OUJDAELEC

MODULE 3

****La rotation du disque est proportionnelle à l’énergie consommée par le client, donc aux variations de l’intensité appelée.

Le disque est monté libre sur un axe, plus l’appel de puissance sera important, plus la rotation du disque sera importante et entraînera dans le temps une usure prématurée de l’équipage mobile. Donc pour palier cela et avoir une vitesse de rotation du disque permettant de l’observer et diminuer l’usure des pivoteries, on fait tourner le disque dans l’entrefer d’un aimant permanent.

Nous avons vu que le disque entraîne des engrenages, qu’il repose sur des axes, certains sont grauffrés pour être plus rigides. Qui dit engrenages, dit frottements, inertie au démarrage, résistance à l’air etc.. Nous allons compenser ces inerties en créant un petit couple moteur permanent qui vaincra ces inerties et résistances par rapport à l’axe du bobinage. Pour cela nous amenons une légère dissymétrie dans la répartition du flux tension.

Mais la médaille possède toujours un revers. Si j’applique en permanence un couple moteur sur mon disque, cela veut dire que mon compteur va tourner même à vide, donc enregistrer de la consommation. Impensable pour nos clients ! Nous allons de ce fait ajouter un nouvel artifice, consistant en un petit trou percé dans le disque, voir deux pour les compteurs actuels, cela suffira lorsque l’un de ceux-ci passera à l’aplomb de l’aimant  permanent qui déviera les filets de courants induits et stoppera le compteur. Un seul trou sur le disque lui fera faire un tour supplémentaire. A ce jour les compteurs modernes possèdent deux trous et de ce fait il n’y aura qu’ un demi tour d ’effectué.

*****Nous venons de faire une approche du fonctionnement du compteur d’énergie à induction électrique.

Nous allons en terminer avec quelques données complémentaires. Lorsque vous observez la photographie de l’éclaté du compteur vous pouvez apercevoir une flèche sur le cadran indiquant la direction des Heures pleines et ensuite deux petits fils de 0,2mm² de section. Vous aurez l’occasion d’apercevoir des compteurs à double cadrans, utilisés notamment pour les clients double tarifs, donc deux plages horaires de facturation et de fonctionnement. Pour différencier ces deux postes tarifs, nous avons besoin de deux enregistrements de consommation distincts. D’où la présence de ces deux fils qui vont servir à alimenter la bobine appelée « change tarif » et qui fera monter ou descendre la flèche indiquant le tarif adéquat.

La boite noire sous vos yeux renferme une simple bobine qui sous une impulsion électrique de commande va faire basculer une came reliée à la flèche des tarifs, soit en heures creuses, soit en heures pleines. Il est à noter aussi que cette bobine n’est pas polarisée et donc se raccorde indifféremment dans un sens ou dans l’autre comme une ampoule de lumière.

Petit rappel pour le raccordement du compteur entrée à gauche et sortie à droite avec les conducteurs du neutre au centre, cela ne vous empêchera pas de vérifier cet ordre avant d’intervenir sur ceux-ci, certains peuvent être raccordés différemment…

La bobine change tarif elle, sera alimentée autrement, c’est ce que nous étudierons pendant le module numLe compteur triphasé ou monophasé multi-tarif sont entièrement électronique. Ils ne comportent aucune pièce en mouvement. La mesure d’énergie électrique est du même principe qu’auparavant avec l’électromécanique, c’est à dire une puissance dans le temps. Pour assurer cette fonction, parmi l’ensemble des réalisations techniques possibles, les principes qui ont été retenus par les fournisseurs de compteurs sont: La multiplication numérique et l’effet Hall découvert par le physicien Américain Edwin Hall fin dix-neuvième siècle.éro quatre. Je vous propose pour finir de passer à un petit remue-méninges.

****Le multiplieur numérique opère à partir de signaux, échantillonnés et codés. La tension est proportionnelle à U(t) et I(t).

Le signal tension est obtenu directement entre phase et neutre. Un dispositif réducteur en présente une image à l’entrée de la cellule mesure. Les mesures se font par prises d’échantillonnages des valeurs,  signaux de U et I.

La numérisation transforme, par codage, les valeurs des échantillons tension et intensité en données numériques pouvant ainsi être exploité par le microprocesseur. Le multiplieur numérique réalise, le calcul de la somme U et I, égale à l’énergie électrique qui transite dans le compteur.

