite de puissance principale à un endroit proche du panneau 13 comportant lesdits compteurs. Ainsi, les longues courses des connections de tension que l'on rencontre usuellement à l'endroit de l'alimentation de courant sont éliminées.
Comme on l'a vu ci-dessus, l'unité de transformateur de courant pour une alimentation à 120-240 volt peut comporter seulement un transformateur de courant ayant deux enroulements primaires réalisant l'unité d'addition. Par contre, pour une alimentation à 120208 volt, l'unité de transformateur de courant devrait comprendre deux transformateurs de courant, un pour chaque phase. Si cependant un organe de déphasage est utilisé pour amener les deux phases en coïncidence complète, l'unité de transformateur de courant peut de nouveau comporter seulement un transformateur de courant pour opérer l'addition des courants de phase.
La fig. 1B est une illustration schématique d'une unité de transformateurs de courant 30 employant deux transformateurs de courant respectivement 31 et 32.
chacun correspondant à une phase d'une alimentation à 120-208 volt; les enroulements primaires de ces transformateurs sont désignés respectivement par 33 et 33a, tandis que leurs enroulements secondaires sont désignés respectivement par 34, et 34a. Chaque enroulement secondaire est connecté à un circuit de télécomptage séparé 35 ou 35a qui lui correspond. Il est important de noter que les quatre conducteurs que compteraient normalement deux circuits de télécomptage peuvent être réduits à trois conducteurs, mesure qui n'est pas représentée au dessin. De même pour une pluralité de transformateurs de courant et de circuits de télécomptage un conducteur peut toujours être utilisé comme conducteur commun, ce qui a le grand avantage de ne nécessiter en plus de ce conducteur commun qu'un seul conducteur séparé pour chaque circuit de télécompteur.
Pour cet arrangement comprenant deux circuits de télécomptage par unité de transformateurs de courant, on peut employer un compteur de puissance électrique (ou d'énergie électrique) à trois connections et à deux stators qui additionnent les couples correspondant au courant des différentes phases.
La fig. 1C montre schématiquement une unité de transformateur de courant 37, 40 comportant un transformateur à noyau fendu, et opérant la réunion des courants des phases A et B d'une manière qui les laisse indépendant l'un de l'autre, c'est-à-dire qui n'introduit
aucune interaction mutuelle, l'encombrement total n'étant cependant guère plus grand que celui d'un seul
transformateur de courant.
On voit que l'unité de transformateur de courant 40
est fendue en deux demi-moyaux respectivement 41a et 41b. L'enroulement primaire 42 de la phase A, qui coopère avec l'enroulement secondaire 43 est bobiné autor des deux demi-noyaux 41a, 41b à l'endroit du bras composite central 44. L'enroulement primaire 45 de la phase
B est subdivisé en deux demi-enroulements 45a et 45b, ayant un nombre de tours égal, qui sont enroulés respectivement sur chacun des deux bras latéraux 46a et 46b du noyau. Bien que le courant circule à travers les deux demi-enroulements de la même direction, ils produisent dans les parties 41a et 41b deux flux qui sont dirigés dans des directions opposées. Ainsi la tension résultante induite par cet enroulement complet dans tous les enroulements situés sur le bras central est égal à zéro, et il en va de même dans l'autre sens.
Similairement on a un enroulement secondaire 47, correspondant à la phase B, qui se subdivise en deux enroulements partiels 47a et 47b d'un nombre de tours égal et qui sont enroulés dans la même direction sur les bras latéraux opposés respectifs 48a et 48b, mais qui sont à considérer différentiellement relativement aux enroulements situés sur le bras central. De cette manière on a une totale coopération inductive entre les deux demi-enroulements primaires correspondants. Il en résulte que ne se présente finalement aucune interaction inductive entre les deux groupes d'enroulement correspondant au courant de la phase A et de la phase
B. Ainsi cette unité travaille en effectuant la réunion des deux phases, et puisque les deux demi-noyaux sont magnétisés, elle porte les ampères-tours d'entrée à un niveau élevé, ce qui assure une meilleure précision d'opération.
