AutoGroundDesign

AUTOGROUND DESIGN est un outil entièrement automatisé capable d’analyser et concevoir des systèmes de mise à la terre, sans l’intervention de l’utilisateur entre les différentes phase de conception.

Cette nouvelle suites offre des fonctions puissantes et intelligentes pour aider les ingénieurs dans leur conception, rapidement et efficacement. La base de données est le point de départ de la conception et couvrent la plus part des grilles qui sont rencontrées dans la pratique. Puis, la conception initiale est raffinée récursivement en utilisant les techniques de bases et les algorithmes pour améliorer ses performances et rencontrer les contraintes sécuritaires, tout en réduisant le coût global de la grille. Une multitude de grilles prédéfinies ont été analysées, construites et peuvent être facilement mises à jour par l'utilisateur. Une stratégie à été divisée pour trouver rapidement une grille approprié, tout en minimisant la taille de la base de données. Le temps imparti à la conception de la grille de mise à la terre est minimisé par l’utilisation des techniques d’automatisation et des bases de données appropriées.

1. Introduction

La conception des systèmes de mise à la terre est souvent basée sur des directives dérivées de l’expérience. C'est fréquemment un procédé d'épreuve-et-erreur et peut prendre tout à fait du temps, puisqu'il est trop difficile d’expliquer le grand nombre de variables(dimensions géométriques de la grille, sa profondeur, la nature du sol et le grille des conducteurs, si des tiges sont rattachées ou non à la grille, etc…) qui peuvent être la performance de la grille. L'objectif final d'AutoGroundDesign est d'employer une base de données et une méthode de conception au sol automatisée basée sur les règles de système pour répondre à des exigences de conception (telles que l'élévation, la tension de contact, la tension d'étape, et les limites potentielles au sol de résistance de la terre), données la structure de sol, des dimensions du secteur de grille, des caractéristiques des conducteurs, configuration de la grille, et courant de défaut déchargé par la grille.

2. Caractéristiques

AutoGroundDesign possède les caractéristiques suivantes :

• Génère un système de mise à la terre basé sur une description simple du site de la sous-station. Les conditions de saisie des données sont réduites au minimum : les mise en forme de l’environnement, la donnée du sol, la zone de grille de mise à la terre, le courant de défaut dans la grille, données de sécurité et les paramètres automatisés de conception et des contrôles.
• Les modèles des systèmes de mise à la terre et l’évaluation de leurs performance ; il est convenu d’analyser et de concevoir une grille de mise à la terre aussi long que les impédances des conducteurs de mise à la terre peuvent être négligés.
• Analyse et conçoit des grilles rectangulaires de mise à la terre, composées de conducteurs enterrés horizontales et verticales dans les sols uniformes et multi-couches.
• Permet la réalisation d’études avec s’appuyant sur plusieurs procédures, tel que les méthodes Automatique, Midpoint, linéaire et définies par l’utilisateur. Ces procédures spécifieront les performance et les progressions des processus de conception automatisé, et utilise des bases de données de grilles de mise à la terre, algorithmes et techniques efficaces de recherche, et critères et contraintes écrits par l'utilisateur plus efficacement.
• Permet aux utilisateurs de préciser si les tiges de mise à la terre sont utilisés dans la conception de la grille finale. Permet également de définir les caractéristiques de cette tige de mise à la terre.
• Calcule les potentiels de terre avec prise de mesures à différents endroits sur le sol. Ces points de mesures sont appelés points d’observation et sont déterminés automatiquement par le programme.
• Offre trois autres modèles d’opérations : L’estimateur, Configuration et modes de prédiction des dimensions qui permet aux utilisateurs de déterminer rapidement la résistance de divers systèmes de mise à la terre(tel que les grilles, les tiges, les électrodes, etc…)ou prédire la taille(dimension) ou la configuration du système de mise à la terre qui rencontre la résistance.

3. Historique de développement

SES implante son premier outil informatique de conception de système de mise à la terre au début des année 1990. Il était composé d’une interface de base(sous DOS) et était appelé AutoGrid. Il était restreint à une grille rectangulaire enterré dans des sol à double couches horizontales et uniformes. Le temps de calcule était l’obstacle principale.

L’évolution de la vitesse des ordinateurs et l’apparition des mémoires haute capacité ont permis de reconsidérer l’implantation du temps de calcule dans les logiciels SES de mise à la terre. Ceci est encore plus pertinent actuellement, depuis que SES a développé une toute nouvelle méthode de conception automatisée, qui permet de réduire considérablement le temps nécessaire à la conception de systèmes enterrés pour différents types de sols.

Par conséquent, SES a décidé de rendre disponible la nouvelle monture d’AutoGroundDesign, qui supporte toute grille enterrée pour des sols multi-couches.

4. Technologies et procédures de conception d’un système de mise à la terre

Considérons un procédé de conception d’un système de mise à la terre traditionnel. Basé sur l’expérimentation et les conditions de liaisons de la sous station, une configuration préliminaire est développée et analysée. Les résultats permettent de définir si les conditions ont été correctement atteintes. Si toutes les conditions de conception n’ont pas été satisfaites, ou si ces conditions sont au delà des attentes, des modifications sont effectuées sur le système et l’analyse est de nouveau exécuté.

