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AutoGroundDesign

Le logiciel AutoGroundDesign effectue des analyses automatisées de systèmes de mise à la terre à périmètre arbitraire et identifie une configuration de grille économique qui respecte les critères de sécurité définis par l'utilisateur et qui peut servir de modèle pour des grilles de mise à la terre qui sont assez petites électriquement pour être considérées comme étant équipotentielles.



Description technique

AutoGroundDesign est le seul outil logiciel entièrement automatisé qui permet d'analyser et de concevoir des systèmes de mise à la terre sans intervention de la part de l'utilisateur entre les phases de la conception ; ses fonctions puissantes et intelligentes aident les ingénieurs électriciens à concevoir efficacement et de façon sécuritaire des installations de mise à la terre horizontales et à formes arbitraires.

Une approche à plusieurs étapes est employée pour concevoir le système, la première étape étant la définition manuelle de paramètres liés au système de mise à la terre, aux données du sol et du courant de défaut et aux critères de sécurité. Le processus de conception automatisée commence alors avec une grille composée d'une plaque métallique enterrée (qui offre la résistance et les tensions de contact et de pas les plus faibles) afin de déterminer si les limites de sécurité exigées peuvent être respectées. Si c'est le cas, un système de mise à la terre composé d'un nombre minimal de conducteurs est calculé. À partir de ces résultats, un modèle préliminaire est alors sélectionné en fonction de la base de données de référence de SES, d'autres règles intelligentes ou de spécifications manuelles par l'utilisateur. Ensuite, la conception initiale est affinée récursivement à l'aide de techniques à base de règles et d'algorithmes dans le but d'améliorer sa performance et de répondre aux contraintes de sécurité tout en réduisant le coût global de la grille. Ces étapes sont présentées en détail ci-dessous.

Une vaste collection de grilles prédéfinies a été analysée et créée. Une stratégie visant à identifier rapidement une grille appropriée tout en minimisant la taille de la base de données a été élaborée. Le temps consacré à la conception d'une grille de mise à la terre sécuritaire et rentable est réduit grâce à l'utilisation de ces techniques d'automatisation et de bases de données appropriées.

La nature de ce logiciel, qui se base sur les composants, vous permet de vous concentrer sur vos besoins immédiats, qui peuvent d'abord inclure le calcul de la résistance d'une grille simple. Au fur et à mesure que vos besoins évoluent au point où, par exemple, vous devez effectuer une analyse complète de la sécurité des systèmes de mise à la terre complexes de postes électriques, vous pouvez choisir d'utiliser un logiciel qui offre des capacités plus sophistiquées.

Deux déclinaisons d'AutoGroundDesign sont disponibles :

Cette version permet d'analyser les systèmes de mise à la terre horizontaux à forme arbitraire et de modéliser des structures de sol composées de deux couches horizontales. Elle permet de calculer la résistance et l'élévation du potentiel du système de mise à la terre ainsi que les potentiels de terre de la région environnante. Elle permet également d'effectuer une analyse de sécurité complète pour les tensions de contact et de pas à un emplacement situé à l'intérieur ou à l'extérieur de la grille. Cette version contient également un module puissant qui permet de calculer la distribution du courant de défaut entre le système de mise à la terre et d'autres trajets métalliques tels que des fils de garde, des conducteurs neutres et des gaines ou armures de câbles. Elle contient aussi un module d'analyse de mesures de résistivité qui convertit les données mesurées en un modèle de sol approprié.

Cette version contient tout ce qu'offre la version ci-haut et ajoute la capacité de modéliser des structures de sol composées d'un nombre quelconque de couches horizontales (sols multicouches).

Ces deux déclinaisons comprennent des utilitaires (p.ex. un module de calcul du courant admissible de conducteurs (SESAmpacity), des serveurs graphiques, des éditeurs de texte, etc.).