La fig. 1D représente un arrangement de circuit préférentiel pour réaliser un transformateur de courant additionnant les courants et pouvant être connecté au compteur de watt-heure à deux conducteurs d'entrée montrés à la fig. 1, et pouvant être alimenté par une ligne d'alimentation à trois fils par l'intermédiaire de deux enroulements primaires 2 et 2A. Ainsi le courant de comptage dans l'enroulement secondaire du transformateur de courant est proportionnel à la somme arithmétique des deux courants de phase si les primaires sont connectés à une alimentation à trois fils du type 120240 volt, ou à une alimentation à trois fils du type 120-208 volt pour autant que les courants des phases soient décalés pour venir en pleine coïncidence.
Ainsi, par l'effet combiné des enroulements primaires agissant sur un seul enroulement secondaire, on peut amener un unique stator de compteur à deux connections d'entrée à indiquer la somme des charges individuelles de deux différentes phases. Tous les éléments de la fig. 1D qui sont identiques à des éléments de la fig. 1 sont désignés par les mêmes signes de référence. Sur la fig. 1D le seul élément particulier est constitué par l'organe déphaseur 14 qui est utilisé dans le cas où l'enroulement de tension du watt-heure 10 est connecté entre phase et neutre.
La fig. 1E montre le même arrangement de circuit que la fig. 1D à cette différence près que deux organes de déphasage 14 et 14A sont utilisés, chacun étant connecté en série avec une ligne de courant respective,.
Cette méthode est appliquée lorsque l'enroulement de tension il du compteur de watt-heure 10 est connecté entre deux phases (c'est-à-dire dans le cas particulier d'un réseau 120-208 volt, sous 208 volt), cette question sera examinée plus en détail en liaison avec les diagrammes vectoriels des fig. 1F et 1G.
Ces fig. 1F et 1G representent les relations vectorielles dans les deux différents cas de déphasage. En vue de faire comprendre clairement la nécessité des décalages de phase, on va mentionner les conditions nécessaires à une addition correcte de deux courants de ligne.
Il est assumé que chaque enroulement primaire est établi pour un même rapport de courant avec le secondaire, le courant secondaire Is se situant de préférence dans le domaine de 1 ampère. Les nombres de tours correspondant aux deux enroulements primaires sont désignés respectivement par N1, et N2, et le nombre de tours de l'enroulement secondaire est désigné par Ns.
Pour réaliser une addition convenable, le courant dans le circuit secondaire de télécomptage doit constituer une fraction notable et déterminée du vecteur de la somme des deux courants de ligne circulant dans les enroulements primaires P1 et P2. Cela signifie que lorsque les deux enroulements primaires sont sous pleine charge, les ampères-tours par lesquels chacun de ceux-ci contribue à la somme doivent être proportionnels au rapport global. Il s'en suit que les ampères-tours totaux des enroulements primaires prennent la même proportion dans la somme des deux courants de ligne primaires rapportés. Dans un tel cas, la conduite à trois conducteurs peut consister en une phase unique d'un réseau 120-240 volt delta, ou en deux phases d'un réseau triphasé 120-208 volt à quatre conducteurs.
a) Alimentation 120-240 volt
Dans ce cas les deux conducteurs portent la même phase d'un système polyphasé. Désignons les valeurs instantanées des deux courants primaires par Ip1 et Ip2 les valeurs secondaires correspondantes seraient respectivement Is1 et Is2. Si le courant secondaire instantané total est désigné par Im et que le nombre de tours de l'enroulement secondaire est Nq, l'étgalité des ampères-tours sur chacun des côtés primaires et secondaires du transformateur additionneur nous donne:
ImNs =Is1N1 + Is2N2 = (Ip1/Kc)N1 + (Ip2/Kc)N2 formule dans laquelle Kc est le rapport du transformateur. Si les valeurs de nombres de tours N1 et N2 sont égales, on a:
EMI4.1
Ainsi il est évident que le courant de comptage correspond, à un facteur constant près, au vecteur de la somme des courants dans les deux lignes.
Ainsi donc l'effet combiné des deux enroulements primaires agissant sur un seul enroulement secondaire permet d'utiliser un compteur à un seul stator et à deux bornes de connection pour indiquer la somme des charges individuelles connectées à deux circuits séparés.
b) 120-208 volt
Dans ce cas les deux courants de ligne de la conduite à trois conducteurs consistent en deux différentes phase d'un réseau d'alimentation à trois phases et à quatre fils. Pour utiliser le transformateur de courant comme unité d'addition pour des courants présentant un décalage de phase de 1200 l'un par rapport à l'autre, il est nécessaire d'appliquer un organe déphaseur qui amène les deux courants de ligne en coïncidence de phase. Lorsque les deux différents courants de phase sont amenés en phase l'un avec l'autre, ils peuvent être additionnés arithmétiquement de la manière décrite dans le cas de l'alimentation 120-240 volt.