Afin d’obtenir un conception optimisée, il est nécessaire de connaître la structure du sol et le courant de défaut circulant dans la sous station. De plus, il est essentiel de connaître les caractéristiques géométriques de la grille :

• Profondeur
• Type de conducteurs de grille
• Tiges de mise à la terre attachées ou non

Les technologies utilisées sont les suivantes :

Dans un premier temps, une grille préliminaire est définie et est issus de la base de données des grilles prédéfinies. Elle est basée sur les données d’entrée fournies :

• Taille
• Caractéristiques géométriques de la grille
• Structure du sol
• Courant de défaut appliqué
• Critéres de sécurité

Ces grilles prédéfinies ont été préalablement analysées et sauvegardées dans la base de données. Cette base de données contient toutes les informations relatives aux grilles pour des modèles de sols uniformes et multi-couches. Cette base de données peut être mise à jour avec les données en cours d’étude.

Dans un second temps, le design initial est automatiquement et dynamiquement raffiné, en faisant varier le nombre de conducteurs horizontale et verticale dans la grille. Ceci permet de vérifier leurs performance et voir si les contraintes de sécurité sont correctement respectées. Notez que dans tout ce processus de conception, un sol « réel » est utilisé. L’analyse et l’évaluation de la sécurité sont effectuées par le module d’analyse de mise à la terre. L’élévation du potentiel de terre(GPR), les tensions de contact et de pas, sont calculées et comparées aux valeurs maximales données par les normes IEEE et IEC, ou par rapport aux limites spécifiées par l’utilisateur. Les conducteurs horizontaux et verticaux sont ajoutés, ou supprimés, en fonction de la valeur GPR, des variations des tensions de contact et de pas, à partir des valeurs sécuritaires souhaités. La méthode utilisé, se base sur des fonctions d’approximations afin de déterminer les nombres de conducteurs qui doivent être ajoutés ou supprimés. Ceci est réalisé à chaque itération. Ces fonctions ont été implantées par l’analyse successive des résultats mémorisés dans la base de données.

L’utilisateur peut, grâce à une fonction manuelle, définir une grille initiale en précisant simplement le nombre de conducteurs le long de la grille et les caractéristiques de ces conducteurs, ainsi que celles des tiges. Le programme redéfini alors automatiquement la grille.

5. Structure de la conception d’un système de mise à la terre

L’outil intègre les modules suivants et possède la structure suivante :

Module central de conception d’un système de mise à la terre

Le noyau et le module de modélisation exploite une interface très simple qui permet à l’utilisateur d’établir rapidement et efficacement un système de mise à la terre. L’objectif de ce module étant de gérer et de coordonnées les données d’entrées, les critères de sécurité et la progression des décisions afin d’obtenir une grille qui réponde aux différentes conditions. Les paramètres contrôlés par ce module sont :

• sélectionner la méthodologie utilisée pour obtenir le design initial des systèmes de mise à la terre.
• Spécifier quelle base de données sera utilisée pour une conception automatique
• Spécifier le nombre max d’itérations

Module d’analyse de mise à la terre

Ce module est pour l’analyse des réseaux de système de puissance de mise à la terre, sujet à des courants de décharges, AC et DC, dans les structures des sols. Il calcule la performance de sécurité de la grille de mise à la terre, en termes de GPR et de tensions de contact et de pas. Lorsque la grille est une structure équipotentielle, si les endroits où sont injectés le courant dans le réseau ne jouent pas un rôle significatif, les impédances longitudinales des conducteurs peut être négligés.

Module d’analyse des sols

Ce module est dédié au développement des modèles équivalent de structure de terre. Ces modèles sont basés sur la résistivité mesurée du sol. Il peut générer des modèles avec plusieurs couches horizontales(également verticale) et des modèles à couches exponentielles.

Module d’analyse du courant de distribution

Ce module calcule le courant de distribution de défaut de plusieurs, bornes, lignes de transmission et de distribution, en utilisant un minimum d’information et de données sur le réseau. Il fournit la circulation du courant dans la grille de mise à la terre, ainsi que les courants dans les câbles de protection, dans les gaines de câbles et les structures des tours. Les impédances mutuel et propre, des câbles de protection et des gaines de câbles sont également calculées et sont disponibles.

Module de sécurité

Ce module génère les valeurs limites de sécurité, basées sur la normes IEEE 80, IEC 479 et sur les valeurs des utilisateurs, ou bien encore basé sur une combinaison de ces normes. Les limites de tension de sécurité calculées sont utilisées pour la prise de décision concernant l’arrêt ou la poursuite de la procédure. Les paramètres, pour déterminer les limites des tensions sécurisées, sont :

• temps d’effacement de défaut
• couche couvrant la surface de la terre
• épaisseur couvrant la surface de la terre
• résistivité de la sous surface équivalente
• résistance du pied et résistance de objets portés :gants, bottes
• méthode de calcul de la limite du courant de fibrilation

Vues, tracés et rapports

Un module de CAO est utilisé pour visualiser et/ou éditer les grilles 3D de mise à la terre composées de segments de lignes. Ces segments représentent soit les conducteurs métallique, soit les profiles d’observations. Ils peuvent être visualisés dans toutes les directions de l’espace, de diverses manières. Un second module de rapport et de graphiques est utilisé pour l’affichage des résultats dans divers types de graphiques ou formats d’impression. Ce module est capable d’afficher les données d’entrées et de lancer le module d’analyse de mise à la terre.