SMINAIRE BACCALAURAT GNIE LECTROTECHNIQUE Manosque les Iscles Les
SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE Manosque les Iscles Les 5 et 6 mars 2008 Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE 5 & 6 mars 2008 1
Le comptage de l’énergie sans fil Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Sommaire • • • Introduction au comptage de l’énergie sans fil, Présentation des compteurs Wi-LEM, Le réseau de communication sans fil, L’interface logiciel, Exploitation pédagogique: – En Electrotechnique, – En Physique Appliquée. Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Introduction au comptage de l’énergie sans fil • Applications: – Relever à distance les consommations électriques pour répartir les factures énergétiques. – Vérifier l’efficacité énergétique de certains équipements. Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
• Avantages du sans fil: – Permet d’installer rapidement des sous-compteurs sur différents équipements d’un site. – Les informations de consommation sont rapatriées instantanément sur un écran d’ordinateur. Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
• Exemple d’application: En Grande Bretagne, une entreprise d’injection plastique compare la consommation des différentes lignes de production. Cinq armoires électriques alimentent chacune ligne de trois machines, chaque armoire est équipée d ’un compteur. Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Présentation des compteurs Wi-LEM La solution de comptage Wi - LEM (Wireless Local Energy Meter) est composée de boitiers compacts qui transmettent les mesures par voie radio. Les données peuvent être transmises à un enregistreur de données et exploitées par un logiciel de contrôle d’énergie. Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Vue d’ensemble du compteur • Le compteur (EMN) • Le répéteur (Mesh Node) • L’interface principale (Mesh Gate) Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Présentation des 3 sous-ensembles • Energie Meter Node(EMN): compteur divisionnaire mesurant différents paramètres électriques, et composé – de capteurs de courant ( transformateurs d’intensité TI) à circuit magnétique ouvrant précâblés, – d’un système de transmission de données radio. Manosque les Iscles TI Système de transmission SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
• Mesh Node (MN): répéteur relayant le signal radio et permettant d’augmenter la distance de transmission Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
• Mesh Gate (MG): interface principale qui gère le réseau sans fil et collecte les données périodiquement envoyées par les compteurs. Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
• Un logiciel de supervision qui permet: – de configurer les compteurs, – d’afficher les grandeurs mesurées à intervalle de temps prédéterminé. Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
DESCRIPTION DES ELEMENTS Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Modèles d’EMN Plusieurs modèles d’EMN sont disponibles en fonction: ü de la configuration de câblage voulue (W : étoile; D : Triangle) üdu type de charge électrique (triphasée ou monophasée) üdu réseau électrique utilisé (monophasé ou triphasé) Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Modèles d’EMN Chaque compteur EMN est défini par: v Son calibre en courant v. Son numéro d’identifiant couplage et possède une mémoire tampon RAM Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Modèles d’EMN et câblages CT 1 CT 2² CT 3 ΦC ΦC LO AD ΦB L O A D ΦB ΦA ΦA N CT 1 CT 2 CT 3 L 2 L 1 N L 3 W 4 Series (Etoile, 4 fils) D 3 Series* L O A D Φ N L 2 L 1 N (Triangle, 3 fils) CT 1 CT 2 L 3 L 2 L 1 N CT 1 L O A D Φ Φ, N W 0 Series (3 x monophasé) ΦB LO A D ΦA N L 1 N W 2 Series (Monophasé, 2 fils) Manosque les Iscles W 3 Series (Biphasé, 3 fils) SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE L 3 L 2 L 1 N
Caractéristiques électriques des EMN v. Fréquence: 50 / 60 Hz v. Consommation maximale: 2 W v. Plage de mesure de la tension primaire VPN: v. Température ambiante d’utilisation: 90 à 265 Vrms - 10…. + 55 °C v. Précisions ( à T = 25 °C): Tension VPN: 1, 5 % Energie active: 1% (classe 1: norme CEI 62053 -21) Energie réactive: 3% (classe 3: norme CEI 62053 -23 ) v. Alimentation automatique sur ligne d’alimentation v. Masse: Manosque les Iscles 400 g v. Indice de protection: SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE IP 2 X