Il existe deux méthodes principales pour réaliser un tel déphasage. Le premier consiste à déphaser seulement un courant de ligne et alors c'est la tension entre phase et neutre qui est appliquée à l'enroulement de tension d'un compteur de watt-heure à deux bornes de connection. L'autre méthode consiste à déphaser les deux courants de ligne et c'est alors la tension entre les deux phases qui est appliquée à l'enroulement de tension du compteur.
Le diagramme vectoriel montré à la fig. 1F fait intervenir un déphasage de 600 du courant d'une ligne.
Le détail de l'organe déphaseur lui-même n'est pas représenté puisque seule son application générale et son introduction dans le circuit de groupe de télécomptage dans le cas où les courants de lignes proviennent de différentes phases est à considérer. De ce fait seules les relations vectorielles relatives à cet organe déphaseur sont illustrées.
Un déphasage de 600 sera obtenu par une sélection convenable du rapport entre l'inductance L et la résistance R de l'organe déphaseur de courant, et l'enroulement primaire correspondant devra être inversé quant à sa direction pour réaliser la nécessaire coïncidence de phase avec l'autre courant de ligne. Considérons maintenant le diagramme vectoriel, on note d'abord qu'une direction antihoraire de rotation des vecteurs est supposée. Sur le diagramme les deux tensions entre phase et neutre sont indiquées par E1N et E2N2 et les courants de lignes correspondants sont désignés respectivement par I1N et par I2N. Admettons pour la simplicité de l'illustration que le facteur de puissance de la charge est égal à 1. La tension inversée E1N est désignée par des lignes pointillées.
Pour réaliser la coïncidence totale entre les deux courants de phase I1N et I2N, le courant
I2N devra être déphasé de 60 en arrière de E2N (en
I2N) et l'enroulement primaire correspondant sera inversé.
Le diagramme vectoriel montre également le cas où le facteur de puissance de la charge provoque un dépha sage de # du courant de ligne I2N, en conséquence le courant décalé IN2, assumera également le même angle de déphasage # que le courant I1N inversé, et de ce fait la puissance délivrée à la charge sera identique.
Un élément important de la méthode de décalage de phase consiste en ce qu'une séquence propre des phases des courants de ligne respectifs doit être maintenue en vue de réaliser le décalage correct désiré que requiert l'addition des courants.
Lorsqu'une charge est connectée à la tension entre phase, non représentée sur le diagramme, le même décalage de 600 fournira la somme vectorielle correcte des deux courants de ligne, l'enroulement de tension du compteur étant connecté à la tension entre phase et neutre. Si l'on admet un facteur de puissance de la charge égale à l'unité, la tension E1N sera déphasée en arrière de 30 par rapport à la tension entre-phase E12, le courant I1 sera en avance de 30 par rapport à la tension E1N et le courant I2 sera en avance de 30 par rapport à la tension E1N inversée. Puisque le courant décalé est retardé de 600 par rapport a la tension E1N.
Ainsi on retourve la même relation vectorielle qu'on avait obtenue lorsque la charge étant connectée à la tension entre phase et neutre. Les deux courants, celui de la ligne et celui qui est décalé et inversé ont le même déphasage de 30 par rapport à la tension E1N et de ce fait le vecteur de la somme est identique lorsque les connections sont faites entre deux phases.
Le diagramme vectoriel de la fig. 1G illustre les conditions qui se présentent lorsque la tension entre phase (de 208 volt) est appliquée à l'enroulement de tension du compteur de watt-heure. On voit que le courant I1N est décalé de 30 en arrière de la tension E12 tandis que le courant I2N est décalé de 30 en avant de cette tension E12, ou plus exactement de son inverse. En vue d'obtenir une coïncidence de phase complète avec le vecteur de tension E12, les deux courants de lignes doivent être décalés desdits 30 en avant ou en arrière.
Il est clair qu'aussi bien des charges branchées entre deux phases que des charges branchées entre phase et neutre s'additionneront correctement indépendamment de leur facteur de puissance comme cela est requis pour une mesure d'énergie véritablement correcte.
