EDRT: Mesure des Consommations Electriques

Mesure des consommations
Nom			Mesure des consommations
Famille			EDRT2
Wiki créé le			18/12/2018
Wiki mis à jour le			__/__/____
Auteur			Franck102

Cet article donne un aperçu pratique des stratégies disponibles pour mesurer vos consommations électriques avec l'EDRT.

De quelle puissance parlons nous?

Dans le cadre de cet article, nous nous intéresserons uniquement à la puissance qui vous est facturée par votre fournisseur.

En courant alternatif il existe plusieurs sortes de puissances, et de très bonnes pages sur internet qui expliquent tout ça dans le détail.

Pour gérer nos consommations les seules qui nous intéressent sont:

• la puissance apparente, qui est la puissance que votre fournisseur injecte dans vos circuits - notée Papp dans la suite de l'article
• la puissance active, qui est la part de la puissance apparente qu'un de vos appareils utilise pour faire son travail - notée Pact dans la suite de l'article

Si vous êtes un particulier, votre fournisseur vous facture la puissance active consommée (même si vous avez un Linky malgré ce qu'on peut lire ici ou là); la différence avec la puissance apparente est une perte pour lui, due aux propriétés électriques de certains appareils (moteurs, alims à découpage, LEDs...). Notez que la chaleur dissipée par un moteur ou une lampe à incandescence c'est de la puissance active facturée, même si le but n'était pas d'avoir un mini-convecteur: l'appareil a (mal) utilisé la puissance en question.

J'ai mentionné la puissance apparente pour deux raisons:

• la téléinformation du Linky retourne la puissance apparente instantanée, mais pas la puissance active instantanée: les valeurs instantanées d'un sous-poste associé à la TIC ne correspondent donc pas à votre consommation instantanée, elles sont des puissances apparentes
• la puissance apparente est souvent plus facile à mesurer que la puissance active, comme on le verra plus loin.

Le rapport entre puissance apparente et puissance active s'appelle le facteur de puissance (noté FP à partir d'ici).

Une résistance a un facteur de puissance de 1, c.à.d. Papp = Pact: c'est le cas d'un cumulus ou d'un convecteur électrique. On avait coutume de dire que les installations domestiques avaient en moyenne un facteur de puissance de 0,8 - mais c'était du temps des chauffages électriques, avant l'explosion de l'électronique et de ses alims à découpage ou des rampes de LED. Difficile donc d'ignorer ce paramètre, voici quelques ordres de grandeur typiques:

• Cumulus, convecteur électrique: FP = 1
• Néons: FP = 0,5 - 0,7
• Frigo: FP = 0,3 - 0,8
• Moteur asynchrone: 0,7 - 0,8
• Plaque à induction en veille: 0,1 - 0,2. En marche: 0,8 - 0,8

Vous entendrez parfois parler de cos Φ: cela correspond simplement à une méthode pour calculer le facteur de puissance dans le cas bien particulier d'une tension et d'un courant purement sinusoïdal. Donc c'est la même chose, sauf si vous êtes en train de choisir un wattmètre ou un compteur, dans ce cas méfiance, assurez-vous qu'il gère correctement les courants non sinusoïdaux (e.g. alims à découpage, LEDs...)

En résumé:

• Papp = Pact + pertes
• Papp / Pact = facteur de puissance
• Pact * temps = facture d'électricité :)

Comment mesurer les puissances

En fait on ne mesure jamais directement la puissance: on mesure la tension (U) et le courant (I), et la loi d'ohm nous dit que la puissance est le produit des deux: P = UI. C'est assez simple donc... sauf qu'en courant alternatif, U et I changent à toute vitesse en permanence, en changeant même de signe 50 fois par seconde. Du coup pour mesurer la puissance active, facturée par EDF, il faut mesurer U et I le plus souvent possible (genre plusieurs millier de fois par seconde), exactement en même temps, multiplier ces valeurs instantanées et additionner le tout pour avoir une valeur approximative. C'est exactement ce que fait le compteur de votre distributeur: Pact = Sum(Ut * It)

Pour avoir la puissance apparente c'est un peu plus facile: sachant à quoi ressemblent les courbes de U et de I (par exemple une sinusoide qui varie entre -325 et +325V pour la tension secteur) on peut déterminer une valeur "efficace" qui ne change pas (par exemple 230V efficace pour le secteur) - qui correspond en gros à la tension équivalente en courant continu. La puissance apparente est le produit de ces 2 valeurs efficaces:

 Papp = Ueff * Ieff

Le problème de la puissance apparente c'est qu'elle n'a souvent pas grand chose à voir avec la puissance active, facturée. Un réfrigérateur peut avoir un facteur de puissance de 0.3, quand sa puissance apparente est de 150W votre fournisseur ne facturera en fait que 50W.

Mesurer la puissance active n'est pas simple: il faut une image précise en temps réel de la tension et du courant, sans décalage, et il faut faire des conversions analogique/digitale à grande fréquence, avec une bonne précision: dans la pratique cela demande soit un processeur et un convertisseur ADC dédiés, soit même un circuit intégré specialisé. Un raccourci couramment employé consiste à estimer la puissance active en supposant que la tension et l'intensité suivent des courbes sinusoïdales: dans ce cas particuler on peut calculer la puissance active en connaissant simplement le déphasage entre courant et tension (le fameux cos Φ)... seulement si cette méthode marche bien pour certains appareils (moteur asynchrone par exemple), elle ne marche pas du tout avec nos appareils de plus en plus truffés d'électronique: rampes de LEDs, alims de PC, electroménager en veille.

