HIFREQ | Analyse des champs électromagnétiques


HIFREQ est un des composants principaux des logiciels MultiFields, MultiFields+ et MultiFields Pro. Il s'agit d'un puissant module de calcul qui peut résoudre n'importe quel problème électromagnétique portant sur les réseaux de conducteurs hors sol orientés de façon arbitraire (dénudés ou revêtus, creux ou massifs) et n'importe quelle configuration complète de composants se trouvant habituellement dans des systèmes électriques tels que des câbles, des postes électriques à isolation gazeuse, des lignes de transmission à isolation gazeuse, des transformateurs, des plaques métalliques et plus encore. Des sources de courant, de tension ou d'élévation de potentiel de terre (EPT) peuvent alimenter ces composants; une onde plane ou une alimentation de champ électrostatique supplémentaire peut être prise en compte.




Description technique

HIFREQ est un outil de calcul optimal qui peut aborder des problèmes électromagnétiques complexes impliquant un système de conducteurs qui peut être composé de divers matériaux, assemblé dans diverses configurations et inclure des plaques métalliques, des câbles coaxiaux ou multicœurs, des postes ou des lignes électriques à isolation gazeuse, des transformateurs et des composants localisés variés (p. ex. : résistances, inducteurs et condensateurs, etc.). HIFREQ est le seul module de calcul qui offre des solutions précises à des problèmes sur les phénomènes transitoires et le régime permanent dont la fréquence se situe entre zéro et des centaines de mégahertz en vue d'une analyse sur les conducteurs enterrés et hors sol. Il calcule les champs électriques et magnétiques dans l'air et au sol ainsi que les potentiels de conducteur et de sol et la distribution de courant dans le sol et dans les conducteurs.


Les objets typiques qui peuvent être modélisés dans HIFREQ.


Transformateurs, câbles, postes électriques à isolation gazeuse, barres d'armature et conducteurs dans HIFREQ.



Faits saillants

HIFREQ calcule la distribution de courant dans des réseaux de conducteurs et de plaques enterrés et hors sol ainsi que les potentiels scalaires et les champs électriques et magnétiques générés par la distribution de courant dans le réseau électrique. HIFREQ a été conçu pour résoudre des problèmes avec précision sans ignorer les caractéristiques du sol. HIFREQ peut modéliser des sols à couches horizontales qui peuvent avoir des résistivités, des permittivités et des perméabilités relatives distinctes. Il peut également effectuer ces calculs pour des conducteurs et des plaques dans un milieu infini. Avec HIFREQ, vous pouvez :

  • Étudier les phénomènes transitoires (tels que la foudre, les surtensions de manœuvre et tout problème de surtension concevable) et les perturbations des réseaux et structures de systèmes électriques et des systèmes de mise à la terre dont les fréquences peuvent se situer entre zéro et des centaines de mégahertz.
  • Calculer la distribution de courant et de potentiel dans tous les conducteurs et les plaques, les valeurs des champs électromagnétiques dans l'air et au sol et les tensions le long de trajets bien définis en raison de systèmes électriques enterrés ou situés dans les airs. Il est possible de définir un nombre arbitraire d'alimentations de courant, de tension et d'EPT complexes à différents emplacements arbitraires de systèmes. De plus, il est possible de spécifier l'alimentation d'ondes planes ou de champs électrostatiques.
  • Calculer les interférences électromagnétiques de pipelines, de voies ferrées, de lignes de communication, etc., en une seule étape. Les effets inductifs, capacitifs et conductifs sont pris en compte simultanément.
  • Analyser les problèmes de protection cathodique et optimiser les capacités et les emplacements de redresseurs de structures protégées couvrant des centaines de kilomètres.
  • Utiliser FFTSES, un outil de transformation de Fourier entièrement intégré et automatisé, pour visualiser les champs électromagnétiques dans le domaine temporel.
  • Étudier les interférences de rerayonnement ou calculer les distributions de courant dans les structures d'antennes monopôles, quarts d'onde et autres excitées à des fréquences pouvant atteindre des centaines de mégahertz.
  • Calculer l'induction entre des circuits arbitraires à des fréquences faibles et élevées et lors de conditions de surtension.
  • Déterminer les impédances propres et mutuelles ainsi que les capacités de ces circuits, qu'ils se trouvent au-dessus ou au-dessous du sol.


Caractéristiques techniques

HIFREQ présente les fonctionnalités puissantes et flexibles suivantes :

  • Choisissez de demander au logiciel de calculer automatiquement la distribution de courant dans le système de conducteurs en fonction d'un groupe de courants imposés ou de tensions de source ou spécifiez explicitement les courants dans les conducteurs.
  • Enquêtez sur les effets de différents phénomènes individuellement : par exemple, vous pouvez choisir d'ignorer les effets d'induction ou la fuite de courant aux extrémités de conducteurs.
  • Modélisez des structures de sols à couches horizontales ou dans un milieu uniforme infini.
  • Sélectionnez une combinaison de quatre méthodes d'alimentation du réseau : injections de courant, sources de tension, alimentations d'EPT (lors desquelles la tension est rattachée à une valeur spécifiée à un moment en particulier) et champs électromagnétiques ou électrostatiques appliqués à l'externe.
  • Modélisez des transformateurs monophasés ainsi que divers types de transformateurs triphasés.
  • Définissez des câbles coaxiaux ou tuyautés dans le réseau.
  • Modélisez des postes ou des lignes électriques monophasés et triphasés à isolation gazeuse.
  • Modélisez des paramètres localisés tels qu'une résistance, un inducteur ou un condensateur au sein d'un conducteur.
  • Prend en charge les conducteurs dénudés, revêtus, creux et massifs.