La fig. 1H montre le diagramme des vecteurs dans le cas d'un arrangement déphaseur correctif. Sa principale particularité réside en ce que les courants des deux phases A et B sont directement additionnés par un transformateur de courant et en ce que un troisième enroulement additionnel est utilisé pour superposer une composante corrective de courant pour la correction des erreurs dues au facteur de puissance. Lorsque le facteur de puissance est égal à 1, il n'y a pas de composante du courant dans cet enroulement additionnel qui s'additionne vectoriellement dans le compteur de watt-heure du fait que ce courant est déphasé de 900 par rapport à la phase du potentiel de référence du bobinage de tension du compteur.
Le diagramme vectoriel de la fig. 1H correspond seulement au cas où le facteur de puissance de la charge est égal à 1, ceci afin de mieux illustrer le principe du déphasage. La séquence des phases a été choisie pour bien montrer le décalage de phase du courant correctif Ia3 lorsque l'on prend la tension Eb comme vecteur de référence de tension pour le compteur, l'autre tension de phase Ea étant en avance de 1200. Si maintenant le vecteur courant 1a est inversé, le vecteur cor respondant 1a se trouvera en retard de 600 par rapport au vecteur Eb.
En décomposant le vecteur 1a en deux composantes, 1a1 en phase avec Eb et Ia2 à 900 de phase avec Eb, les relations vectorielles donnent:
-Ia1 = -Ia cos 60 = -Ia/2, et en doublant les ampères-tours de l'enroulement de la phase A, on obtient: (Ib étant le nombre de spire de l'enroulement de la phase B, et Ta = 2TB celui de la phase A):
-Ia (Ia cos 60 ) -2Tb (Ia cos 60 ) = -Ia Tb, lequel représente le courant Ia totalement en phase relativement au vecteur de référence Eb.
L'analyse des vecteurs permet de voir que la relation entre Ia Tb ampère-tours et les ampères-tours de la composante de courant correctif additionnel 3Tb Ias, si 3Tb est le nombre de spire de l'enroulement additionnel, est telle que les deux composantes de courant à 90 Ia2, et Ia3 s'éliminent mutuellement c'est-à-dire que ces composants prennent des valeurs identiques lorsque l'on prend comme nombre de tours respectivement 2Tb et 3Tb, ce dont résulte que 3TbIa3 = 2Tb.Ia2, ceci indique que la composante corrective doit avoir trois fois le nombre de tours Tb, le courant de la phase A doit avoir un nombre de tour égal à 2Tb, tandis que le courant de la phase B doit avoir un nombre de tours égal à Tt. En conclusion nous pouvons prouver, par une analyse vectorielle non reproduite ici, que, pour tout angle de facteur de puis sance du courant de charge,
la composante déphasée de courant correctif sera toujours fonction de l'angle de facteur de puissance de telle manière qu'elle fournisse les ampères-tours correctifs voulus pour maintenir parfaite la lecture du compteur de watt-heure (ou du wattmètre). Cette méthode de déphasage est considére comme étant plus précise puisque le courant principal n'est aucunement déphasé et que toute erreur de l'or- gane déphaseur n'aura qu'un effet négligeable sur la lecture du compteur ou du wattmètre.
Dans une forme d'exécution de l'organe déphaseur, le troisième enroulement correcteur 50 est shunté par un élément de résistance 51 ayant une impédance approximativement égale à celle de l'enroulement 50, ce qui produit des courants subdivisés Ia3 et Ia4 de valeur approximativement égale. Une relation vectorielle nous montre que le courant Ia3 circulant à travers l'enroulement 50 est en retard sur le courant 1a de la ligne d'environ 30 de déphasage que l'on doit avoir relativement à la tension de référence appliquée à l'enroulement de tension du compteur, ceci lorsque le facteur de puissance du courant de charge 1a est égal à 1.
Dans ces conditions la composante wattée de l'excitation due au courant correctif est égale à zéro comme cela se doit. Avec des facteurs de puissance du courant de charge Ia déterminant différents angles de déphasage a, l'excitation correctrice est toujours la fonction de sinus a nécessaire pour que le compteur ou le wattmètre fournisse une indication correcte.
