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CYMCAP, Calcul du courant admissible
dans les câbles


Le logiciel CYMCAP calcule l’échauffement et le courant maximal admissible des installations de câbles de puissance. Ces calculs se font aussi bien en régime permanent que transitoire et sont fondés sur les techniques analytiques décrites par la méthode Neher-McGrath et par les normes CEI 287© et CEI 853©. Sa précision offre une fiabilité accrue lorsqu’il s’agit d’actualiser les installations des câbles existants et d’en concevoir de nouvelles. Il aide aussi à augmenter la fiabilité du réseau et favorise l’utilisation adéquate des équipements installés.

Caractéristiques du programme

Le logiciel CYMCAP a été conçu pour calculer l’échauffement et le courant admissible des installations 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. La version originale de ce logiciel a été développée conjointement par Ontario Hydro (Hydro One), l’Université McMaster et CYME International, sous les auspices de l’Association canadienne de l’électricité.

La précision prouvée sur le terrain du logiciel 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.



Capacités analytiques

  • Techniques itératives fondées sur la méthode Neher-McGrath et sur celles stipulées par la norme CEI 60287©.
  • En parfaite conformité 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, sous-marins, sous gaine et sous armure.
  • Différents modes de pose, 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
  • Modélisation 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 de chaleur adjacentes, 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© et incluant le dessèchement du sol.
  • Câbles multiples par phase avec modélisation appropriée des inductances mutuelles de la gaine influençant grandement les pertes par courant de circulation provoquant ainsi un déclassement du courant admissible des câbles.
  • Tous les types de mise à la terre des écrans métalliques pour les dispositions en nappe ou en triangle sont supportés. Cela inclut la modélisation explicite des longueurs de sections mineures ou des distances inégales entre câbles, etc.





Analyse thermique transitoire

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.



Modules supplémentaires de CYMCAP

Installations
Les modules supplémentaires de CYMCAP offrent des fonctionnalités accrues permettant la modélisation d’un plus grand nombre d’installations, incluant les installations non standard. Ils permettent la modélisation d’installations avec des canalisations multitubulaires et des remblais de différentes résistivités thermiques; le calcul du courant admissible et de la température des câbles installés dans des tunnels non ventilés, des câbles placés dans des caniveaux remplis ou non remplis et des câbles dans un ou plusieurs fourreaux non magnétiques.



Analyses
Avec les modules supplémentaires de CYMCAP, plusieurs analyses peuvent être réalisées : évaluer la densité du flux magnétique à n’importe quel point sur ou au-dessus du sol des installations de câbles souterrains, déterminer les impédances de séquence directe et homopolaire des câbles présents dans l’installation, calculer la capacité de courant de court-circuit admissible, déterminer l’emplacement optimal des circuits dans une canalisation et calculer le courant admissible de deux circuits se croisant.



Canalisations multitubulaires enfouies et remblais

Le module compagnon Canalisations multitubulaires enfouies et remblais (MDB) permet de déterminer le courant permanent admissible des conducteurs installés dans des canalisations multitubulaires enfouies avoisinantes et (ou) des remblais de différentes résistivités thermiques. 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) et de l’installation de câbles à l’aide de la méthode de solution standard de la CEI.

Le module présente de nombreuses fonctions de modélisation, par exemple:

  • La modélisation de jusqu’à onze zones rectangulaires de résistivités thermiques différentes.
  • 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.
  • Le calcul des réponses transitoires et des capacités de transport des câbles en régime de charge cyclique et de surcharge de secours.
  • Le calcul de la résistance thermique des câbles posés en caniveaux remplis.



Câbles en tunnels

Ce module facultatif permet à l’utilisateur de déterminer le courant admissible et la température des câbles en régime permanent et de calculer les réponses transitoires et les capacités de transport des câbles en régimes cyclique et de secours dans des tunnels non ventilés. Seuls les câbles uniformément chargés, de même type et de même charge sont considérés. Une grande variété d’arrangements sont supportés : unipolaires (en nappes ou en trèfle) et tripolaires. Ses principales caractéristiques sont :

  • Modélisation d’une grande variété de méthodes d’installation : posés sur le plancher, suspendus à des supports fixés 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.



