Dans le monde high-tech d'aujourd'hui, tout change inévitablement et l'industrie électrique doit évoluer avec elle, sinon pour devenir obsolète et laissée pour compte. Les ingénieurs sont toujours sous pression pour économiser de l'argent, améliorer les conceptions et construire des systèmes plus efficaces. D'une part, c'est un must, mais il est important que l'industrie de l'électricité profite de tous les avantages qu'offre la technologie, même la technologie la plus avancée.
Technologie avancée
De nombreuses technologies innovantes peuvent être considérées comme des idées folles, originales ou même dans le cloud. La technologie de pointe prend de nombreuses formes. Certaines sont des technologies anciennes mais évoluent dans une nouvelle direction, d'autres sont des technologies de pointe et quelques-unes sont encore sur la planche à dessin mais peuvent être prêtes à changer les choses à tout moment.
Examinons quelques-unes des avancées technologiques en matière d'énergie renouvelable décrites dans les dernières nouvelles. Les panneaux de toit sont disponibles dans le commerce avec des propriétés photovoltaïques (PV), ce qui en fait de petits panneaux solaires. Les développeurs de produits testent des vêtements aux propriétés photoélectriques, sur le terrain, pour alimenter des appareils que de nombreuses personnes transportent dans la journée. Des recherches sur la couche de pulvérisation PV sont en cours, ce qui fait que toute surface est tournée dans la bonne direction comme source d'énergie.
Le processus ci-dessus travaille pour le développement de l'industrie de l'électricité, dans laquelle la sous-station est au centre de ce développement depuis de nombreuses années. Auparavant, mais il n'y a pas si longtemps, les conceptions de protection contre la foudre à oxyde métallique étaient considérées comme étranges, extrêmes et incroyables. L'idée qu'il était possible de réduire le niveau d'isolation en utilisant un dispositif interne contenant des objets qui ressemblaient à un anneau à l'époque était incroyable et dérangeante, mais maintenant personne ne doute de l'aspect pratique de ce type d'équipement. Le changement pour aller de l'avant est le moteur du développement de la technologie, aidant la sous-station à mieux fonctionner.
Questions de taille
Une meilleure isolation permet une acceptation de plus en plus mondiale des conceptions de sous-stations compactes, car les compagnies d'électricité sont confrontées au défi de fournir une capacité de sous-station pression dans les zones urbaines dans des conditions de sol limitées. En combinant une technologie de pointe avec des matériaux aux meilleures propriétés, les fabricants proposent désormais des appareils compacts. La conception de la sous-station isolée à l'air (AIS) est ainsi améliorée, plus compacte que jamais.
Ces conceptions AIS innovantes utilisent un certain nombre de technologies telles que: un transformateur d'instruments optiques, un isolateur de jeu de barres de type pantographe, et réduisent l'espacement des phases grâce à l'utilisation d'argiles à oxyde métallique améliorées réduisent les niveaux d'isolation. Les conceptions AIS utilisent également des disjoncteurs SF6 innovants. Le disjoncteur isolateur d'ABB (également fonction d'un isolateur) et Siemens Simobreaker utilisent une technologie mixte en combinant les capacités de l'isolateur et du disjoncteur. Les disjoncteurs Siemens Simover - également appelés disjoncteurs rotatifs - ont des transformateurs de courant, des isolateurs rotatifs et des disjoncteurs, tous intégrés en un seul.
La combinaison de la technologie d'isolation au gaz (SIG) et de la technologie d'isolation de l'air (AIS) permet de réduire la quantité d'espace au sol nécessaire aux sous-stations.
Il existe également un certain nombre de conceptions de sous-stations hybrides qui combinent la technologie SIG (sous-station isolée au gaz) et la technologie AIS, réduisant ainsi encore l'occupation des sous-stations. Les conceptions sont une combinaison d'appareils extérieurs montés à l'air et d'interrupteurs isolés au gaz SF6. Cette station mixte est une alternative plus économique à une station SIG pure, applicable à des sites quelque peu étroits par rapport aux exigences de l'AIS mais suffisamment grands pour la sous-station. Les concepteurs de sous-stations d'aujourd'hui disposent de bien plus d'options et d'outils que jamais.
