Publication: Étude de l'impact des harmoniques de courant sur le comportement thermiques des cables BT grace aux elements finis
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Publication date
2009-02
Defense date
2009
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Abstract
En el sistema eléctrico existen un número importante de elementos y cargas electrónicas que presentan un comportamiento no lineal. Estas cargas provocan la aparición de corrientes con una frecuencia distinta a la frecuencia fundamental. Cuando se adicionan formas de onda de corriente con frecuencias múltiplo de la frecuencia fundamental aparecen las corrientes armónicas. Estas corrientes armónicas tienen como consecuencia inmediata el incremento de la corriente eficaz circulante por los conductores. Dado que en nuestro caso se trata de cables, estas corrientes armónicas provocan el incremento de la corriente circulante por las fases y por el neutro. Cabe destacar que en el neutro se adicionan las corrientes con frecuencia múltiplo de tres de la frecuencia fundamental. Las corrientes con una frecuencia que no sea múltiplo de tres de la fundamental se anulan. En todos los conductores se producen unas pérdidas por efecto Joule, estas pérdidas, son debidas a la eliminación de energía en forma de calor. Las pérdidas por efecto Joule son función de la corriente, por lo que un aumento de la corriente provocará el incremento de las pérdidas, a continuación un calentamiento del cable y si este fuese excesivo a la disminución de la vida del cable. El objeto de este estudio es poder calcular el calentamiento de cables de baja tensión debido al aumento de las pérdidas por efecto Joule causadas por las corrientes armónicas. Para realizar el estudio se diseñara un modelo para cables de baja tensión y se efectuarán simulaciones por el método de los elementos finitos. De esta manera se pretende prever el calentamiento de los cables y sobretodo del neutro dado que normalmente el neutro tiene una superficie inferior a la de las fases y las corrientes armónicas influyen en mayor medida en el neutro. El estudio versará sobre cables con una sección de 150 mm2 por fase y con diferentes neutros. Se realizaran las simulaciones con el programa de elementos finitos Comsol. Se procederá comenzando por realizar simulaciones sencillas para ir desarrollando el modelo hasta que los resultados sean acordes a la realidad.------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Dans un système électrique il existe un grand nombre d’éléments et charges électroniques qui présentent des caractéristiques non-linéales. Pour différents raisons, on peut avoir des charges électroniques qui font apparaître des formes d’onde avec une fréquence différente. La forme d’onde résultante est formée par un nombre d’ondes sinusoïdales de différentes fréquences. C’est formes d’onde avec une fréquence multiples de la fréquence fondamental provoquent l’apparition des courants harmoniques. Ces harmoniques de courant provoquent l’augmentation du courant qui circule dans les phases et par le neutre ce qui va créer des pertes joules supplémentaires. Ces pertes joules produisent un échauffement du matériel utilisé et par la suite, à la réduction de sa durée de vie. L’objet de cette étude est de pouvoir calculer l’échauffement du câble dû à l’augmentation des pertes Joules causées par les harmoniques de courant. Pour faire l’étude on va réaliser un modèle pour les câbles basse-tension et effectuer une simulation par la méthode des éléments finis, afin de pouvoir prévoir l’échauffement des phases du câble et surtout l’échauffement du neutre. L’étude s’intéressera aux câbles avec une section de 150 mm2 à chaque phase et on étudiera l’échauffement produit par la circulation de courants, et ce pour différents cas et avec différentes structures de conducteur du neutre. L’objectif principal ici est l’étude des câbles BT avec conducteur de neutre. Lorsque la température est très haute, la durée de vie du câble est réduite. Les câbles avec une surface de neutre plus petite sont plus sensibles aux harmoniques. Pour réaliser cette étude on va réaliser la simulation des harmoniques de courant à l’aide de Comsol, suivant la méthode des éléments finis. On a commencé par faire des simulations assez simples pour comprendre le fonctionnement du logiciel Comsol, puis on est passé à la construction d’un modèle pour réaliser les simulations de trois câbles différents.
Dans un système électrique il existe un grand nombre d’éléments et charges électroniques qui présentent des caractéristiques non-linéales. Pour différents raisons, on peut avoir des charges électroniques qui font apparaître des formes d’onde avec une fréquence différente. La forme d’onde résultante est formée par un nombre d’ondes sinusoïdales de différentes fréquences. C’est formes d’onde avec une fréquence multiples de la fréquence fondamental provoquent l’apparition des courants harmoniques. Ces harmoniques de courant provoquent l’augmentation du courant qui circule dans les phases et par le neutre ce qui va créer des pertes joules supplémentaires. Ces pertes joules produisent un échauffement du matériel utilisé et par la suite, à la réduction de sa durée de vie. L’objet de cette étude est de pouvoir calculer l’échauffement du câble dû à l’augmentation des pertes Joules causées par les harmoniques de courant. Pour faire l’étude on va réaliser un modèle pour les câbles basse-tension et effectuer une simulation par la méthode des éléments finis, afin de pouvoir prévoir l’échauffement des phases du câble et surtout l’échauffement du neutre. L’étude s’intéressera aux câbles avec une section de 150 mm2 à chaque phase et on étudiera l’échauffement produit par la circulation de courants, et ce pour différents cas et avec différentes structures de conducteur du neutre. L’objectif principal ici est l’étude des câbles BT avec conducteur de neutre. Lorsque la température est très haute, la durée de vie du câble est réduite. Les câbles avec une surface de neutre plus petite sont plus sensibles aux harmoniques. Pour réaliser cette étude on va réaliser la simulation des harmoniques de courant à l’aide de Comsol, suivant la méthode des éléments finis. On a commencé par faire des simulations assez simples pour comprendre le fonctionnement du logiciel Comsol, puis on est passé à la construction d’un modèle pour réaliser les simulations de trois câbles différents.
Description
Keywords
Sistemas eléctricos, Corrientes armónicas, Cables de baja tensión, Comportamiento térmico, Efecto Joule, Simulación por ordenador, Método de elementos finitos, Comsol