OA17777A - Energimètre pour la mesure de l'électricité distribuée - Google Patents

Abstract

L'invention est un dispositif pour mesurer, à la source et de façon précise, la quantité d'énergie distribuée aux clients dans un secteur donné. Ce dispositif est composé de : - borniers (1) prévus pour recevoir les tensions et courants nécessaires pour effectuer les mesures d'énergies et calculer paramètres d'opération en temps réel. - capteurs de courants (3), dénommés CTs (pour current transformers); servent à rendre les mesures compatibles avec l'électronique moderne. Détecteurs de tensions (4) et les détecteurs de courants (5) déterminent les valeurs numériques des tensions et courants circulant sur les lignes de distribution en temps réel. - Contrôleur (8) est responsable des calculs, il s'occupe de l'affichage des paramètres aux fins de validation ou vérification par les utilisateurs agréés. - Une interface de communication (11) permet le transfert des mesures, stockées dans les registres, à l'extérieur de l'énergimètre. l'interface de la partie 2 (11 à 18) occupe les fonctions de stockage des mesures et de communications entre l'énergimètre et le matériel de télémesures. - le système de télémesures (31 à 35) permet au serveur central de récupérer les enregistrements (logs) stockés dans la mémoire permanente de l'Interface (14). - Une caméra de surveillance (25) permet d'examiner, à distance, l'environnement immédiat du transformateur.

Description

DESCRIPTION DE L’INVENTION

Energimètre pour la mesure de l'électricité distribuée

Le présent système et méthodes de mesures concernent la gestion efficace d'un réseau de distribution électrique, de type traditionnel ou associé à un « smartgrid » (réseau intelligent qui utilise les technologies informatiques); afin d'optimiser l'efficacité énergétique, la rentabilité du distributeur d'énergie et l'équité dans la chaîne « du fournisseur de services au consommateur ».

Un compteur électrique est un organe électrotechnique servant à mesurer la quantité d'énergie électrique consommée dans un lieu : habitation, industrie... Il est utilisé par les fournisseurs d'électricité afin de facturer la consommation d'énergie au client. A l'origine, ces appareils étaient de conception électromécanique, ils sont remplacés dorénavant par des modèles électroniques. Les nouvelles versions de compteurs électriques sont des compteurs communicants appelés parfois compteur intelligents.

Les compteurs apparaissent dès la naissance de la distribution électrique dans les années 1880. Différentes technologies furent explorées.

Thomas Edison, partisan de la distribution du courant continu, utilisa, dans un premier temps, un compteur électrolytique (Cu/CuS et, ensuite, Zn/ZnS), le dépôt métallique étant proportionnel au courant ayant parcouru le circuit (une dérivation du circuit principal). Les électrodes étaient collectées et pesées dans les laboratoires de la société productrice (par exemple, la Pearl Street Station) une fois par mois. Lawrie-Hall mirent au point une version modifiée utilisable avec du courant alternatif en 1887.

Le premier spécimen de compteur d'énergie électrique pour le courant alternatif fut présenté à la foire de Francfort à l'automne 1889 par les Compagnies Ganz sur la base d'un brevet de l'ingénieur hongrois Otto Blâthy. Il fut commercialisé à la fin de la même année et connu sous le nom de Blâthy-meters.

En 1894, Oliver Shallenberger de la compagnie Westinghouse Electric parvient à utiliser le principe de l'induction jusqu'alors seulement utilisé pour construire des ampère-heure-mètres

pour produire un wattheure-mètre à l'aide d'un disque dont la vitesse de rotation est proportionnelle à la puissance consommée.

Dans les compteurs électromécaniques du xxe siècle, le comptage de l'énergie s'effectue en comptant le nombre de rotations d'un disque animé par des courants de Foucault.

On distingue différents types de compteurs

Compteurs classiques électromécaniques

Ce sont les plus anciens compteurs. On les reconnaît à leur disque qui tourne proportionnellement à l'énergie consommée. Ils se fixent à l'aide de trois points d’attache. Leur intérêt est leur grande robustesse et leur facilité d’installation. Les compteurs que l’on trouve principalement sur le marché sont des compteurs rénovés.

