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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 faibles électriquement pour être considérées comme étant équipotentielles.



Description technique

Le logiciel AutoGroundDesign est le seul logiciel entièrement automatisé qui peut analyser et concevoir des systèmes de mise à la terre sans intervention de l'utilisateur entre différentes phases de la conception.

Ce logiciel offre des fonctions puissantes et intelligentes qui aident les ingénieurs électriciens à concevoir rapidement et efficacement des installations de mise à la terre sécuritaires, horizontales et à forme arbitraire. Une approche à plusieurs étapes est utilisée pour concevoir le système de mise à la terre. Une grille composée d'une plaque métallique enterrée, qui offre la résistance et les tensions de contact et de pas les moins élevées, est utilisée comme point de départ pour déterminer s'il est possible de respecter les limites de sécurité. 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, de règles intelligentes ou de spécifications entrées par l'utilisateur. Ensuite, la conception initiale sera affinée récursivement à l'aide de techniques de base et d'algorithmes dans le but d'améliorer son rendement et de répondre aux contraintes de sécurité, tout en réduisant son coût global. 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 planifiée. Le temps consacré à la conception d'une grille de mise à la terre sécuritaire et rentable est réduit grâce à l'utilisation de techniques d'automatisation et de bases de données appropriées.

Grâce à ses nombreux composants, ce logiciel vous permet de vous concentrer sur vos besoins immédiats, que ce soit le calcul de la résistance d'une simple grille ou une analyse de sécurité complète du système de mise à la terre d'un poste électrique complexe. Vous n'avez qu'à ajouter davantage de composants en fonction de l'évolution de vos besoins. Parmi les logiciels typiques d'AutoGroundDesign, on retrouve :

Ce logiciel analyse les systèmes de mise à la terre horizontaux à forme arbitraire situés dans un sol uniforme. Il calcule la résistance et l'élévation de potentiel du système de mise à la terre ainsi que les potentiels terrestres de la région environnante. Vous pouvez également effectuer une analyse complète de la sécurité des tensions de contact et de pas d'un emplacement à l'intérieur ou à l'extérieur de la grille.

Ce logiciel conjugue toutes les fonctionnalités des deux logiciels précédents, qui prennent en charge les sols horizontaux à deux couches.

Ce logiciel contient toutes les fonctionnalités des logiciels précédents et ajoute la capacité de modéliser des structures de sols composées d'un nombre quelconque de couches horizontales (sols multicouches). Veuillez noter que ce logiciel ne peut pas être commandé sans les modules d'analyse de la résistivité ou de distribution du courant de défaut.

Tous les logiciels ci-haut contiennent 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, type et caractéristiques de la structure du sol et matériaux utilisés pour les conducteurs de la grille (conducteurs horizontaux, tiges de terre, etc.)) pouvant influencer le rendement du système de mise à la terre. Le logiciel spécialisé 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 intervetion 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 grand nombre 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 normes 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 servant à traçer ou à spécifier les sommets d'un système de mise à la terre horizontal arbitraire est affichée ci-dessous :



Fonctionnalités

AutoGroundDesign comporte les fonctionnalités uniques suivantes. Il peut :

  • Générer des systèmes de mise à la terre selon 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 couverte par la grille de mise à la terre, courant de défaut, données relatives à la sécurité et paramètres et contrôles de conception automatisée.
  • Modéliser des systèmes de mise à la terre et évaluer leur rendement. 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 de conducteurs horizontaux et verticaux dans des sols uniformes et multicouches. Cette action est effectuée grâce à une méthode de maillage automatique qui tient compte de toutes les formes polygonales.
  • Une interface conviviale est également disponible pour simplifier la spécification de la zone de mise à la terre. Il est également possible de définir la forme de cette zone et de l'afficher dynamiquement à partir de 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 montrent le progrès tout au long du processus de conception automatisée, à l'aide de bases de données de grilles de mise à la terre, d'algorithmes et de techniques de recherche intelligente et analysent de façon plus efficace les critères et les contraintes de rendement et d'évaluation.
  • Offre trois autres modes de fonctionnement, soit l'estimation de la résistance de la grille, la détermination de sa configuration et le calcul de ses dimensions, ce qui permet aux utilisateurs d'estimer rapidement et avec précision la résistance de divers systèmes de mise à la terre (tels que des grilles, des plaques, des configurations de tiges, des électrodes en étoile, des cercles, etc.) ou de prédire la taille (dimension) ou la configuration du système de mise à la terre qui correspond à cette résistance.
  • Les résultats intermédiaires des analyses de mise à la terre, de résistivité du sol et de distribution du courant de défaut sont ajoutés aux résultats finaux afin de mieux les comprendre en analysant toutes les étapes du processus de conception automatisée.
  • Des techniques efficaces et intelligentes ont été conçues pour générer différents types de points d'observation afin d'effectuer des calculs précis 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 3D ou des surfaces 2D servant à visualiser les résultats.



Historique de développement du programme

SES a mis en oeuvre le premier logiciel de conception automatisée de grilles de mise à la terre au début des années 1990. Il comprenait une interface DOS fonctionnant avec des lignes de commandes et s'appellait AutoGrid. On ne pouvait y concevoir que des grilles rectangulaires dans des sols uniformes ou horizontaux à deux couches. Le temps de calcul était le seul aspect qui empêchait l'utilisation systématique de cette fonctionnalité automatisée.