Contexte

La conception d'un système de mise à la terre exige plusieurs moutures avant d'en arriver à une configuration sécuritaire ; il peut donc s'agir d'un processus laborieux. Il est difficile de tenir compte du nombre élevé de variables (p. ex. : topologie et dimensions du système de mise à la terre, profondeur d'enterrement, type et caractéristiques de la structure du sol et matériaux utilisés pour les conducteurs de la grille (fils horizontaux, tiges de mise à la terre, etc.)) qui peuvent influencer la performance du système de mise à la terre. Le logiciel AutoGroundDesign offre des fonctions puissantes et intelligentes qui aident les ingénieurs électriciens à concevoir rapidement et efficacement des systèmes de mise à la terre sécuritaires sans intervention de la part de l'utilisateur entre différentes phases de la conception. AutoGroundDesign tient compte de la complexité entière du système avec des stratégies et des techniques qui ont été développées afin de permettre la conception automatisée de systèmes de mise à la terre horizontaux à forme arbitraire.

Cet outil est idéal pour analyser, améliorer et optimiser un nombre élevé de postes électriques existants qui exigent des mises à jour en raison de l'augmentation des courants de défaut ou de nouvelles exigences en matière de sécurité. Il est également possible de l'utiliser comme première étape d'un cycle de conception plus complexe qui exige des interventions manuelles.

La fenêtre dans laquelle vous pouvez définir interactivement ou indiquer les sommets d'un système de mise à la terre horizontal arbitraire est affichée ci-dessous :



Fonctionnalités

AutoGroundDesign présente les fonctionnalités uniques suivantes. Il peut :

  • Générer des systèmes de mise à la terre à partir d'une simple description du site du poste électrique. Les exigences d'entrée de données sont réduites au minimum, c.-à-d. paramètres environnementaux, données du sol, zone de la grille de mise à la terre, courant de défaut dans la grille, données relatives à la sécurité et paramètres et contrôles de la conception automatisée.
  • Modéliser des systèmes de mise à la terre et évaluer leur performance. Il convient parfaitement à l'analyse et à la conception d'une grille de mise à la terre, pourvu que les impédances longitudinales des conducteurs terrestres puissent être négligées.
  • Analyser et concevoir des grilles de mise à la terre horizontales à forme arbitraire composées d'arrangements horizontaux et verticaux de conducteurs dénudés enterrés dans des sols homogènes et multicouches. Cette action est effectuée grâce à une méthode de maillage automatique qui tient compte de toutes les formes polygonales.
  • Présente une interface conviviale qui simplifie la définition de la zone de mise à la terre arbitraire horizontale. Il est également possible de définir la forme de cette zone et de l'afficher dynamiquement dans l'interface. Vous pouvez déplacer un sommet vers une nouvelle position ; les données sont mises à jour immédiatement dans le tableau et vice versa.
  • Effectuer des conceptions automatisées avec plusieurs procédures telles que les méthodes Automatique, Point milieu et Linéaire. Ces procédures définissent la progression tout au long du processus de conception automatisée de façon appropriée, à l'aide de bases de données de grilles terrestres, d'algorithmes et de techniques de recherche intelligente, et analysent de façon plus efficace les critères et les contraintes de performance et d'évaluation.
  • Offre trois autres modes de fonctionnement, soit les modes Estimateur, Configuration et Prédicteur de dimensions, qui permettent aux utilisateurs d'estimer rapidement et avec précision la résistance de différents systèmes de mise à la terre (tels que des grilles, des plaques, des configurations de tiges, des électrodes en étoile, des dispositifs en anneau, etc.) ou de prédire la taille (dimension) ou la configuration du système de mise à la terre qui correspond à cette résistance.
  • Contient les résultats intermédiaires des analyses de la mise à la terre, de la résistivité du sol et de la distribution du courant de défaut en tant que partie intégrante — tout en offrant une analyse et une meilleure compréhension — de ces résultats et de toutes les étapes du processus de conception automatisée
  • Offre des techniques efficaces et intelligentes qui ont été conçues pour générer différents types de points d'observation afin d'effectuer des calculs avec précision tout en minimisant le temps de calcul lors des étapes de conception itérative. À la dernière étape du calcul, un groupe complet de points d'observation peut être défini automatiquement ou par l'utilisateur afin de produire des graphiques rectangulaires en 3D ou de tons directs en 2D qui sont pratiques pour explorer les résultats de calculs.