Compteurs électroniques

Le système de comptage est électronique et ils sont souvent moins encombrants que les compteurs classiques. Le fonctionnement se fait à l'aide d'un shunt. La tension mesurée aux bornes de ce shunt est proportionnelle à l'intensité qui le traverse. Ils peuvent être à affichage mécanique ou LCD (numérique). Ces compteurs sont plus sensibles aux surintensités et surtensions, et tout particulièrement à la foudre.

Compteurs modulaires

Les compteurs électriques modulaires ont un système de mesure électronique. Ils ont l’intérêt d’être peu encombrants. Ils sont également faciles d’installation car ils se montent sur un rail DIN. L'affichage peut être mécanique ou LCD (numérique).

Compteurs de type central de mesure

Une centrale de mesure donne généralement plus d'informations qu'un simple compteur électrique. Elle donne généralement la tension, l’intensité mais mesure également les harmoniques. Elle a souvent de la mémoire pour enregistrer ces grandeurs.

Compteur électrique communicant

Les compteurs électriques communicants (parfois appelés intelligents) sont la dernière génération de compteurs. Les principales caractéristiques de ces compteurs sont de pouvoir communiquer et donc de pouvoir être relevés, coupés et remis en route à distance.

La grande majorité des pays en développement utilisent encore des compteurs électriques traditionnels; mais les problèmes économiques peuvent pousser les consommateurs à falsifier les compteurs, à détourner des circuits électriques ou à recourir à de la malversation; afin de réduire leur facture énergétique.

L’une des techniques employée consistait à accéder à l’interface de diagnostic du compteur, à l’aide d’un convertisseur optique branché à un ordinateur; lequel permettait de modifier les réglages et paramètres de lecture.

Une autre pratique courante dans les pays en développement est le « captage direct de l'électricité » :

il s'agit de raccordements directs sur les lignes de distribution; que ce soit sur les lignes aériennes ou les câbles enfouis sous terre. Cette pratique présente de très graves dangers, et nombre de gens en meurent par électrocution.

La présente invention a pour but de produire un dispositif pour mesurer, à la source et de façon précise, la quantité d'énergie distribuée aux clients dans un secteur donné et d’evaluer les pertes non techniques.

Conformément à l’invention, ce but est atteint avec un dispositif composé de :

borniers prévus pour recevoir les tensions et courants nécessaires pour effectuer les mesures d'énergies et paramètres d'opération en temps réel.

capteurs de courants, dénommés CTs (pour Current Transformers); servent à rendre les mesures compatibles avec l'électronique moderne.

Détecteurs de tensions et les Détecteurs de courants déterminent les valeurs numériques des tensions et courants circulant sur les lignes de distribution en temps réel.

contrôleur est responsable des calculs, il s'occupe de l'affichage des paramètres aux fins de validation ou vérification par les utilisateurs agréés; principalement lors des tests de fonctionnement, avant ou pendant la mise-en-service.

Une interface de communication permet le transfert des mesures, stockées dans les registres, à l'extérieur de l'énergimètre.

l'interface qui occupe les fonctions de stockage et de communications entre l'énergimètre et le matériel de télémesures.

le système de télémesures qui permet au serveur central de récupérer les enregistrements (logs) stockés dans la mémoire permanente de l'interface.

Une caméra de surveillance permet d'examiner, à distance, l'environnement immédiat du transformateur.

Les capteurs de technologie « sans-fil » permettent d'ajouter très facilement une périphérie sécurisée autour de la zone à protéger.

Afin de quantifier et contrôler le vol d'électricité, un « énergimètre intelligent » a été développé pour effectuer des « mesures de l'énergie électrique distribuée » aux utilisateurs, L'énergimètre est installé dans chaque unité de distribution de l'énergie (UDE) : typiquement l'UDE est un transformateur de distribution, tel qu'installé dans les zones résidentielles, commerciales ou industrielles par le fournisseur d'énergie.