Comme vous pouvez le voir sur la photographie, le circuit de puissance contrairement au compteur électromécanique a ses bornes de puissance sur le dessus et non en dessous. En revanche le raccordement est identique, à savoir : arrivée sur les bornes de gauche, sortie sur les bornes de droite.

*****Le deuxième système de comptage est réalisé par effet Hall. Découvert en 1879 par le physicien Edwin Hall et comble d’ironie très peu utilisé avant l’arrivée des comptages, fin du vingtième siècle, pour son manque de précision. Les bornes sont décalées uniquement pour votre compréhension. Dans la réalité, elle sont toutes alignées. Voyons maintenant l’effet de Hall. Le capteur situé à l’intérieur du compteur, est une plaquette de silicium, elle est placée dans un champ magnétique engendré par le courant I consommé. Le champ B influençant la cellule Hall du capteur est donc proportionnel au courant I consommé. La cellule Hall est polarisée par un courant I proportionnel à la tension U du réseau. La différence de tension Vh est alors directement proportionnelle à la puissance consommée. Il suffit alors d’amplifier et d’intégrer dans le temps cette mesure pour obtenir le décompte de l’énergie.

Pour une meilleur approche, ou approfondir vos connaissances sur les compteurs d’énergie, des documents en ressources auxiliaires sont disponibles à la fin de ce module.

****Hormis le système de mesure et d’enregistrement d’énergie que nous venons de voir, le compteur électronique est un micro-ordinateur basique. Il est équipé d’une ROM, RAM et EPROM comme sur n’importe lequel des ordinateurs en circulation. Dès la mise sous tension: Mise en route automatique du processeur et démarrage de tests.

****Le micro-processeur gère en temps réel la mesure de l’énergie, la réception des ordres 175Hz, la gestion de l’affichage, le télereport et la télé-information. Il possède une « ROM », cette puce n’est que consultable, on ne peut rien écrire dedans, elle renferme le logiciel du compteur. Ensuite nous avons une « RAM » elle est une mémoire dite volatile, ou mémoire de travail, en fonctionnement normal, toutes les données évolutives sont en mémoires RAM.

Enfin nous avons l’EPROM, qui est la sauvegarde de toutes les données qui enregistre les paramètres du compteur lorsque l’on se trouve dans une des situations précisées plus haut.

Le compteur électronique est dit multi-tarifs, nous parlerons de cette caractéristique lors de l’étude du relais 175Hz.

Enfin le compteur est dit communiquant car il transmet des informations au client par sa sortie télé-information et côté distributeur au moyen d’un boîtier télé-report appelé familièrement BTR. Le circuit physique permettant ces échanges est appelé BUS de télé-report. 

****Autre petite particularité que l’on trouve sur le CBE et le compteur électromécanique, la constante. Elle est présente sur tous les cadrans. Oui ! Oui ! Vous pourrez vérifier. Mais à quoi servent-elles ?

La constante en règle générale change d’un compteur à l’autre pour le compteur électromécanique. Pour le compteur électronique elle est fixe. Elle sera de 1 wattheure par impulsion, nous entendons par impulsion un éclat de la LED de métrologie. La constante sert a étalonner les compteurs, celui-ci est réalisé par des techniciens des laboratoires agrées de métrologie. Pour le CBE c ’est avec un stroboscope. Pour le compteur électromécanique, c’est en comptant les tours réalisés pendant un laps de temps déterminé à l’avance.

Comme je vois que c’est clair pour vous, nous allons prendre un exemple chiffré. Nous pouvons écrire que la puissance consommée est égale à : la constante du compteur appelée « k » en wh/tr multipliée par le nombre de tours réalisés. Multipliés par 3600 car nous travaillons en secondes. Le tout divisé par le temps, en secondes, de la prise de mesure.

Imaginons, vous êtes chez un client, face à son compteur. Il vous dit que son compteur tourne trop vite. Comment faire ?

