CYMCAP a été conçu pour simuler le comportement thermique des câbles de puissance. La version originale de ce logiciel a été développée conjointement par Hydro Ontario (Hydro One), l'Université McMaster et CYME International, sous les auspices de l'Association canadienne de l'électricité.

CYMCAP permet de calculer l'échauffement et le courant admissible des installations de conduits de câbles de puissance. Lors de la conception des installations électriques, il est important de déterminer le courant maximal que peut véhiculer en permanence un conducteur sans porter préjudice à ses propriétés électriques et/ou mécaniques.

La précision prouvée sur le terrain de CYMCAP offre une fiabilité accrue lorsqu'il s’agit d’actualiser les installations des câbles de puissance existants et en concevoir de nouvelles, augmentant ainsi les bénéfices découlant de l'investissement en capitaux associé.

• Techniques itératives fondées sur la méthode Neher-McGrath et sur celles stipulées par la norme CEI 60287©.
• Conforme avec toutes les pratiques nord-américaines et compatibles avec toutes les normes CEI pertinentes : CEI 60287©, CEI 60228©, CEI 601042©, CEI 60853©, etc.
• Représentation graphique détaillée de pratiquement tous les types de câbles de puissance. Cette fonction peut être utilisée pour modifier les câbles existants et pour enrichir la bibliothèque avec de nouveaux. Ceci inclut les câbles unipolaires, tripolaires, à ceinture, en tuyaux d'acier, sous-marins, sous gaine et sous armure.
• Différents modes, par ex.: des câbles posés en pleine terre, en fourreaux avec remblai thermique, enfouis ou dans des canalisations bétonnées.
• Câbles en tuyaux posés en pleine terre ou avec remblai thermique.
• Bibliothèques et bases de données indépendantes pour les câbles, les canalisations bétonnées, les courbes de charges, les sources de chaleur et les installations
• Simulation de câbles posés à l'air libre ou sur des colonnes montantes, groupes de câbles à l'air libre, migration de l'humidité à proximité des câbles sous tension, sources proches, dissipateurs thermiques, etc.
• Différents types de câbles à l'intérieur d'une installation.
• Modélisation des surfaces du sol non isothermiques.
• Modélisation de la charge cyclique tel que défini dans CEI 60853©.
• Câbles multiples par phase avec modélisation appropriée des inductances mutuelles de la gaine influençant grandement les pertes du courant de circulation provoquant ainsi un déclassement.
• Tous les montages de liaisons électriques pour les dispositions en nappe ou en triangle sont supportés pour la modélisation explicite des longueurs de section mineures ou des distances inégales entre câbles, etc.

Le programme renferme une option d'analyse thermique transitoire qui permet de calculer:

• Le courant admissible en fonction du temps et de la température.
• La température en fonction du temps et du courant admissible.
• Le temps requis pour atteindre une température donnée, en fonction du courant admissible.
• L'intensité admissible et la température en fonction du temps.
• Profils de charge pouvant être définis par l'utilisateur, par circuit.
• Plusieurs câbles par installation.
• Les circuits peuvent être chargés simultanément ou individuellement.

Le module compagnon MDB de CYMCAP permet de déterminer le courant permanent admissible des conducteurs installés dans des canalisations multitubulaires enfouies avoisinantes et (ou) des remblais de différente résistivité thermique. Le module propose une solution unique découlant des méthodes standardisées et non standardisées de calcul. Le module calcule les valeurs de T₄ (résistance thermique extérieure du câble) par la méthode de calcul par éléments finis et obtient le courant permanent admissible (ou température d'exploitation) du système de conducteurs à l'aide de la méthode de solution standard de la CEI.

CYMCAP/MDB présente de nombreuses fonctions de modélisation. Pour n'en nommer que quelques-unes, citons comme exemple:

• La modélisation de jusqu'à onze zones rectangulaires de résistivité thermique différente.
• La modélisation de jusqu'à trois canalisations enfouies dans une seule installation.
• La modélisation d'une source ou d'un puits de chaleur dans une installation.
• Le calcul du courant permanent admissible ou de la température maximale admissible.

L'optimiseur de canalisations multitubulaires bétonnées est le module compagnon de CYMCAP qui permet de déterminer l'emplacement optimal des différents circuits dans une canalisation multitubulaire bétonnée. Plus précisément, le module peut recommander différentes dispositions de circuit à l'intérieur des canalisations bétonnées afin de:

• Maximiser le courant permanent admissible dans toutes les canalisations, c'est-à-dire la somme des courants permanents admissibles de tous les circuits.
• Minimiser le courant permanent admissible global, c'est-à-dire la somme des courants permanents admissibles de tous les circuits.
• Maximiser le courant permanent admissible d'un circuit donné.
• Minimiser le courant permanent admissible de tout circuit donné.