Les Capteurs de courant Les compteurs EMN sont équipés de deux types de capteurs de courant LEM : v. Capteur de type CT(ou split core CT): Technologie Fluxgate v. Capteur à bobine de Rogowski (ou capteur LEM Flex) Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Capteurs de courant LEM de type CT Technologie dite « Fluxgate » : v. Bobinage primaire (NP spires) commun aux deux tores v. Deux tores T 1 et T 2 (bobinage secondaire NS) v. T 1 et T 2 = enroulement de compensation de flux vcourant de sortie : IS = IP x NP/NS Manosque les Iscles sortie en tension SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Caractéristiques capteurs de courant LEM CT • Imax mesurable: 150 A • Courant nominal primaire (IPN): • Plage de mesure de IPN: 5 A / 20 A 50 A / 100 A 10 % …. 120 % x IPN • Excellente Précision typique: 0, 1 % • Bande Passante élevée (500 k. Hz) • Temps de retard extrêmement court • Bonne tenue aux surcharges (ex: >>15 k. A pendant 150 ms pour IN = 1 A pour le CT 1 -S) • Sortie protégée contre les courts-circuits • Très haut niveau d’isolation et excellentes tenues aux décharges partielles (ex: 50 k. Veff / 50 Hz / 1 min pour le CT 5 -T/SP 3) Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Capteur de courant à bobine de ROGOWSKI capteur flexible LEM Flex Forte impédance Principe: Øune bobine de détection est couplée magnétiquement au flux créé par le courant I. ØUne tension est induite dans la bobine de mesure: E out(t) = L 12 • di(t)/dt Eeff = S 12 • f • Ieff S 12: sensibilité capteur Le signal délivré (fonction de la dérivée du courant primaire I)est traité par un amplificateur intégrateur de précision Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Caractéristiques capteurs de courant à boucle de Rogowski Sert exclusivement à la mesure des courants alternatifs (mono ou tri) ou impulsionnels Large plage de courant: 0 – 10 k. A Bande Passante: 10 Hz – 100 Hz (extension possible à 1 MHz) Temps de retard: 10 – 50 ms Linéarité: ± 0, 2 % image presque parfaite de Ip en régimes permanent et transitoire (pas de saturation, d’hystérésis, et rémanence) Excellente précision: 1 % pour 0, 2. IPassigné < Ip < 10. IPassigné 5 % pour Ip > 200. IPassigné Calibres disponibles actuellement: 200, 500, 1000, 2000 A Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Le Mesh Gate (M. G) Caractéristiques générales: - gére le réseau sans fil - Port de communication : RS 232/485 MODBUS RTU - peut gérer jusqu’à 216 EMN et 30 MN -distance des EMN : 15 m (25 m pour version “ Long Range”) - distance du Mesh Node : 25 m (140 m pour Long Range) -alimentation électrique extérieure -Consommation électrique : 10 m. W (Long Range) Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Le Mesh Node (MN) Caractéristiques générales: - Répéteur - reconnu automatiquement par le Mesh Gate - taille compacte - Alimentation électrique extérieure Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
LE RESEAU DE COMMUNICATION SANS FIL Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Le Wi LEM utilise le réseau sans fil de courte distance Zigbee Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
La technologie Zigbee (ou IEEE 802. 15. 4) Cette norme de transmission de données permet d'obtenir des liaisons sans fil: üDe basse puissance üDe bas débits (250 Kb/s maxi) üDe portée variable (maxi 100 m environ) üÀ bas coûts d’intégration (puce électronique) üet avec une très faible consommation d'énergie La norme intègre la sécurité (algorithme de chiffrement AES 128) Zigbee fonctionne sur les bandes de fréquence de: ü 2, 4 Ghz (bandes du Bluetooth et du Wifi) et sur 16 canaux üdu 866 Mhz (bande libre en Europe) üet du 916 Mhz aux US Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Les Réseaux sans fil Range (m) 1000+ GSM, CDMA, etc. 100 10 802. 11 802. 15. 4 (Zig. Bee) Wi. Fi 802. 11 b BT 1 100 k LAN PAN BT 2 1 M 10 M Data Rate (bps) Manosque les Iscles WAN/ MAN Wi. Fi 5 802. 11 a, g Blue tooth 802. 15. 1 1 10 k Wi. MAX 802. 16, 802. 20 GPRS, 3 G SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE 100 M
Les Réseaux sans fil Comparaison de quelques protocoles sans fil actuels: Protocole Zigbee Bluetooth Wi-Fi IEEE 802. 15. 4 802. 15. 1 802. 11 a/b/g Besoins mémoire 4 -32 Kb 250 Kb + 1 Mb + Autonomie avec pile Années Jours Heures Nombre de nœuds 65 000+ 7 32 Vitesse de transfert 250 Kb/s 1 Mb/s 11 -54 -108 Mb/s Portée 100 m 10 -100 m 300 m Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Caractéristiques du réseau sans fil Pour le Wi LEM on a: v. Bande radio: 2, 4 GHz v. Puissance RF: 1 m. W v. Champ d’application entre EMN et MG ou MN: 20 m v. Champ d’application entre MG et MN: 30 m Chaque EMN et MG est équipé d’un module radio Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Topologies réseaux disponibles v. TOPOLOGIE LINEAIRE: Cheminement simple entre MG, MN et EMN MG MN Câble RS 232 EMN Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE EMN MN