Le but est de déterminer exactement la quantité d'énergie livrée aux clients ; ainsi que sa qualité : globalement indiquée par le facteur de puissance. Un comparatif avec le système de facturation permet d'évaluer l'ampleur des pertes encourues : ces « Pertes Non-Techniques » sont désignées sous le vocable NTL (Non Technical Losses). Ces énergimètres seront préférentiellement installés aux endroits les plus problématiques, en vue d'analyses permettant d'y apporter les correctifs appropriés.

Un serveur est maintenu à disposition du système de mesures du côté du fournisseur de service. Tant les compteurs de terrain conformes à l’invention, que le serveur sont équipées de modules de communications qui permettent les transferts bidirectionnels de données; à l'aide d'infrastructures existantes (généralement en sans-fil, tel que GSM ou WiFi).

Energimètre pour la mesure de l'électricité distribuée, conformement à l’invention présente les avantages suivants :

Diminution des Pertes Non-Techniques (NTL) :

Les compteurs traditionnels n'indiquent qu'un seul paramètre, « l'énergie réelle (kWh) » : c’est le seul paramètre utilisé pour la facturation. L'énergie réelle (kWh), telle que livrée par le transformateur, devient donc le facteur de référence pour l'évaluation des pertes NTL; par comparaison à la somme des énergies relevées aux compteurs et facturées aux clients.

De nombreux autres paramètres sont disponibles pour effectuer une gestion plus fine des diverses composantes du réseau électrique.

Amélioration du Facteur de puissance (FP) :

Le facteur de puissance est une façon de décrire « l'efficacité de l'énergie électrique consommée » :

• la puissance utile (kW) est la puissance requise pour réaliser une tâche à accomplir (ex. éclairer) • la puissance réactive (kVAR) est principalement générée par les moteurs électriques :

la consommation de puissance réactive ne contribue pas à la réalisation d'une tâche.

Un « mauvais facteur de puissance » a des implications négatives :

• entre autres, il augmente la consommation de courant pour effectuer une même tâche, • il provoque des pertes au niveau des transformateurs et autres appareils réduisant ainsi l'efficacité énergétique ;

• et cela peut réduire l'espérance de vie des équipements électriques dans des cas extrêmes.

Équipements : vie utile prolongée

La connaissance du facteur de puissance et l'introduction de correctifs appropriés apporte des bénéfices importants :

• Prolonge la vie des équipements électriques.

• Aide à éviter les chutes de tension sur les câbles longs • Réduit les pertes d'efficacité dans les transformateurs de distribution.

• Augmente la capacité effective du réseau local d'électricité ; ce qui permet d'augmenter les clients desservis avec la même infrastructure • Permet potentiellement de reporter les investissements dans l'infrastructure électrique existante.

Améliorations globales

Globalement, une meilleure gestion du réseau apporte de multiples améliorations pour le fournisseur et les clients:

• Amélioration de la fiabilité • Amélioration de l'efficacité · Améliorations économiques • Améliorations environnementales

En outre, l'énergimètre conforme à l’invention représente une innovation importante qui se distingue par les éléments suivants :

• Une façon économique de mesurer la performance du réseau existant, avec des investissements relativement modestes, de par l'ajout d'un seul énergimètre par « source d'énergie », • Une façon fiable de mesurer la « vraie valeur » de l'énergie électrique livrée sur le réseau de distribution.

• Une façon fiable de mesurer la « vraie valeur » des pertes NTL encourues sur ce même réseau • Tout en offrant une connaissance du fonctionnement réel du réseau;

• Il permet de faire facilement un audit chez les grands consommateurs d'énergie pour y apporter les correctifs nécessaires, le cas échéant.

• Il permet aux fournisseurs de services de mieux répartir « l'énergie livrable » aux consommateurs • Il permet aux fournisseurs de répartir leurs investissements dans le développement des infrastructures de distribution.

« »

L invention est décrite selon les schémas joints à cet effet, pour lesquels :

La partie 1 représente les branchements et fonctions effectuées par l'énergimètre destiné à mesurer un système de distribution en triphasé.

La partie 2 montre l'interface qui occupe les fonctions de stockage et de communications entre l'énergimètre (partie 1) et le matériel de télémesures (partie 3).

La partie 3 illustre le système de télémesures qui permet au serveur central de récupérer les enregistrements (logs) stockés dans la mémoire permanente (14) de l'interface.