Renseignements additionnels

Alimentation en tension :

Une alimentation en tension représente un simple modèle pour un générateur de tension de CA. Lorsqu'une alimentation en tension est spécifiée pour un conducteur, elle augmente le long de celui-ci selon une quantité spécifiée par l'utilisateur.


Impédances localisées :

Il est possible de définir l'impédance d'un conducteur en joignant tout simplement la combinaison d'une résistance, d'une inductance et d'une capacité à ce conducteur. Ensuite, le programme calcule l'impédance de charge résultante à la fréquence d'alimentation.


Alimentation de potentiel (ou d'EPT) :

Il est possible d'utiliser une alimentation en potentiel afin de forcer le potentiel scalaire à la surface d'un conducteur (EPT) à être d'une valeur spécifiée par l'utilisateur. Le courant circulant dans le conducteur est ajusté automatiquement afin d'atteindre ce potentiel.

Les alimentations de tension et de potentiel sont souvent utilisées de concert avec les impédances localisées afin d'établir des niveaux de courant et de tension appropriés pour des lignes de transmission modélisées dans HIFREQ. Toutefois, leur utilisation ne se limite pas à cette application en particulier. En fait, il est possible d'utiliser ces fonctions dans HIFREQ afin d'effectuer des calculs conventionnels sur la théorie du circuit.


Revêtement :

Dans HIFREQ, tous les conducteurs peuvent être isolés du milieu environnant par un revêtement physique (c.-à-d. réaliste), p. ex. : une couche de matériel diélectrique dont l'épaisseur, la résistivité, la permittivité et la perméabilité sont définies par l'utilisateur.


Champ appliqué :

La réponse d'un réseau de conducteurs à la présence d'un champ électromagnétique appliqué à l'externe peut s'avérer très intéressante, surtout pour simuler les effets de foudroiements ou de perturbations géomagnétiques éloignés. HIFREQ peut effectuer ces calculs pour deux formes différentes de champs appliqués à l'externe : un champ électrique constant (électrostatique) ou une onde plane électromagnétique générale. Les caractéristiques du champ appliqué dans l'air qui ont été fournies par l'utilisateur sont utilisées pour calculer le champ appliqué partout ailleurs ainsi que la distribution de courant dans le réseau. Les champs dispersés qui sont entraînés par cette circulation de courant peuvent être obtenus.


Transformateurs :

HIFREQ offre des modèles de transformateurs monophasés et triphasés qui facilitent l'étude de systèmes à plusieurs niveaux de tension ou de nombreuses autres applications où des transformateurs sont utilisés dans l'industrie de l'électricité. Deux types de transformateurs, soit « Idéal » et « Général », peuvent être définis. Le transformateur « Idéal » est parfait, sans perte, infini au niveau du couplage mutuel et caractérisé par un rapport de tension alors que le modèle de transformateur « Général » tient compte des inductances propres et mutuelles, des résistances et de la fuite de flux magnétique. D'autres transformateurs tels que les autotransformateurs et les transformateurs triphasés peuvent être créés en réunissant plusieurs transformateurs monophasés. Une base de données de transformateurs prédéfinis contient les types les plus fréquents de connexions disponibles de l'industrie.


Câbles :

Avec HIFREQ, la modélisation de câbles complexes et à plusieurs phases est aussi simple que celle d'un seul conducteur massif. HIFREQ vous permet de définir un ou plusieurs types de câbles concentriques (coaxiaux) ou tuyautés (multicœurs). Ces types de câbles peuvent alors être assignés à des conducteurs de réseaux en transformant ces derniers en câbles. Les câbles coaxiaux peuvent être composés d'au plus trois composants distincts (le cœur, la gaine et l'armure) présentant des caractéristiques électriques arbitraires. Les câbles multicœurs peuvent comprendre un nombre illimité de câbles coaxiaux entourés d'une enveloppe présentant des caractéristiques arbitraires. Les caractéristiques du matériau isolant entre les composants de câble et à l'intérieur de l'enveloppe peuvent également être spécifiés.


Postes et lignes électriques à isolation gazeuse :

Il est aussi facile de spécifier des postes ou des lignes électriques à isolation gazeuse que de spécifier des câbles, y compris les câbles tuyautés. Un poste ou une ligne monophasé ressemble à un câble tandis qu'un poste ou une ligne triphasé ressemble au câble tuyauté plus général. La modélisation de tels systèmes effectuée de cette façon assure une distribution efficace du courant de défaut, car HIFREQ tient compte des effets inductifs entre les conducteurs intérieurs et leurs enveloppes.


Plaques :

Il est possible d'utiliser de minces plaques métalliques afin de créer des objets de diverses formes tels que des cuves de transformateurs, des véhicules, des armoires de matériel électronique, des enveloppes métalliques, etc., qui peuvent se trouver dans des postes électriques et dans d'autres environnements assujettis à des interférences électromagnétiques. Le modèle tient compte de courants circulant dans les plaques et du courant de fuite sortant d'elles et entrant dans l'environnement. La distribution de courant est déterminée en subdivisant automatiquement des plaques en facettes planaires et quadrilatérales plus petites, suivies par la solution pleine onde se basant sur des équations intégrales pour le calcul de courants inconnus. Les calculs tiennent compte de l'impédance interne des plaques. Les jonctions entre les câbles et les plaques sont entièrement prises en charge afin de permettre le transfert de courant dans des réseaux comptant ces deux composants. Avec ces fonctionnalités ajoutées, HIFREQ peut fournir une modélisation précise pour un large éventail de problèmes de câbles et de plaques liés à des réseaux de mise à la terre et à des interférences électromagnétiques.