Technologies et procédures pour concevoir des systèmes de mise à la terre

Pensez au processus traditionnel de conception d'un système de mise à la terre pour un poste électrique. Une configuration préliminaire du système de mise à la terre est développée et analysée à partir d'expériences préalables et des exigences de liaison entre le poste électrique et le sol. Une analyse des résultats calculés est effectuée afin de déterminer si tous les critères de conception sont respectés. Si ce n'est pas le cas ou, au contraire, si la grille conçue dépasse tellement ces exigences qu'il serait possible de faire d'importantes économies, la conception du système de mise à la terre est modifiée et une nouvelle analyse est effectuée.

Pour optimiser la conception, il faut connaître la structure du sol et la quantité réelle de courant de défaut qui circule dans le poste électrique. De plus, plusieurs facteurs tels que les proportions géométriques de la grille, sa profondeur, les types de ses conducteurs et la présence de tiges de mise à la terre sont importants.

Une approche à plusieurs étapes est employée pour concevoir de façon automatisée le système de mise à la terre

  • En premier lieu, un système composé d'une plaque métallique enterrée est utilisé en tant que référence, ce qui permet d'obtenir la résistance de terre minimale qui peut être atteinte pour une grille d'une certaine taille et de déterminer si la résistance et les limites de sécurité souhaitées peuvent être atteintes avec une plaque solide. Sinon, la procédure entière est interrompue et on informe l'utilisateur que le processus de conception est impossible sans mesures d'atténuation supplémentaires.
  • Deuxièmement, un système de mise à la terre composé d'un nombre minimal de conducteurs—par exemple, les conducteurs situés le long de la périphérie de la grille avec ou sans quelques conducteurs dans la grille—est analysé afin de vérifier si la résistance de terre et les limites de sécurité souhaitées peuvent être atteintes avec une plaque éparse. Si c'est le cas, le processus de conception se termine rapidement sans qu'il y ait besoin de consulter la base de données de conceptions de références et des techniques itératives intelligentes.
  • Troisièmement, une conception de grille préliminaire appropriée est sélectionnée en fonction d'une base de données de référence de SES et d'autres règles intelligentes, ou de spécifications définies par l'utilisateur. L'utilisation de la base de données de référence se base sur les données d'entrée fournies par l'utilisateur (la taille et les proportions géométriques de la grille, le type de structure du sol, le courant de défaut injecté et les critères de sécurité obligatoires).
  • Finalement, la conception initiale est affinée récursivement à l'aide de techniques à base de règles et d'algorithmes intelligents dans le but d'améliorer sa performance et de répondre aux contraintes de sécurité tout en réduisant son coût global. Si aucune modification manuelle (p. ex. les emplacements de conducteurs) ne doit être apportée à la grille affinée, celle-ci peut servir de base pour la conception finale. Un logiciel tel qu'AutoGrid Pro ou MultiGround doit être utilisé s'il faut apporter des modifications manuelles à la conception.


Conception d'un système de mise à la terre automatisé

Le logiciel de conception automatisé de systèmes de mise à la terre intègre les modules suivants et contient la structure affichée ci-dessous :

Module central de conception automatisée d'un système de mise à la terre

Ce module central et de contrôle présente une interface simple qui permet aux utilisateurs de concevoir efficacement, rapidement et de façon automatisée un système de mise à la terre. Ce module gère et coordonne les données d'entrée et permet de calibrer le processus itératif de conception automatique d'une grille de mise à la terre, l'objectif ultime étant de fournir une conception qui respecte toutes les exigences sans être trop prudente, donc rentable. Parmi les paramètres de conception, on retrouve la méthodologie à employer pour obtenir la conception initiale du système de mise à la terre, la méthodologie de base de données de grilles à employer pour la conception automatisée, le nombre maximal d'itérations de conception et le taux d'évolution de la conception de la grille à chaque itération.