Vous branchez une puissance connue, exemple un radiateur de 1000 watts,le compteur possède une constante de 6,6 wattheures/tour. Vous faites faire une rotation de 3tours

Il ne vous reste qu’a calculer le temps nécessaire pour effectuer ces trois tours ? Appliquons la formule. P égale 1000 watts, égal à K qui est de 6,6watts/heure, multiplié par n le nombre de tours, dans notre cas trois tours, multiplié par 3600 et le tout divisé par t en seconde que nous cherchons. Donc nous pouvons en déduire que 1000 fois t est égal a 6,6 x 3 x 3600. Donc les trois tours de disque devrons être effectués en une minute et douze seconde.

Ceci n’est qu’un exemple pédagogique, compte-tenu de l’orientation stratégique de votre entreprise, il ne sera peut-être malvenu d’ effectuer ce genre de manipulation chez, ou devant un client.

L’AGCP

***Quelque soit la technologie et l’ âge de l’AGCP, à partir de la fin des années soixante, trois fonctions incontournables sont présentes. Que ceux-ci soit monophasés ou triphasés. Je vous propose de voir celles-ci plus en détail.

***La première des fonctions est magnétique. Un court-circuit situé en aval de l’AGCP et supérieur à 300A ou de cinq à dix fois le courant de réglage ne doit pas se répercuter sur le réseau électrique.

Pour cela, il faut couper le courant de court-circuit le plus rapidement possible. En général c’est une palette métallique attirée brusquement  par un électroaimant et qui déclenche le mécanisme de l’AGCP. Plusieurs variantes de systèmes sont employées. En voici quelques unes. Pour le triphasé vous trouverez trois systèmes monophasés.

***Nous venons de voir que dès qu’une intensité de transit supérieure à trois cent ampères était présente, il fallait que l’AGCP fasse son travail. Il va s’ouvrir, actionné par la palette métallique vue précédemment.

Nous avons pris volontairement sur les photographies de gauche une ancienne technologie, et sur la droite un AGCP actuel. Regardez la surface de contact sur le vieil AGCP. Ayez bien en tête que le pouvoir de coupure d’un AGCP, sur un branchement à puissance limité, se situe entre 2000 et 2400 ampères.

****La puissance mise à la disposition du client est facturée. La section de la dérivation individuelle est calculée pour le réglage maximum de l’AGCP. Il ne faut pas dépasser cette puissance en régime permanent.

Est appelé surcharge, un courant dépassant le calibre de réglage de l’AGCP. Une surcharge importante peut provoquer un échauffement anormal des conducteurs. Néanmoins, le dispositif de réglage de la puissance souscrite, doit laisser passer le courant, important mais bref, appelé par certains appareils à leur mise en route, par exemple : moteur, lampes à incandescence etc.

Pour contrôler cela, deux systèmes sont employés, je vous propose de les étudier. Le premier des deux est le système par bilame, le plus ancien. L’exemple prit est un système monophasé. Deux lames minces, de coefficients de dilatation très différents sont soudées l’une contre l’autre par laminage. L’élévation de température dû au passage du courant dans le bilame provoque sa déformation et déclenche mécaniquement l’AGCP.

Les changements de calibre sont obtenus par l'ajout de résistances en parallèle sur le bilame à l'aide d'une "vis de contact".

Remarques :

·      En cas de perte ou de desserrage important de la vis de réglage, l’agcp devient un calibre unique à 15 A.

·      Sur le calibre 45 A, la vis de réglage est parcourue par un courant de 30 A. Il faudra veiller à assurer un serrage suffisant de cette vis (sans la casser !).

Une ressource auxiliaire est à votre disposition en cliquant sur le lien

****Voici le schéma théorique de la fonction du différentiel d’un AGCP monophasé. La phase entre dans l’AGCP et est bobinée sur un tore ferro-magnétique. Elle est constituée de cinq spires de grosse section isolées. Ensuite cette même phase entre dans l’installation du client qui est en fait , électriquement parlant, une grosse résistance. Celle-ci ressort de  l’installation et bobinée de nouveau sur le tore ferro-magnétique, avec le même nombre de spires, mais en sens inverse.

Lorsqu’elles sont parcourues par un courant, il se crée un flux magnétique dans le tore et donc un courant induit. Comme les bobines sont enroulées différemment, les courants induits vont s’annuler et la bobine du relais de différentiel ne sera pas alimentée. Nous pouvons alors dire que le l’intensité de la phase égale celle du neutre. Aussi que I phase moins I neutre est égale à zéro. En conséquence le relais n’étant pas alimenté, l’AGCP ne s’ouvre pas. En conclusion, si ce qui rentre dans l’AGCP ressort, tout va bien. Comme disait Monsieur Lavoisier : « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ».

