Caractérisation et amélioration d'un système de mesures de consommation électrique résidentielle

Levasseur, Marc-André (2013). Caractérisation et amélioration d'un système de mesures de consommation électrique résidentielle. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Dans ce mémoire, la description et la caractérisation d’un système de mesure de la consommation électrique résidentielle sont faites, de même que l’explication d’améliorations qui ont été apportées à ce système.

Le système consiste en un réseau de capteurs à effet Hall sans-fils qui mesurent la valeur du courant circulant dans le fil auquel ils sont rattachés. Ces capteurs sont installés directement dans le panneau électrique de la maison à la sortie de chacun des disjoncteurs. Les capteurs échantillonnent le signal électrique à une fréquence de 3,08 Hz. Ils communiquent ensuite les 18 dernières mesures à l’unité centrale de traitement (UCT), située à proximité, à l’aide du protocole de communication IEEE 802.15.4. Cette UCT agrège les données reçues, calcule leur valeur RMS et transmet ces données sur Internet. Informer l’usager de la consommation d’énergie de chacun de ses appareils lui permet d’apporter des modifications à ses habitudes de vie afin de réduire sa consommation et son impact environnemental.

En raison de variations importantes sur les mesures lors de changement d’orientation des capteurs, un blindage magnétique a été développé. Ce blindage a réduit de plus de 50% les variations des mesures lors de rotations des capteurs.

Pour caractériser les capteurs, les tests suivants ont été effectués : évaluation de l’écart-type des mesures du courant, impact du calibre de fil, possibilité d’une seule calibration pour tous les capteurs, impact de la proximité du disjoncteur, impact lors de rotations du capteur dans le panneau électrique, sensibilité des capteurs à la proximité d’un autre fil chargé et diminution de la puissance reçue en fonction de la distance entre les capteurs et l’UCT. Les résultats suivants ont été observés. Chaque capteur doit être calibré individuellement en raison de grandes disparités entre eux. Les mesures des capteurs ont un écart-type moyen de 4,72%. Les capteurs calibrés pour un calibre AWG 14 peuvent être utilisés pour des calibres 10 et 12, mais pour les fils de plus gros calibre, la calibration doit être faite directement sur le fil. Une augmentation de 5,8% des valeurs lues a été observée lorsque la distance entre le capteur et le disjoncteur passe de 1 à 4 cm. Pour une rotation de 180 ◦ autour du fil, une variation moyenne de 3,55% a été mesurée. Enfin, la portée des communications sans-fils entre les capteurs et l’UCT fut évaluée à une distance de 1 m lorsque les capteurs sont installés dans un boîtier métallique fermé.

Titre traduit

Characterization and improvement of a residential electricity consumption monitoring system

Résumé traduit

In this thesis, the description and characterization of a monitoring system for residential electricity consumption are presented as well as an explanation of improvements that were made to the system.

The system consists of a network of wireless Hall effect sensors which measure the value of the current flowing in the wire to which they are attached. These sensors are installed directly in the electrical panel of the house at the output of each circuit breaker. The sensors sample the electrical signal at a frequency of 3,08 Hz. They then communicate the last 18 measurements to a central processing unit (CPU), located nearby, with the communication protocol IEEE 802.15.4. This CPU aggregates the received data, calculates their RMS value and transmits the data over the Internet. Informing the user of the energy consumption of each of his devices allows him to make changes to his lifestyle in order to reduce his consumption and his environmental impact.

Due to significant variations on the measurements when changing the orientation of the sensors, a magnetic shield has been developed. This shield has reduced by more than 50% the variations in measurements during a rotation of the sensor.

To characterize the sensors, the following tests were performed : evaluation of the standard deviation, impact of the wire gauge, possibility of a single calibration for all sensors, impact of the proximity of the circuit breaker, impact of a rotation of the sensor in the electrical panel, sensitivity to the proximity of another charged wire and reduction of the received power as a function of the distance between the sensors and the CPU. The following results were observed. Each sensor must be calibrated individually due to large differences between each sensor. The measurements of the sensors have an average standard deviation of 4,72%. Sensors calibrated for AWG 14 can be used for sizes 10 and 12, but for the wires of gauge 6 and 8, the calibration must be made directly on the wire. An increase of 5,8% of the readings was observed when the distance between the sensor and the circuit breaker changes from 1 to 4 cm. For a rotation of 180 ◦ around the wire, an average variation of 3,55% was measured. Finally, the range of the wireless communications between the sensors and the CPU was evaluated to a distance of 1 m when the sensors are installed in a closed metal housing.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie électrique". Bibliographie : pages 71-72.
Mots-clés libres:	Électricité Consommation. Capteurs. Transmission sans fil. mumétal, résidentiel, capteur à effet Hall, communication sans-fil, mesure de la consommation électrique
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Gagnon, Ghyslain
Codirecteur:	Codirecteur Gagnon, François
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt:	21 nov. 2013 18:43
Dernière modification:	10 mars 2017 02:36
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1220

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