Une canalisation multitubulaire disposée en 3 x 4 dont trois conducteurs sont posés en trèfle et un circuit triphasé (une phase par conduit) permet 110 000 combinaisons possibles. L’algorithme mathématique élaboré de CYMCAP empêche le calcul répétitif des cas équivalents. Les solutions sont alors obtenues plus efficacement. La condition illustrée dans la partie droite de l’illustration montre les emplacements des câbles qui offrent un courant admissible maximal.

Le module compagnon CYMCAP / SCR permet le calcul de la capacité de courant de court-circuit admissible dans les câbles. La méthode mise en place est fondée sur la norme CEI 949© (1988) « Calcul des courants de court-circuit admissibles au plan thermique, en tenant compte des effets d’un échauffement non adiabatique”. CYMCAP calcule la capacité de courant avec ou sans échauffement adiabatique. CYMCAP / SCR offre deux possibilités selon les données d’entrée connues :

• Le calcul du courant de court-circuit maximal pouvant être transporté par un câble en fonction de la durée du court-circuit et des températures initiale et finale.
• Le calcul de la température finale qu’un câble donné peut atteindre en fonction d’un courant de court-circuit donné et de la température initiale.

La capacité de court-circuit peut être calculée pour jusqu’à cinq couches métalliques dans le modèle CYMCAP :

• Conducteur
• Gaine
• Gaine renforcée
• Neutre concentrique / Fils de glissement
• Armature

Ce module facultatif permet à l’utilisateur de déterminer la température, le courant admissible en régime permanent, cyclique et transitoire des câbles installés dans des tunnels non ventilés. Seuls les câbles uniformément chargés, de même type et de même charge sont considérés. Ce module compagnon supporte une grande variété d’arrangements de câbles unipolaires (disposés en nappes ou en trèfle) et tripolaires. Les câbles peuvent être posés sur un plancher, fixés à des serre-câbles suspendus à un mur, installés sur des supports à câbles en échelle ou sur des chemins de câbles. Ses principales caractéristiques sont :

• Modélisation d’une grande variété de méthodes d’installation : pose sur un plancher, fixés à des serre-câbles suspendus à un mur, installés dans des supports à câbles en échelle ou dans des chemins de câbles.
• Les câbles et regroupements de câbles peuvent être unipolaires ou tripolaires. Les câbles unipolaires peuvent être disposés en nappes verticales ou horizontales ou en trèfle.
• Calcul du courant admissible en régime permanent ou de la température. Régime de charge cyclique utilisant des facteurs de charge journaliers, hebdomadaires et annuels. Calcul des charges de régime d’urgence.

Le module Champs Magnétiques (EMF) est un module optionnel pouvant être adjoint à CYMCAP. Même si du point de vue thermique il n’est pas directement associé au dimensionnement des câbles, il offre plusieurs facilités aux utilisateurs de CYMCAP. Après avoir simulé le courant permanent admissible ou la température stationnaire, le module calcule la densité du flux magnétique à n’importe quel point ou sur le sol d’une installation de câbles souterrains. La sortie se fait sous forme de graphe ou (tableau) de la densité du flux magnétique en fonction de la position. Le module présente les caractéristiques suivantes :

• Approche bidimensionnelle “fil mince de longueur infinie”.
• Considérations des courants variables dans le temps produisant un vecteur magnétique tournant polarisé elliptiquement.
• Les courants dans un circuit triphasé peuvent être déséquilibrés en amplitude et en phase.
• On assume que tous les médiums sont homogènes, isotropes et linéaires.
• Les courants induits sont négligeables.

Le Module Câbles en caniveaux (CYMCAP / TRO) est un module compagnon facultatif de CYMCAP qui permet à l’utilisateur de déterminer la résistance thermique des câbles posés en caniveaux, remplis ou non remplis.

Dans ce module, par caniveau (ou tranchée), on entend une excavation longiligne et peu profonde de forme rectangulaire dont les murs, le plancher et le plafond sont en béton. Les câbles peuvent être posés sur le plancher ou être suspendus par des supports ancrés aux murs ou supportés par des chemins de câbles. Le caniveau peut être rempli avec un bon isolant thermique ou laissé non rempli (rempli d’air). Le mécanisme de transfert de la chaleur diffère entre ces deux types et doit être traité de façon distincte.

Le calcul de la capacité des câbles se fait comme pour les câbles exposés à l’air libre sauf que la température à l’intérieur du caniveau est calculée selon la norme CEI 60287-2-1©. On peut souligner les fonctionnalités suivantes :

• Calcul du courant admissible ou de la température des câbles uniformement chargés.
• Calcul de la température moyenne de l’air dans le caniveau.