La partie 4 illustre un ajout intéressant (en option) dans le cas où le système doit être protégé des attaques physiques; tel que vécu dans certains pays en périodes de crise ou lorsque les prix des métaux augmentent substantiellement.

La partie 5 illustre le processus de télétransmission des données.

La partie 6 illustre une (parmi les nombreuses) interprétation, en mode biphasé, de trois paramètres soit les courants, les tensions et l'énergie en fonction du temps.

La partie 1 : Le module wattmètre de l'énergimètre mesure essentiellement les tensions, courants, puissances (kW, kVAR, kVA) et les énergies (kWh, kVAh, kVARh).

La partie 2 : le module d'interface (11;12;13;14;15;16;17 et 18) effectue le stockage des mesures et assure la télétransmission des mesures stockées vers le serveur central. (Wifi \RF...). (21;22;23 et 24)

La partie 4: en ce qui concerne la sécurisation physique du système il est prévu l'ajout d'un système de vidéosurveillance accompagné de capteurs de détection d'intrusions ; afin d'alerter rapidement les opérateurs du Central. (25;26;27 et 28).

La partie 5: pour la sécurité informatique, un tunnel VPN est crée (à l'aide des routeurs 33 et 34); entre les équipements éloignés (EMED: 35) et le serveur central (31). Ce tunel permet d'assurer la confidentialité et l'intégrité des transferts de données. Le switch (32) permet l'interconnexion du serveur central (31) avec tous les autres appareils du réseau de élémesures.. La partie 6 : normalement, les données sont transmises dans le « format universel CSV » (format Excel) ; pour faciliter la récupération et l'interprétation des enregistrements effectués sur le terrain.

D'autres formats seront disponibles; selon les besoins exprimés par les futurs clients.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS

   1- Energimètre pour la mesure de l'électricité distribuée, caractérisé en ce qu'il est composé de : borniers (1), capteurs de courants (3), détecteurs (4 et 5), contrôleur (8), interface de

   5 communication (11), système de télémesures (31 à 35), caméra de surveillance (25) et permet de mesurer avec précision la quantité d’énergie distribuée et d’évaluer les pertes non techniques.
2. 2- Energimètre pour la mesure de l'électricité distribuée, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les borniers (1) servent à recevoir les tensions et courants nécessaires pour îo effectuer les mesures d'énergies et paramètres d'opération en temps réel.
3. 3- Energimètre pour la mesure de l'électricité distribuée, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les capteurs de tension (4) et de courants (5), dénommés CTs (pour Current Transformers) servent à rendre les mesures compatibles avec l'électronique moderne.
4. 4- Energimètre pour la mesure de l'électricité distribuée, selon la revendication 1, caractérisé 15 en ce que les détecteurs de tensions (4) et les détecteurs de courants (5) déterminent les valeurs numériques des tensions et courants circulant en temps réel sur les lignes de distribution.
5. 5- Energimètre pour la mesure de l'électricité distribuée, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contrôleur (8) est responsable des calculs, il s'occupe de l'affichage des

   20 paramètres aux fins de validation ou vérification par les utilisateurs agréés; principalement lors des tests de fonctionnement, avant ou pendant la mise-en-service.
6. 6- Energimètre pour la mesure de l'électricité distribuée, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’interface de communication (11) permet le transfert des mesures, stockées dans les registres, à l'extérieur de l'énergimètre.

   25
7. 7- Energimètre pour la mesure de l'électricité distribuée, selon les revendications 1 et 6, caractérisé en ce que l'interface occupe les fonctions de stockage et de communications entre l'énergimètre et le matériel de télémesures.
8. 8- Energimètre pour la mesure de l'électricité distribuée, selon les revendications 1, 7, caractérisé en ce que le système de télémesures permet au serveur central de récupérer les enregistrements (logs) stockés dans la mémoire permanente de l'interface,
9. 9- Energimètre pour la mesure de l'électricité distribuée, selon les revendications 1 et 3, 5 caractérisé en ce que les capteurs de technologie « sans-fil » permettent d'ajouter très facilement une périphérie sécurisée autour de la zone à protéger.