En 2004, SES a développé la première version d'un logiciel spécialisé, conçu pour Windows, qui s'appelle AutoGroundDesign. Dans la version de 2005, l'analyse des mesures de résistivité du sol, l'analyse de la distribution du courant de défaut et les modules d'évaluation des calculs de sécurité ont été intégrés dans le logiciel spécialisé AutoGroundDesign. Une nouvelle approche itérative et une procédure améliorée de sélection de points d'observation, qui ont réduit les temps de calcul, ont été ajoutées au logiciel. De plus, les plaques métalliques ont été introduites, tout comme une procédure plus robuste et flexible pour la création de grilles et de tiges, ce qui permet de spécifier des espacements irréguliers pour ces derniers. Pourtant, AutoGroundDesign était toujours limité à des grilles rectangulaires. Finalement, en 2012, AutoGroundDesign a pu gérer des systèmes de mise à la terre horizontaux à forme arbitraire.



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 première configuration du système de mise à la terre est proposée et analysée à partir d'expériences préalables ainsi que des connexions requises entre la grille et les équipements du poste électrique. 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 est tellement performante qu'il serait possible de réaliser des économies importantes, la conception du système de mise à la terre est modifiée et une nouvelle analyse est effectuée.

Pour optimiser la conception, il faut bien 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 des conducteurs et l'existence ou non des tiges de mise à la terre sont importants.

Une approche à plusieurs étapes est utilisée pour concevoir le système de mise à la terre.

  • En premier lieu, un système composé d'une plaque métallique est utilisé en tant que référence. Ceci donne la résistance de terre minimale qui peut être atteinte par une grille d'une certaine taille et permet de déterminer si la résistance de mise à la terre et les limites de sécurité souhaitées peuvent être atteintes. Sinon, la procédure entière est interrompue et l'utilisateur est informé du fait que les paramètres de conception sont impossibles à atteindre 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 mise à la terre et les limites de sécurité souhaitées peuvent être atteintes avec une plaque clairsemée. Si c'est le cas, le processus de conception est terminé rapidement sans qu'il y ait besoin de consulter la base de conceptions de références et de recourir à des techniques itératives intelligentes.
  • Troisièmement, une conception de grille préliminaire et appropriée est sélectionnée en fonction d'une base de données de référence de SES et d'autres règles intelligentes, ou de spécifications saisies par l'utilisateur. L'utilisation de la base de données de référence se fonde 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 sera affinée récursivement à l'aide de techniques et d'algorithmes intelligents dans le but d'améliorer son rendement 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 automatisée

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

Module central de conception automatisée d'une mise à la terre

Ce module principal et de contrôle présente une interface simple qui permet aux utilisateurs de concevoir efficacement et rapidement, grâce à une méthode automatisée, un système de mise à la terre. L'objectif principal de ce module est de gérer et coordonner des données d'entrée, des critères de sécurité et des décisions de progrès afin d'obtenir un modèle de grille qui répond à toutes les exigences. Les paramètres généraux de la conception automatisée sont contrôlés par ce module pour sélectionner la méthodologie utilisée afin d'obtenir la grille initiale, de déterminer la manière de gérer la base de données et de spécifier le nombre maximal d'itérations et le taux d'évolution du processus de conception.

Module d'analyse de la mise à la terre

Ce module est utilisé pour analyser des systèmes de mise à la terre de réseaux électriques soumis à des décharges de courants alternatifs ou continus dans diverses structures de sols. Il calcule le rendement 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 sols équivalents à partir de mesures de résistivité du sol. Il peut générer des modèles comportant des sols multicouches horizontaux.

Module d'analyse de la distribution du courant de défaut

Ce module calcule la distribution du courant de défaut dans un réseau à plusieurs bornes et lignes de transmission et de distribution, avec un minimum d'informations à propos du réseau. Il fournit le véritable courant de défaut circulant dans une grille de mise à la terre ainsi que les courants des câbles de garde, des pylônes et des gaines de câbles. Les impédances propres et mutuelles des câbles de garde et des gaines de câbles sont également calculées et disponibles.

Module de sécurité

Ce module génère des valeurs de seuils de sécurité en fonction de la norme 80 de l'IEEE, de la norme 479 de la CEI, de la norme formulée par l'utilisateur lui-même ou d'une combinaison des trois. Les limites calculées de tension sécuritaire sont utilisées afin de décider s'il faut arrêter ou poursuivre le processus de conception. Les paramètres servant à déterminer les limites des tensions de sécurité sont : la durée d'élimination d'un défaut, la résistivité et l'épaisseur de la couche qui recouvre la surface de la terre (du gravier, par exemple), la résistivité équivalente du sol sous la couche de surface, la résistance du corps, les résistances supplémentaires facultatives pouvant être spécifiées (celle des pieds et celle de tenues de protection telles que des gants ou des bottes) et une méthode de calcul du seuil de courant de fibrillation.

Outils d'affichage, de graphiques et de rapports

Un module se basant 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 en ligne droite (la modification doit être effectuée à l'aide d'AutoGrid Pro ou d'AutoGround/MultiGround). Les segments représentent représentent des conducteurs métalliques ou des profils d'observation. Ils peuvent être affichés dans n'importe quelle direction et de nombreuses façons. Un autre module de rapports et de graphiques est utilisé pour afficher les résultats de calculs dans divers formats graphiques ou imprimés. Ce module peut également afficher les données d'entrée et même démarrer le module d'analyse de mise à la terre.

Finalement, un troisième module de graphiques affiche simultanément des résultats de calcul en 2D ou en 3D directement au-dessus de la grille de mise à la terre.