Louis-Philippe Bérubé Chaire HQTE / RTE SML Structures et mécanique des lignes de transport d énergie électrique 18 Juin 2010

Transcription

1 Analyse dynamique non-linéaire des structures de lignes électriques lors de bris de conducteurs Louis-Philippe Bérubé Chaire HQTE / RTE SML Structures et mécanique des lignes de transport d énergie électrique 18 Juin 2010

2 Pourquoi étudier les bris de conducteurs? Danemark 1966 : une rupture de conducteurs engendra la perte de 167 tours de 150kV. 2. Wisconsin 1975 : 289 tours sont tombées en cascade suite à un bris de conducteur.

3 Fiabilité du réseau électrique

4 Définition des termes

5 Dynamique des bris de conducteurs

6 Dynamique des bris de conducteurs

7 Objectif du projet Évaluer l effet de l ajout d un mécanisme de ruine ductile dans la réponse dynamique des structures de ligne électrique. Pour atteindre cet objectif, deux approches ont été combinées: Une approche expérimentale à l aide d une ligne à échelle réduite; Une approche analytique numérique par éléments finis à l aide du logiciel Code-Aster.

8 Banc d essais de ligne à échelle réduite Caractéristiques principales Longueur de 37.5m Échelle de référence 1:40 5 portées Pylônes à configuration adaptable

9 Banc d essais de ligne à échelle réduite Caractéristiques des pylônes d alignement Hauteur, rigidité et masse adaptable Capacité d ajout non-linéaire à la base et à la console Non-linéaire Non-linéaire et rigidité

10 Banc d essais de ligne à échelle réduite Caractéristiques des pylônes d alignement - suite Ajustement de la longueur des isolateurs

11 Banc d essais de ligne à échelle réduite Caractéristiques de l instrumentation 2 caméras haute-vitesse [C1 et C2] 2 lasers [L1 et L2] 1 accéléromètre tri-axes [A1] Jauges pour mesure des efforts à la console [MC1] 3 niveaux de Jauges à la base [MB1, MB2, MB3]

12 Banc d essais de ligne à échelle réduite Caractéristiques de l instrumentation - suite MB1 MB2 MB3 C2

13 Description des essais expérimentaux

14 Description des essais expérimentaux Isolateurs 0mm, Tension 53N Isolateurs 76mm, Tension 53N

15 Résultats Expérimentaux Effets de la rigidité des pylônes Réduction Réduction Moment à la Base du pylône 1 Moment à la Base du pylône 2 a3_1: Plaque acier, Rigidité à 8Hz (Rouge) a8_1: Plaque aluminium, Rigidité à 4Hz (Bleu)

16 Résultats Expérimentaux Effets de la rigidité des pylônes - suite Observations Réduction des efforts de 2 à 13% Réduction des efforts plus marquée sous tension élevée

17 Résultats Expérimentaux Fusible ductile à la console Introduction d une entaille à la console pour limiter la capacité flexionnelle de celle-ci. Vidéo a22_t Vidéo a20_1

18 Résultats Expérimentaux Fusible ductile à la console

19 Résultats Expérimentaux Fusible ductile à la console fusible optimisé Observations Réduction des efforts sur le premier pylône avec légère augmentation de l effort maximum sur le deuxième pylône pour une réduction totale de 26% de l effort. Réduction Augmentation a3_1 Élastique (rouge), a22_1 avec fusible (bleu)

20 Résultats Expérimentaux Fusible ductile à la console fusible trop faible Observations Réduction des efforts sur le premier pylône, par contre, grande augmentation de l effort sur le deuxième pylône revenant à l effort maximum en élastique. Réduction Augmentation a3_1 Élastique (rouge), a21_1 avec fusible(bleu)

21 Résultats Expérimentaux Fusible ductile à la console fusible trop faible Observations Réduction des efforts sur le premier pylône, par contre, grande augmentation de l effort sur le deuxième pylône revenant à l effort maximum en élastique. Réduction Augmentation a3_1 Élastique (rouge), a21_1 avec fusible(bleu)

22 Résultats Expérimentaux Fusible ductile à la console comparaison des fusibles Observations Le manque de capacité ductile du fusible (a21_1) présente une augmentation des efforts au pylône 2 qui ne se produit pas autant avec le fusible (a22_1). De plus il n apporte pas de diminution supplémentaire au pylône 1. Augmentation a21_1 avec fusible de faible capacité (rouge), a22_1 avec fusible optimale (bleu)

23 Résultats Expérimentaux Fusible ductile à la console comparaison des fusibles - suite Observations Nous pouvons observer que la réponse du système décrite précédemment s applique aussi si le pylône possède un isolateur. Pylône 1 Pylône 2

24 Résultats Expérimentaux Fusible ductile à la console comparaison des fusibles - suite Observations Nous pouvons observer qu il existe un point maximal d optimisation pour un système donné. La présence d isolateur requiert une épaisseur à l entaille plus mince. Mais le système répond tout de même de façon similaire. Optimal Optimal Maximum pylône 1 et 2, avec 0 et 76mm d isolateur

25 Résultats Expérimentaux Fusible ductile à la console résumé des résultats

26 Résultats Modélisations Validation préliminaire Des séries de modélisations ont été effectuées sur deux études antérieures, soit celles de Mozer (1978) et de Kempner (1997). Ces études nous ont permis de mettre en place des paramètres de modélisation qui nous ont servit de références pour les modélisations de ce présent projet. Pylône utilisé par Mozer (1978)

27 Résultats Modélisations Validation préliminaire modèle numérique Exemple modèle numérique Détail banc d essais Mozer (1978)

28 Résultats Modélisations Résultats de modélisation Mozer 1978 CAS E20

29 Résultats Modélisations Résultats de modélisation Mozer suite CAS E20

30 Résultats Modélisations Résultats de modélisation Mozer suite Observations Nous pouvons observer une très bonne concordance entre notre modèle et les résultats des essais de Mozer. Moment à la base du Pylône 1 Cisaillement à la console du Pylône 1

31 Résultats Modélisations Résultats de modélisation Mozer suite Observations Certains modèles présentaient des différences entre les résultats de Mozer et les résultats des modélisations élastiques. L ajout d éléments permettant la plastification du câble de garde dans le modèle selon des paramètres de matériaux standard ont permis d obtenir une meilleure correspondance. Moment à la base du Pylône 1

32 Résultats Modélisations Résultats des modélisations expérimentations Observations Nous pouvons observer une bonne concordance entre notre modèle numérique et les résultats de laboratoire en linéaire. Moment à la Base du pylône 1 Moment à la Base du pylône 2

33 Résultats Modélisations Résultats des modélisations expérimentations - suite Observations Nous pouvons aussi observer une bonne concordance entre notre modèle numérique prenant en compte la plastification de la console et les résultats expérimentaux Moment à la Base du pylône 1 Moment à la Base du pylône 2

34 Modélisation Portique Détails Pylône 160m

35 Modélisation Portique Modélisation préliminaire - suite: -Fusibles sous la forme de plaques de 500mm de long par 220mm de haut. Pylône 160m

36 Modélisation Portique Modèle élastique

37 Modélisation Portique Modèle ÉlastoPlastique

38 Modélisation Portique Résultats pylône 1 Réf: 814kNm -37% 511kNm Pylône

39 Modélisation Portique Résultats Pylône 2

40 Conclusion