La fig. 2 illustre schématiquement la manière dont on peut convertir une quelconque installation dans laquelle le compteur se trouve localisé à 'endroit de la charge et où l'énergie est amenée par une conduite commune en une partie unitaire d'une installation de télécomptage à compteurs groupés. Le système de télécomptage ci-décrit permet de réaliser une telle conversion sans qu'il soit aucunement nécessaire de modifier l'installation d'amenée de la puissance. Il y a lieu de noter que toutes les parties ou éléments de circuit non représentés sont identiques avec ceux qui sont montrés à la fig. 1. Les mêmes éléments sont désignés par les mêmes signes de référence.
En l'occurence on voit sur cette fig. 2 que les conducteurs de la conduite de dérivation 15 connectant la conduite principale au panneau de charge doivent être coupés en un point 16 pour permettre l'insertion du transformateur de courant 1 en série avec le panneau de charge d'appartement. Il est bien entendu que les conducteurs amenant le courant secondaire de comptage au compteur de watt-heure sont agencés et connectés similairement à ceux qui sont montrés à la fig. 1.
La fig. 3 est une vue schématique d'un arrangement de circuit modifié applicable dans une installation de télécomptage de compteurs groupés et permettant d'utiliser un unique transformateur de courant 20 en tant qu'unité supérieure et un autre transformateur de courant 21 inverse ou inférieur connecté en cas
cade et ayant un enroulement primaire 22 à grand nombre de tours connecté en série avec la charge principale, et un enroulement secondaire 23 comportant un petit nombre de tours. On a ainsi deux transformations
inverses, le rapport de transformation de chacun des
deux transformateurs étant identique mais inverse, ce
qui permet de sortir finalement du secondaire du trans
formateur inférieur un courant de valeur égal à celui
qui traversait le primaire du transformateur supérieur .
Ainsi l'enroulement secondaire 23 du transformateur de courant inférieur fournit à l'équipement compteur 24 un courant final de sortie de forte valeur permettant l'usage d'un compteur de watt-heure conventionnel. Cette méthode avec transformations inverses simplifie les conditions requises pour l'installation de télécomptage par compteurs groupés puisqu'elle permet d'utiliser un compteur classique à deux bornes de connection au lieu de nécessiter un compteur spécial prévu pour un courant d'un ampère. Tous les éléments représentés à la fig. 3 qui sont identiques à des éléments représentés à la fig. 1 sont désignés par des signes de référence identiques.
Une impédance shunt de compensation Rc1 est connectée en parallèle avec l'enroulement secondaire 6 du transformateur de courant supérieur pour compenser les erreurs en un point particulier de son domaine d'opération. Similairement, une autre impédance compensatrice Rc2 est connectée en parallèle avec l'enroulement secondaire 23 du transformateur de courant inférieur pour compenser ces erreurs en un autre point sélectionné de son domaine d'opération. Il est entendu qu'une quelconque première sorte d'ajustement de nombre de tours doit être prévue pour minimiser les erreurs générales du transformateur de courant avant que ces moyens additionnels de compensation soient ernployés.
On va voir maintenant comment une méthode de compensation linéaire peut être appliquée à chaque transformateur de courant dans le but d'induire dans le circuit secondaire un courant correctif destiné à compenser des pertes ou les excitations de courant en un point particulier du domaine des courants de charge, ceci afin d'obtenir une courbe d'erreurs relativement plate tout au long du domaine de courant. Une forte impédance shunt branchée aux bornes du secondaire réduit normalement les erreurs d'angles de phase mais augmente les erreurs de rapport de transformation, lesquelles cependant peuvent être à leur tour corrigées par un ajustement de nombre de tours.
Dans l'installation ci-décrite, on cherche à réaliser une compensation linéaire combinée des erreurs globales pour l'un et l'autre des deux transformateurs de courant supérieur et inférieur. Pour cela on cherche à compenser la courbe globale des erreurs de phase et de rapport de transformation à approximativement 30 % du domaine d'opération par un ajustement correspondant de l'impédance de compensation Rc1 en ajustant ensuite le rapport de transformation du transformateur de courant supérieur à 70 % du domaine de courant d'opération.
La raison pour laquelle on a choisi ces points de 30 % et de 70 % réside dans le fait qu'en général le maximum de courant de charge dans cette application se situe à environ 80 O/o du maximum prévu, ainsi ces deux points sont les plus aptes à produire une courbe d'erreurs approximativement plate tout au long du domaine usuel d'opération.