Station de transformation supraconductrice
Une autre puissance susceptible de modifier la configuration de la sous-station est la technologie supraconductrice à haute température (HTS). HTS est utilisé depuis de nombreuses années, mais se limite à des projets pilotes pour tester des applications basées sur le réseau. Ces applications comprennent: le stockage d'énergie magnétique supraconductrice (SMES), le câble HTS et le dispositif de limitation du courant de défaut HTS, désormais installés sur les systèmes électriques de nombreuses compagnies d'électricité.
L'un des plus récents projets pilotes du département américain de l'énergie a été mis en œuvre sur le réseau de la Southern California Edison Electric Power Company (SCE). SCE installera un transformateur moyenne tension HTS au poste d'Irvine, Californie (USA). Le transformateur HTS est évalué à 69 / 12,47 kV, 28 MVA et aura des capacités de limitation de courant de défaut intégrées. Il s'agit d'un projet conjoint entre le département américain de l'énergie et l'industrie. Le ministère de l'Énergie finance le projet. Le côté de l'industrie comprend Waukesha Electrical Systems, Oak Ridge National Laboratory et SuperPower Inc.
Les concepts de conception HTS ont été testés et se sont avérés fiables, mais l'un des problèmes de mise en œuvre est le coût. Jusqu'à présent, chaque installation doit disposer d'un système d'assistance technique cryogénique, mais que se passe-t-il si plusieurs systèmes de réfrigération à très basse température sont fusionnés? Il y a des propositions pour construire une sous-station supraconductrice utilisant toutes sortes d'équipements HTS différents mais avec un seul système de refroidissement à très basse température desservant l'ensemble de la sous-station.
Les chercheurs pensent qu'une sous-station supraconductrice sera plus efficace car elle n'a pratiquement aucune perte. Les sous-stations HTS seront plus fiables, nécessiteront moins d'entretien, avec une enceinte conçue. La station nécessite également moins d'espace au sol - jusqu'à 70 % - et une sécurité accrue. Cela correspond certainement à la définition d'une idée innovante construite avec une technologie de pointe, mais il faudra du temps pour convaincre les sceptiques.
Station de transformation avec protocole Internet
Ce ne sont pas seulement les bâtiments extérieurs qui tombent sous le coup de la technologie. Il y a quelques années, la compagnie d'électricité de Seattle City Light (SCL - État de Washington) a reconstruit le système de contrôle du poste avec une nouvelle approche. SCL remplace le système centralisé de contrôle et d'acquisition de données (SCADA) basé sur des unités terminales distantes (RTU) par un système de communication basé sur la communication Protocole Internet (protocole Internet - IP). Ce nouveau système capture plus d'informations et est plus flexible que les systèmes SCADA traditionnels.
Les structures composites font une différence dans la conception des sous-stations
Ce système SCL utilise un ordinateur serveur de sous-station comprenant une sous-station PC SEL 3354 de Schweitzer Engineering Laboratories (État de Washington) fonctionnant sur le logiciel d'application Substation and Substation Explorer de SUBNET Solutions (Canada).). Le système utilise également le commutateur de la société GarrettCom (Californie) pour être connecté à des dispositifs électroniques intelligents (IED) en communiquant avec les dispositifs de la sous-station.
La technologie de contrôle de sous-station IP intégrée soutiendra et augmentera le nombre d'applications. Récemment, Cisco (Californie, USA) et Alstom (France) ont annoncé la mise en place d'un groupe collaboratif avec pour mission d'intégrer ce réseau IP avec les équipements de sous-stations et les systèmes de contrôle. Leur équipe combine des routeurs et des commutateurs qui résistent aux surtensions du réseau de Cisco avec les équipements électriques de la société Alstom tels que les isolateurs, les relais de protection et les condensateurs.Des systèmes de contrôle électriques et numériques assurent le fonctionnement de tous ces appareils. Alstom intègre désormais la plate-forme compatible IPv6 de Cisco dans ses appareils de sous-station pour faciliter la transition des protocoles de communication série SCADA vers une véritable communication sur réseau intelligent.
Avec cette transition, que se passe-t-il lorsque la connexion Internet terrestre est perdue? Bien sûr, ce service n'existe plus, les choses pourraient être interrompues, mais une autre technologie du 21e siècle est en route. La connexion Internet par satellite est indépendante des lignes de transmission terrestres. Les satellites permettent aux compagnies d'électricité de couvrir l'ensemble de leurs systèmes dans un seul réseau, ce qui est un énorme avantage en termes de révisions, modifications et mises à niveau.