Autre chose à garder en mémoire pour les installations triphasées: le calcul de la puissance active (en échantillonant ou en utilisant le cos Φ) demande de connaître précisément le déphasage entre tension et courant - et dans une installation triphasée les trois phases sont décalées de 120 degrés: si l'appareil mesure la tension sur une phase et le courant sur une autre on obtient n'importe quoi.

En pratique

Sachant tout cela, quelques recommandations pour analyser et suivre les consommations de vos appareils avec l'EDRT2. Commencez par bien lire la documentation, ce qui suit ne la remplace en rien :)

Utilisation des tores

L'intérêt principal des tores c'est qu'ils sont relativement faciles à mettre en place, et qu'ils donnent une image instantanée de la puissance d'un circuit: très utile donc pour trouver rapidement quel circuit est en train de faire exploser la consommation, ou pour détecter les consommations de fond des appareils qu'on croyait éteints ou en veille.

Les tores peuvent aussi donner une mesure raisonnablement précise de la consommation de certains appareils, ceux dont la charge est purement résistive (c.à.d. que leur facteur de puissance est proche de 1): cumulus, grille-pain, convecteur électrique, four, plaques de cuisson (hors mode veille).

En revanche pour suivre au cours du temps la consommation de nombreux appareils (machines à laver, lave vaisselle, VMC, ordis...) ils ne sont pas l'outil le mieux adapté. Même en sélectionant l'option "facteur de puissance" dans la configuration du tore vous obtiendrez au mieux des valeurs très approximatives, au pire des valeurs complètement fantaisistes. Il n'y a pas de miracles, l'EDRT2 est un couteau suisse avec pleins de cordes à son arc, mais pour mesurer correctement les puissances actives il faut des circuits specifiques qu'on ne trouve que dans des instruments dédiés à ce problème.

Notez aussi que je ne sais pas s'il est très légal d'avoir des tores installés à demeure dans votre tableau... par prudence il vaut peut-être mieux demander à votre électricien.

Un petit truc à confirmer avec GCE: je pense qu'il vaut mieux éteindre l'EDRT2 avant de toucher aux tores, pour éviter de se retrouver avec des valeurs aberrantes impossibles à purger dans l'historique (e.g. négatives ou plusieurs milliers de kWh). Cela pourrait bien venir de pics de tensions sur l'entrée tore au moment du branchement / débranchement ou de l'ouverture/fermeture du tore... à confirmer.

En triphasé vous ne pouvez mettre des tores que sur la phase qui alimente l'EDRT2: pour mesurer les autres phases il faudra changer la phase qui alimente l'EDRT2, assez facile si vous avez prévu le coup avec les borniers qui vont bien.

Les compteurs de puissance

Pour le suivi des consommations sur le long terme, rien ne vaut un petit compteur auxiliaire qu'on installe à demeure sur le ou les circuits à mesurer. On trouve (sur le site de GCE entre autre) des versions monophasées rail DIN 1 module pour moins de 10€ (bien vérifier le marquage CE), et des compteurs triphasés (3-4 modules) pour environ 40€. Ces compteurs sont en ligne dans le circuit et utilisent des composants dédiés, du coup même les moins cher ont une précision tout à fait suffisante.

Pour les interfacer facilement avec l'EDRT2, choisir les modèles qui possèdent une sortie "s0" (pulse output): il suffit alors de brancher cette sortie sur une entrée digitale de l'EDRT2 pour avoir un compteur EDRT fiable. [NB: question pour GCE, selon l'architecture interne des entrées digitales il peut être prudent de découpler avec un optocoupleur, certains compteurs pourraient avoir le neutre connecté sur S0]. Les mots clés pour vos recherches: energy meter din rail s0. La série SDM120 est populaire mais il y a d'autres choix.

Si vous voulez mettre plusieurs circuits sur un seul compteur, attention: vous allez probablement devoir mettre le compteur entre l'interrupteur différentiel qui est commun aux disjoncteurs des circuits, et ces disjoncteurs. Il faut donc prévoir un compteur et des câbles qui supportent l'intensité de coupure dudit différentiel (ou du prochain disjoncteur en amont). Donc par exemple si vous avez un disjoncteur différentiel 40A qui protège trois circuits lumière qui ont chacun leur disjoncteur 16A, il faudra un compteur qui supporte 40A (+ marge de sécurité...) et le câble adapté.

Les compteurs de temps

Dans beaucoup de cas le moyen le plus simple pour suivre la consommation d'un appareil c'est simplement de mesurer son temps de marche. Si l'appareil a une consommation constante (cumulus de base, VMC...) il suffit de mesurer précisément sa consommation une seule fois (wattmètre, compteur EDF au bout de 15mn...), puis de suivre dans EDRT2 le temps de marche de l'appareil.

Pour cela un simple relais qu'on ferme quand l'appareil démarre, et un compteur temporel dans EDRT2 et le tour est joué... pour les détails regardez les sujets sur le suivi de consommation de fioul sur le forum.

Notez que cette approche marche très bien avec les appareils triphasés: du moment que le relais (branché sur une des trois phases) reflète le temps de marche, le compteur sera juste.