***Si nous reprenons notre exemple précédent. Mais maintenant la situation a changée. Nous avons une partie du courant de transit qui s’écoule hors de l’installation. Ce qui fait que l’intensité qui entre ne sera pas égale à celle qui ressort. Donc nous pouvons écrire que l’intensité de la phase sera différente de l’intensité neutre, donc I phase moins I neutre différent de zéro. Le flux résultant ne sera plus nul et sera récupéré par le bobinage du relais différentiel. Automatiquement si la valeur du défaut est supérieure à 250mA le relais différentiel va actionner l’ouverture de l’AGCP.

Tout cela à condition qu’il existe une prise de terre correctement installée et de valeur conforme à la NF C 15-100.Sinon en cas d’absence de mise à la terre, ou celle-ci défectueuse, le retour se fera par exemple au travers d’une personne qui touchera l’appareil en défaut par mégarde.

***Comme nous l’avons vu auparavant, pour protéger les personnes un AGCP de sensibilité 500 ou 650 milliampères est très insuffisant. De ce fait, la NF C 15-100 impose dans les logements neufs ou réhabilités la mise en place d’un DDHS « dispositif Différentiels Haute Sensibilité » trente milliampères sur l’ensemble des circuits. Il peuvent être de type disjoncteur ou interrupteur. Elle préconise aussi l’emploi de parafoudres dans certains cas particuliers. Le soucis qui s’est présenté aux techniciens de l’époque, est que lorsqu’un défaut à la terre se produisait dans une installation, les deux différentiels, d’une part l’AGCP du distributeur et d’autre part le DDHS 30 milliampères du circuit concerné voyaient passer le disfonctionnement et s’ouvraient tous les deux. Pour une simple panne d’appareil, toute l’installation était hors service.

Pour résoudre le problème de sélectivité, le fournisseur d’énergie installe systématiquement des AGCP type « S » qui ont la qualité d’être temporisés à l’ouverture sur un défauts d’isolement pendant 40 millisecondes et donc de laisser le temps au DDHS d’ouvrir le circuit incriminé et d’ éviter la mise hors service de toute l ’installation.

***Je vous propose pour en terminer avec l’AGCP, de voir un accessoire qui apparaît sur tous les AGCP actuels et souvent oublié. J’ai nommé le bouton de test. Reprenons notre schéma théorique et voyons comment cela se passe. Le test est un bouton poussoir, son action, met sous tension une résistance qui, par sa valeur, est parcourue par un courant de 500 mA. Ce courant provoque un déséquilibre qui permet l'ouverture de l’AGCP.

LE RELAIS 175hz & LES HORLOGES

***Le profil des clients évoluant au fil du temps, amène les distributeurs d’énergie à modifier leurs offres et s’adapter au marché. Dans les années 1960 sont apparus les appareils de production d’eau chaude, appelé familièrement chauffe-eau électrique ou ballon d’eau chaude, qui a fait que le distributeur a proposé des tarifs heures creuses. Pour enclencher ces installations de nuit, on employait des horloges à double contacts. Elles étaient alimentées en 220 volts et les cames réglées sur l’heure désirée enclenchaient deux contacts électriques. Un pour changer les rouleaux du compteur et le deuxième pour enclencher le ballon d’eau chaude. Parfois elle possédaient des triples contacts comme vous pouvez le voir sur la photographie de droite pour les clients ayant un triple tarif. Pour le raccordement électrique rien de plus simple, le bornier de câblage est systématiquement gravé ou sérigraphié à l’intérieur du capot.

Mais nous verrons cela dans le module numéro quatre concernant le câblage.

***   Les horloges étaient pratiques ;  en revanche, la maintenance prenait du temps car celles-ci étant des horloges industrielles, elles étaient peu précises et surtout se décalaient au fil du temps. Il n’était pas rare de trouver des horloges qui avaient des décalages de douze heures et en pleine journée étaient sur le tarif de nuit. Cela obligeait les releveurs à chaque relevé, d’ effectuer une mise à l’heure de celles-ci.

Partant de cette expérience, et l’électronique industrielle se développant massivement, le fournisseur d’énergie à décider de passer ses ordres tarifaires par un relais électronique à fréquence 175Hz.