Notez que les facteurs de charge ne sont pas permis et qu’on présume que tous les caniveaux non remplis sont à égalité de la surface du sol.

CYMCAP traite les caniveaux remplis comme des remblais multiples (MDB) et utilise pour calculer la capacité des câbles en caniveaux :

• La méthode des éléments finis pour calculer la résistance thermique extérieure T₄.
• Les normes de la CEI pour calculer de manière efficace le courant maximal admissible.

CYMCAP / TRO offre par ailleurs de nombreuses possibilités en fonction des données d’entrées connues :

• Calcul de la température et du courant admissible dans des câbles inégalement chargés, en régime permanent, comme habituellement.
• Facilités pour déplacer les caniveaux vers le bas et modéliser des caniveaux asymétriques.
• Prise en compte de la charge cyclique par l’utilisation de facteurs de charge.

Le module Câbles en fourreaux multiples est un module compagnon facultatif de CYMCAP qui permet à l’utilisateur de déterminer le courant admissible dans des câbles inégalement chargés et(ou) la température admissible des câbles installés dans un ou plusieurs fourreaux non magnétiques. Dans CYMCAP, par « fourreau » on entend un grand conduit non magnétique rempli d’air destiné à recevoir des câbles installés directement ou dans de petites canalisations. Les fourreaux peuvent être immergés dans l’eau, posés dans le fond marin ou enterrés. Aucun autre matériau de remplissage que l’air ne peut être considéré dans les fourreaux ou canalisations.

CYMCAP / MCAS offre plusieurs facilités de modélisation dont les suivantes :

• Différents environnements d’enfouissement sont possibles: sous-marins ou souterrains (enterrés).
• Modélisation d’un grand nombre de fourreaux posés en parallèle dans la même installation.
• Modélisation d’un grand nombre de canalisations à l’intérieur d’un ou plusieurs fourreaux à la fois.
• Possibilité de modéliser tout nombre de circuits à l’intérieur d’un fourreau et d’une canalisation.
• Les circuits à l’intérieur des canalisations et des fourreaux peuvent être constitués de plusieurs câbles par phase.
• Plusieurs matériaux (y compris des matériaux métalliques non magnétiques) sont disponibles pour modéliser les canalisations et les fourreaux tels que le PVC, le polyéthylène, la terre cuite, les métaux non magnétiques, etc.)
• Taille des canalisations et des fourreaux illimitée.

Le module compagnon facultatif de CYMCAP « Calcul des impédances des câbles (ZMat) » aide à déterminer les paramètres électriques des câbles requis pour effectuer des études de réseaux à la fréquence industrielle (50/60 Hz). L’estimation des paramètres s’effectue suite à une simulation réussie du courant permanent admissible ou de la température à régime permanent. Les résultats finaux de ZMat sont les impédances et les admittances de séquence directe et homopolaire de tous les câbles présents dans une installation.

Toutes les matrices d’impédance et d’admittance sont présentées dans le rapport : d’abord les matrices primitives par circuit par composant métallique, ensuite les matrices transposées (le cas échéant) et les matrices réduites aux conducteurs de phase et finalement les matrices des composantes symétriques.

• Calcul des impédances de séquence de tous les câbles présents dans une installation.
• Modélisation des admittances de séquence de tous les câbles présents dans une installation.
• Possibilité de considérer plusieurs câbles par phase.
• Possibilité de représenter un ou plusieurs neutres et d’en tenir compte dans les calculs.

Le module compagnon facultatif de CYMCAP « Croisement de câbles (Xing) » permet à l’utilisateur de déterminer le courant maximal admissible en régime permanent de deux circuits se croisant.

Lorsque deux circuits se croisent, chacun se comporte comme une source de chaleur pour l’autre. La quantité de chaleur générée, la distance verticale entre les circuits se croisant et l’angle de croisement constituent des paramètres importants qui influencent le courant maximal admissible de deux circuits se croisant. En l’absence de calcul tenant compte du croisement des câbles, la pratique générale est d’utiliser le résultat conservateur pour lequel on suppose que les deux circuits sont installés parallèlement. Dans ce cas, l’interaction thermique est maximale. Elle est minimale lorsque les deux circuits se croisent à angle droit. L’approche conservatrice réduit inutilement le courant maximal admissible des deux circuits. En utilisant le module Croisement de câbles, il est possible d’augmenter jusqu’à 20% le courant maximal admissible des câbles par rapport au courant admissible conservateur obtenu en considérant les circuits comme étant parallèles.

• Possibilité de modéliser deux circuits se croisant dans la même installation.
• Le croisement des câbles est supporté pour les câbles directement enterrés, les canalisations souterraines et les tuyaux enterrés.
• L’approche utilisée pour calculer le courant admissible maximal est conforme à la norme CEI 60287-3-3©.