La fig. 3A représente un diagramme de vecteur illustrant l'effet correctif d'une impédance shunt relativement haute aux bornes du secondaire du transformateur de courant. Dans ce diagramme Es représente la
tension induite dans le secondaire, D représente le vecteur flux, io est le vecteur du courant d'excitation, is
est le vecteur du courant secondaire, celle représente le
vecteur du courant correctif en dérivation (shunt). En
additionnant la composante io du courant d'excitation à
la composante du courant primaire I'p, on arrive à
contrebalancer le courant de charge secondaire is lequel donnerait une composante de courant primaire résultant I''p qui se présenterait si l'impédance shunt n'était pas connectée.
Cependant avec l'impédance shunt Rc1 connectée au secondaire, on aura un courant shunt ishe en phase avec Es Ce dernier sera contrebalancé par une composante de courant opposée i'she dans l'enroulement primaire et en ajoutant celleci vectoriellement à I''p on obtiendra finalement la valeur réelle du courant primaire Ip. Il est plair que l'addition de ce courant correcteur shunt augmente la composante primaire mais elle diminue grandement l'angle de phase sst. De plus le rapport de transformation peut être corrigé par une quelconque méthode connue d'ajustement du nombre de tours pour amener le transformateur de courant à présenter une erreur de rapport substantiellement égale à zéro audit point sélectionné de 30 % du domaine d'opération, et l'angle de phase sera rendu suffisamment petit pour être négligeable à cette valeur de courant.
La fig. 3B représente un diagramme vectoriel de la compensation linéaire combinée de la courbe d'erreur globale des deux transformateurs de courant supérieur et inférieur. Dans ce diagramme il est montré que l'effet additionnel des deux courants correcteurs shunt ish1 et ishe2 qui circulent respectivement dans les impédances correctrices Rc1 et Rc2 se traduise par un courant de sortie primaire final Ip et un angle d'erreur de phase sst. En examinant ce diagramme on voit que les erreurs de rapport fixes des transformateurs de courant supérieur et inférieur peuvent être corrigées par ajustement des nombres de tours pour produire les amplitudes correctrices désirées respectivement #irc1, #icr2, ce par quoi le courant de rapport global correct I'p est obtenu.
Bien que les deux pas de correction soient effectués indépendamment à 30% et à 70% du domaine nominal de fonctionnement, ils sont dans une certaine mesure interdépendants et de ce fait une méthode par approximation successive (positions fausses) doit être appliquée et poursuivie jusqu'à ce que l'on aie obtenu l'état final d'ajustement désiré. En conséquence, pour les ajustements individuels des transformateurs de courant, le point nodal peut d'abord se trouver quelque peu en dessous ou en dessus de 30 % de la courbe d'erreur globale et similairement l'autre point nodal peut se trouver également quelque peu en dessus ou en dessous de 70%. Par palier successif alterné, une compensation approximativement correcte peut être obtenue.
La fig. 3C illustre les diverses courbes de compensation d'erreur que l'on obtient par le processus de compensation shunt décrit ci-dessus. Comme cela a été noté, toutes les courbes d'erreur illustrent seulement les erreurs d'angle de phase en fonction du courant puisque les erreurs de rapport de transformation peuvent être compensées par ajustement de nombre de tours ou shuntage de quelques portions d'un petit nombre donné de spires secondaires.
Le premier diagramme montre une erreur d'angle de phase, à 30% du domaine d'opération. Pour la courbe d'erreur globale totale et et la courbe d'erreur du second transformateur de courant e2, l'erreur de phase n'est pas nulle, par contre la courbe d'erreur e, du transformateur inférieur croise à 30 % la ligne zéro.
Le second diagramme illustre la même condition de compensation d'erreur pour le transformateur inférieur dont la courbe d'erreur e2 croise à 70 % la ligne zéro.
Le troisième diagramme indique la courbe résultante d'erreur globale ete qui est compensée pour les deux points d'opération à 30 et à 70 %. La courbe d'erreur résultante a une caractéristique substantiellement plate à l'intérieur du domaine d'opération.
La fig. 4 représente le schéma complet d'une installation de télécomptage réalisable dans un immeuble à plusieurs étages et présentant trois unités identiques, comme celles montrées aux fig. 1, 1A ou 1B. Dans cette forme d'exécution le transformateur supérieur est d'un type de construction à noyau unique et similairement le transformateur inférieur est connecté pour constituer un transformateur inverse , un élément de résistance variable d'égalisation étant localisé près du compteur. A part cela toutes les parties similaires sont indiquées par les mêmes signes de référence que sur la fig. 1.