Module d'analyse de la mise à la terre

Ce module est utilisé pour analyser des réseaux terrestres de systèmes électriques soumis à des décharges de CA ou de CC dans différentes structures de sols. Il calcule la performance en matière de sécurité de la grille de mise à la terre quant à l'EPT et aux tensions de contact et de pas.

Module d'analyse du sol

Ce module se consacre au développement de modèles de sol équivalents à partir de mesures de la résistance apparente ou de la résistivité apparente. Il peut générer des modèles qui contiennent des sols multicouches horizontaux.

Module d'analyse de la distribution du courant de défaut

Ce module calcule la distribution du courant de défaut dans plusieurs terminaux, lignes de transport et artères de distribution avec une quantité minimale d'informations et un simple ensemble de données sur le réseau. Vous pouvez définir des terminaux à plusieurs blocs, chaque bloc ayant des paramètres de ligne différents ; de même, d'autres caractéristiques telles que la longueur de portée et les positions de conducteurs neutres et de phase peuvent varier d'un bloc à l'autre. Il fournit le véritable courant de défaut qui circule dans une grille de mise à la terre ainsi que les courants des fils de garde, des pylônes et des gaines de câbles. Les impédances propres et mutuelles des fils de garde et des gaines de câbles sont également calculées et disponibles.

Module de sécurité

Ce module génère des valeurs de seuil de sécurité selon la norme 80 de l'IEEE, la norme 479 de la CEI, la propre norme de l'utilisateur ou une combinaison des trois pour deux zones géométriques (à l'intérieur et à l'extérieur de la grille) qui représentent des endroits ayant habituellement des seuils de sécurité différents. Les limites de sécurité calculées de la tension sont utilisées afin de décider s'il faut arrêter ou poursuivre le processus de conception. Les paramètres servant à déterminer les limites de sécurité de la tension sont : la durée d'élimination d'un défaut, la résistivité et l'épaisseur de la couche couvrant la surface de la terre (p.ex. de la roche concassée), la résistivité équivalente de la couche sous la surface, la résistance du corps, les résistances facultatives qui peuvent être définies (pieds et tenues de protections telles que les gants ou les bottes) et une méthode de calcul du seuil de courant de fibrillation.

Outils d'affichage, de graphiques et de rapports

Un module qui se base sur la conception assistée par ordinateur (CAO) est utilisé afin d'afficher ou de modifier des grilles de mise à la terre tridimensionnelles composées de segments rectilignes (la modification doit être effectuée à l'aide d'AutoGrid Pro ou d'AutoGround/MultiGround). Les segments représentent des conducteurs métalliques ou des profils d'observation. Il est possible de les afficher dans n'importe quelle direction et de plusieurs façons dans SESCAD. AutoGroundDesign offre également une visionneuse 3D intégrée dans laquelle la grille résultante est affichée.

De plus, il est possible d'afficher et de tracer les résultats de calculs qu'on retrouve dans le fichier de sortie imprimé en cliquant sur le bouton « Afficher le résumé de la conception » et d'afficher les graphiques et les rapports des résultats de calculs dans SESSystemViewer ou GRServer en cliquant sur les boutons correspondants.

GRServer est un puissant processeur de sortie qui sert à afficher les résultats de calculs dans différents formats graphiques ou imprimés. Ce module peut également afficher les données d'entrée et même démarrer le module d'analyse de la mise à la terre.

Finalement, SESSystemViewer affiche des résultats de calculs en 2D ou en 3D directement sur la configuration de la grille de mise à la terre.