Pour aller plus loin, le satellite peut être utilisé pour de nombreux autres services tels que les caméras de sécurité, le service téléphonique utilisant la voix sur IP et la transmission de fax. Tous peuvent être effectués en même temps, plus efficacement.
Les clôtures électriques empêchent les animaux de s'approcher des équipements vivants
Dispositif semi-conducteur
Les composants électroniques de puissance sont largement utilisés dans l'industrie électrique depuis de nombreuses années. Les systèmes à courant continu haute tension (HVDC) et les systèmes de transmission CA flexibles (FACTS) ne sont plus nouveaux. De nombreuses études sont en cours pour appliquer la technologie des semi-conducteurs de puissance aux disjoncteurs et transformateurs à semi-conducteurs.
Beaucoup de gens pensent que les performances des composants semi-conducteurs actuels sont trop faibles, pas assez pour fabriquer des coupeurs de courant et des transformateurs semi-conducteurs, mais cela se produit. Le développement de disjoncteurs DC de type semi-conducteur progresse. ABB travaille sur la conception d'un disjoncteur semi-conducteur hybride qui utilise des composants semi-conducteurs avec des isolateurs mécaniques pour les réseaux HVDC proposés en Europe.
Les transformateurs semi-conducteurs sont également étudiés dans le monde entier. Les transformateurs à semi-conducteurs ne sont pas des transformateurs de type sec avec un noyau magnétique; c'est un convertisseur de tension sans fer, acier ou cuivre comme on en trouve dans les appareils traditionnels de ce type. De l'avis de nombreuses personnes impliquées dans la recherche de transformateurs à semi-conducteurs, il s'agit d'un routeur numérique (routeur) pour le réseau. Cela semble assez tiré par les cheveux, mais l'idée a du sens.
Au Japon, le Digital Grid Consortium, une organisation à but non lucratif, a été formé pour développer ce transformateur semi-conducteur. Ce groupe comprend ORIX Corp, NEC Corp. et National Instruments. Selon certaines rumeurs, plusieurs fabricants japonais de matériel électrique envisagent de rejoindre ce groupe.
Selon le rapport du groupe, le dispositif remplacera les conceptions qui utilisent des enroulements de courant par AC-DC (convertisseurs de semi-conducteurs de puissance à semi-conducteurs AC-DC). -To-AC). Cette machine est entièrement fabriquée avec la technologie actuelle, mais en raison du coût limité, elle n'en est qu'au stade de la recherche, pas encore au stade du projet pilote, en attendant les percées technologiques à vendre.amène à améliorer l'économie de l'équipement.
Nouvelles propositions
Tout le monde sait que les oiseaux, les serpents et les écureuils ne savent pas lire. Ainsi, quel que soit le nombre de panneaux «Dangerous High Voltage», ces animaux continuent à court-circuiter le jeu de barres et d'autres équipements sous tension, provoquant des pannes de courant. Plusieurs applications de haute technologie sont maintenant disponibles sur le marché pour aider à résoudre ce problème.
Des colonnes et des structures composites trouvent leur chemin dans la sous-station. Certes, lent, mais la vérité est. Shakespeare Composite Structures Company (Caroline du Sud, États-Unis) développe des supports de jeu de barres et des supports de couteaux isolants dans les sous-stations. Selon la société Shakespeare Composite Structures, ces animaux agaçants peuvent sauter sur des supports en fibre de verre, mais sont beaucoup moins susceptibles de court-circuiter le sol et de s'écraser. La technologie de la fibre de verre et des composites est apparue il y a 50 ans, mais elle est toujours considérée comme avancée, mais il est trop long pour que ces technologies atteignent la sous-station.
TransGard Company (Pennsylvanie, USA) propose une solution innovante à ce problème. TransGard a développé une méthode très intéressante pour empêcher les animaux de ramper, ramper et ramper dans la station en les encerclant avec des clôtures électriques faites de planches spécialisées. Des panneaux sont installés autour des équipements que l'entreprise de services publics souhaite protéger. La Rochester Gas & Electric Company a installé le système dans toutes ses sous-stations, ce qui n'a entraîné qu'une seule panne de courant pour les animaux pendant de nombreuses années (voir T&D World, chroniqueur). Electric Utility Operations, numéro d'août 2012).