Lors du passage en heures creuses ou heures de pointe, le fournisseur envoie sur le réseau HTA des impulsions à 175Hz. Ces impulsions traversent les transformateurs HTA/BT  pour arriver sur les relais récepteurs. Ces relais sont dit quarante ordres, ce qui correspond aux différentes possibilités d’utilisation. Ils peuvent aussi bien commander des comptages basse tension que haute tension.

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Un sélecteur de fréquence sépare le 50 hertz sur le réseau du 175 hertz dans le récepteur. Le relais est codé sur certaines impulsions.

Un comparateur mécanique pour les plus anciens sur la photographie de gauche et électronique pour les plus récents sur celle de droite compare les impulsions émises et le codage du relais. Codage réglé sous les consignes du distributeur et non celles du client.

Nous allons voir maintenant comment sont transmises les trames d’ordres et comment le récepteur réagit

Les deux vignettes du bas représentent le câblage des deux relais 175Hz, identiques pour ces deux cas présents.

***Pour séparer la fréquence du réseau de cinquante hertz de celle de l’impulsion transmise par le poste source de cent soixante quinze hertz, nous utilisons un sélecteur de fréquence. Les impulsions filtrées par celui-ci sont ensuite comparées au codage du relais. Si elles correspondent, il faut alors actionner l’organe prévu pour fonctionner suivant le code émis, c’est le rôle du sélecteur d’ordres. Comme le sélecteur de fréquence, ils sont de deux types, soit mécaniques pour les plus anciens basés sur la rotation d’un moteur synchrone, soit électroniques à microprocesseurs. Pour l’ électronique le principe est basé sur l’analyse de l’impulsion reçu du sélecteur de fréquence. Le microprocesseur va déterminer la place de celle-ci et lui attribuer une fonction. Si la coïncidence correspond exactement au codage du relais, l’ordre correspondant sera exécuté.

***Le code normalisé comprend 41 impulsions : l’impulsion de démarrage, commune à tous les ordres, numérotée 0, Quarante impulsions de commande numérotées de 1 à 40. La fréquence du réseau sert de base de temps pour les durées des impulsions et les intervalles qui les séparent.

Pour une fréquence de réseau égale à cinquante hertz, la chronologie est la suivante.

La durée nominale de chaque impulsion est de une seconde, l’intervalle nominal entre l’impulsion de démarrage et l’impulsion de commande numéro une est de 2,75 secondes. L’intervalle nominal entre deux impulsions de commande successives est de 1,5 secondes. La durée d’un cycle d’émission est donc de 102,25 secondes.

Autre particularité en cas d’incident. L’intervalle de temps séparant l’impulsion zéro de l’impulsion une et l’intervalle de temps séparant deux impulsions de commande successives ont été calculés de façon que les relais n’ayant pas démarré sur l’impulsion zéro et ayant démarré au milieu d’un cycle ne puissent perturber le système. En outre, la durée de l’impulsion a été déterminé pour que le fonctionnement d’un dispositif de ré-enclenchement automatique rapide ne puisse perturber le bon fonctionnement des relais.

Les ré-enclencheurs automatiques étaient des protections HTA installées dans les postes sources et réagissant en cas d’ anomalie sur le réseau électrique.

***Suivant les profils clients, des codages différents peuvent être ou avoir été appliqués, les plus communs sont les codages de A à D historiques et apparus au lancement de l’option appelée familièrement « tarifs de nuit » et correspondant à une plage horaire de 22 heures à 6 heures. ensuite vint le codage EJP et l’option Tempo avec ses six plages tarifaires. vous pouvez apercevoir sur le tableau ci-joint quelques plages horaires et le numéro d’ordre des impulsions. Chacune de ces impulsions ouvre ou ferme un à plusieurs contacts, temporisés dans le temps dans le cas du préavis EJP. Comme vous pouvez le remarquer sur les photographies, certains codages sont fixes pour les relais les plus anciens et réglables par le technicien d’intervention pour les récents. Pour finir ces relais sont capables de fonctionner sur une tension de 175 à 250 volts, sur une plage de fréquences situées entres 49,5 et 50,5 hertz, l’amplitude de fréquence de fonctionnement est entre 172 et 178 hertz, en dehors de ces plages les relais ne peuvent fonctionner.

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