Topologies réseaux disponibles v. TOPOLOGIE STAR (étoile simple): Association d’alimentation faible EMN avec un MG EMN EMN MG EMN Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE EMN
v. TOPOLOGIE STAR MESH (maillé étoilé): Association de fiabilité et de courant faible MN MN MG MN MN MN Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
L’INTERFACE LOGICIEL Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Grandeurs mesurées par l’EMN vÉnergie active vÉnergie réactive par phase vÉnergie apparente v. Somme totale des énergies mesurées v. La fréquence du réseau électrique v. La valeur maximale « de la moyenne, sur 10 périodes, des courants efficaces » par phase v. La valeur minimale « de la moyenne, sur 10 périodes, des tensions RMS » du réseau Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
L’Interface Logiciel Le logiciel peut gérer jusqu’à 50 EMN Mesures disponibles Grandeur affichée Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
L’Interface logiciel durée de l’intervalle d’enregistrement nombre d’éléments (EMN, MN et MG) constitutifs du réseau Identifiants des EMN et du Mesh Gate connectés au réseau sans fil fréquence (mesurée sur la phase 1) Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Affichage des données Identifiant de l’EMN Affichage des données mesurées par intervalles de temps Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
L’Interface logiciel Énergies mesurées par phase Somme des énergies par phase Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
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L’Interface Logiciel Les données mesurées sont stockées dans des fichiers sous format CSV (Comma Separated Values) Identifiant EMN Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
EXPLOITATIONS PEDAGOGIQUES Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Exploitation pédagogique en électrotechnique • Travaux pratiques n° 1: – Objectif: Choix, mise en place du compteur et configuration du Mesh Gate. • Procéder au choix du compteur, • Repérer l’implantation possible du compteur dans l’installation, • Vérifier l’ordre des phases, • Consigner le départ mesuré, Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
• Installer les 3 transformateurs d’intensité, • Raccorder les 3 fils de phases. Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
• Configurer la liaison RS 232 entre Mesh Gate et PC: – Débit, bits de données, parité, bit d’arrêt. • Configurer les compteurs EMN à l’aide du logiciel EMN Monitor: – – Port de communication, Vitesse de transmission, Ajout du ou des compteurs, Calibre des compteurs. Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
• Travaux pratiques n° 2: – Objectif: Exploiter les relevés du compteur. • Calculer le facteur de puissance (compensation éventuelle), • Observer les pointes de courant (délestage éventuel), Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Exploitation pédagogique en Physique Appliquée • Travaux pratiques n° 1: Prise en main d’EXCEL - Conversion de format (csv standard) - Fonctions mathématiques élémentaires - L’outil graphique - Macros… Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Exploitation pédagogique en Physique Appliquée • Travaux pratiques n° 2: Relations énergies / puissances Calculs des puissances actives, réactives et apparentes à partir d’énergies exprimées en Wh, VARh et VAh Théorème de Boucherot Active Energy Sum [Wh] Reactive Energy Sum [VARh] Apparent Energy Sum [VAh] Puissance active (W) Puissance réactive (VAR) 48, 75 103, 94 117, 50 585, 00 1247, 28 46, 75 96, 88 110, 44 561, 00 1162, 56 48, 63 103, 19 116, 94 583, 56 1238, 28 Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Exploitation pédagogique en Physique Appliquée • Travaux pratiques n° 3: facteur de puissance détermination: k=P/S évolution temporelle Puissance apparente (VA) Facteur de puissance charge 1410 0, 414893617 1325, 28 0, 423306773 1403, 28 0, 415854284 1277, 28 0, 418075911 Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Exploitation pédagogique en Physique Appliquée • Travaux pratiques n° 4: réseau triphasé Réflexion sur la notion de déséquilibre Réflexion sur la déformation des courants du réseau Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Exploitation pédagogique en Physique Appliquée • Travaux pratiques n° 5: Etude expérimentale du capteur de courant hystérésis rapport de transformation caractéristiques Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Yannick TOURNIAIRE Génie Electrique Merci de votre écoute ! Abdoulaye NDIAYE Physique Appliquée Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
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