Pour les oiseaux, le problème est un peu plus compliqué, mais il existe déjà de nombreux produits sur le marché. Plus précisément, la société Bird-B-Gone (Californie, USA) propose de vendre des systèmes de brumisation chimique pour repousser les oiseaux et des portiques en plastique pour empêcher les oiseaux de se percher. Mais il y a un excellent produit de la technologie: c'est un système qui utilise une technologie sonore, qui émet des cris de danger et des oiseaux de proie de plus de 22 espèces différentes à des moments et à des moments du temps. Avec cette variété, les oiseaux ne ressentent pas toujours la même chose. Au contraire, les sons les dérangent et vont là où ils se sentent le plus en sécurité.
Connexion du poste de transformation
L'électronique intelligente (IED), les microprocesseurs de toutes sortes et autres appareils de haute technologie ont été conçus pour fonctionner avec les technologies optiques, sans fil et Ethernet des sous-stations d'aujourd'hui. Ces appareils sont capables de transférer les données de virage de plusieurs capteurs dans des liaisons de communication numériques et d'utiliser ces données au niveau de la sous-station.
Les petits équipements FACTS (compensation de condensateurs) installés dans la sous-station contribuent à améliorer la qualité de l'électricité
De nombreuses entreprises de services publics ont du mal à connecter des équipements à l'intérieur et à l'extérieur de la sous-station simplement en raison des méthodes de connexion. Auparavant, en utilisant principalement la technologie de câblage, mais le câble à fibre optique change les conceptions traditionnelles. Le câble à fibre optique est également une méthode plus rentable pour connecter l'électronique intelligente, les capteurs et l'équipement de surveillance, par rapport au câble de co-contrôle.
Le durcissement du circuit de commande prend beaucoup de travail, nécessitant un technicien pour connecter chaque fil de commande au système. Il faut des centaines d'heures pour cartographier la connexion, installer les câbles, les dispositifs de câblage, tester les circuits et enregistrer les modifications sur les dessins de finition. Cette approche convient aux conditions antérieures où la main-d'œuvre était abondante, mais dans l'environnement actuel, les ressources sont limitées et doivent être utilisées à bon escient.
Le commutateur Ethernet agit comme une liaison montante pour permettre une transmission à haut débit, augmentant les taux de transfert de données nécessaires pour relier le contrôle, la protection et l'équipement. Les chemins de données peuvent être de différents types - tels que les chemins de contrôle et de test, les chemins de surveillance des données et la transmission de données générale - qui peuvent être stockés ou nettoyés selon les besoins, grâce à des systèmes réels.
Les dispositifs de protection et de contrôle multifonctionnels utilisant une logique logicielle, combinés à des câbles à fibre optique, permettent de simplifier et d'accélérer l'ensemble du processus et nécessitent beaucoup moins de main-d'œuvre. De plus, l'utilisation d'un câble à fibre optique présente de nombreux avantages inhérents. La fibre est insensible aux interférences électromagnétiques, il est donc possible de disposer des dispositifs électroniques intelligents (IED) et des capteurs à de très longues distances, de combiner plusieurs capteurs sur une seule fibre optique et de monter la réservation.
Changer ensemble
Dans le monde high-tech d'aujourd'hui, tout change inévitablement et l'industrie électrique doit évoluer avec elle, sinon pour devenir obsolète et laissée pour compte. Les ingénieurs sont toujours sous pression pour économiser de l'argent, améliorer les conceptions et construire des systèmes plus efficaces. D'une part, c'est un must, mais il est important que l'industrie de l'électricité profite de tous les avantages qu'offre la technologie, même la technologie la plus avancée.
La technologie est continuellement façonnée, évoluée et évoluée, conduisant à une amélioration des fonctionnalités et de la qualité d'un appareil. Les fabricants introduisent constamment de nouvelles applications pour les systèmes de commande et de communication numériques. Les stations de transformation sont désormais considérées comme modernes, mais il viendra un moment où les ingénieurs et techniciens du futur se demanderont comment l'industrie de l'électricité a pu répondre à leurs besoins en électricité avec des appareils aussi obsolètes.
Les progrès technologiques inspirent une réflexion créative sur les sous-stations de nouvelle génération. Dans le passé, l'ingénieur de sous-station était limité par le manque d'outils, mais maintenant la situation est différente. Ce qui nous limite plus que maintenant, c'est de savoir si nous sommes prêts à l'accepter ou non. L'industrie électrique n'a plus qu'un seul sac à outils, mais une armoire à outils complète à utiliser à volonté.