Câbles en caniveaux

La résistance thermique des câbles posés en caniveaux non remplis ou remplis est déterminée à l’aide du module CYMCAP/UNF et du module CYMCAP/MDB respectivement.

Dans ces modules, 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 isolant ayant de bonnes propriétés thermiques ou laissé non rempli (rempli d’air). Le mécanisme de transfert de la chaleur diffère entre les caniveaux non remplis et remplis et doit être traité de façon distincte.

Caniveaux non remplis

Initialement la seule option pour dimensionner les installations avec des caniveaux non remplis était la norme de la CEI. Cette approche calculait la capacité de transport comme avec les câbles posés à l’air libre mais la température dans le caniveau était calculée selon la norme 60287-2-1©. Ce module a été amélioré considérablement et comporte trois options autres que la norme CEI pour modéliser une installation à caniveaux : la méthode Slaninka 1, la méthode Slaninka 2 et la méthode Anders-Coates.

La norme CEI ne tient pas compte de la résistivité thermique du terrain ni du revêtement extérieur du câble posé en caniveaux. La méthode 1 de Slaninka tient compte de la résistivité thermique du couvercle du caniveau. La méthode 2 de Slaninka tient compte en plus du sol environnant. La méthode Anders-Coates ajoute à ces paramètres la vitesse du vent au dessus du caniveau. Pour chaque option, l’utilisateur peut choisir entre des caniveaux exposés au rayonnement solaire ou à l’ombre. Ces approches se fondent sur la recherche sur le terrain par des parties indépendantes et qui ont été publiées dans des revues scientifiques.


Caniveaux remplis

Le module CYMCAP/MDB traite les caniveaux remplis comme des remblais multiples. Le logiciel CYMCAP calcule la capacité des câbles en caniveaux remplis à l’aide de :

  • Méthode des éléments finis pour calculer la résistance thermique extérieure T4.
  • Normes de la CEI pour calculer de manière efficace le courant maximal admissible.

Le module offre 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.



Câbles en fourreaux multiples

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 le logiciel 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.

Le module 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.



Optimisation des canalisations multitubulaires bétonnées

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, i.e. la somme des courants permanents admissibles de tous les circuits.
  • • Minimiser le courant permanent admissible global, i.e. 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 665 280 combinaisons possibles. L’algorithme mathématique élaboré du module 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.

Champs magnétiques

Le module Champs Magnétiques (EMF) est un module optionnel pouvant être adjoint au logiciel 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 des câbles, le module calcule la densité du flux magnétique à n’importe quel point sur ou au dessus du 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.



Calcul de l’impédance des câbles

Le module compagnon de 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). Le calcul des impédances s’effectue suite à une simulation réussie du courant permanent admissible ou de la température en régime permanent. Les résultats finaux du module sont les impédances et les admittances de séquence directe et homopolaire de tous les câbles présents dans l’installation.

Toutes les matrices d’impédance et d’admittance sont présentées dans le rapport : d’abord les matrices primitives par circuit par composant métallique, les matrices de mise à la terre, suivies des matrices de phase et de circuit et finalement les matrices résultantes de composantes symétriques. Les fonctionnalités supportées sont :

  • Calcul des impédances de séquence de tous les câbles présents dans une installation.
  • Calcul 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.
  • La résistivité électrique finie du sol peut être modifiée.



Capacité de courant de court-circuit admissible dans les câbles

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”. Le programme CYMCAP calcule la capacité de courant avec ou sans échauffement adiabatique. Le module 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, d’une température initiale et d’un intervalle de temps donnés.


La capacité de court-circuit peut être calculée pour toutes les couches métalliques supportées par le logiciel CYMCAP :

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

Croisement de circuits

Le module compagnon facultatif « Croisement de circuits (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 sont 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. En utilisant le module Croisement de circuits, 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. Les fonctionnalités de modélisation sont :

  • Possibilité de modéliser deux circuits se croisant dans la même installation.
  • Le croisement des circuits 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©.



Liens utiles:

Contacts:

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Tél:(450) 461-3655
Fax:(450) 461-0966
 
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