Optimisation des Canalisations Electriques et des Armoires de Distribution

THESE CIFRE SCHNEIDER-ELECTRICPower busbars, busways, trunkings and more generally all kinds of interconnections are the bare bones of all electrical networks. These devices should be fully ‘transparent' but their design shows a lack of optimization regarding to energy efficiency. Optimal behavior is obtained when the voltage does not drop, i.e. neither Joule losses nor frequency induced reactive power occur therein.In order to adapt the design to such phenomena (through a dedicated CAD tool), a natural modeling method is introduced. Whereas finite element methods comply with electromechanical actuators, the so-called PEEC (Partial Element Equivalent Circuit) modeling method is more efficient for interconnections.Through couplings with optimizers, this method is able to optimize the design of multi-conductor systems, both by adapting their layout to avoid proximity effects, or –as shown here- by defining a cross-section shape compliant with skin effects. Reachable savings are huge as optimization margins are often up to here unexplored. As busbars are also often enclosed in a steel shielding, an extension of the PEEC method –named ‘µPEEC'– is developed to consider magnetization in ferromagnetic part.The definition of optimization objectives is oriented regarding to life cycle analysis and to considering minimum environmental impact. Optimization earnings are extrapolated regarding to those criteria.Les jeux de barres, canalisations électriques préfabriquées et plus généralement toutes les interconnexions sont indispensables à l'architecture de la filière électrique. Ces connectiques que l'on souhaiterait ‘transparentes' sont néanmoins le ‘parent pauvre' de l'optimisation car elles sont le lieu de pertes par effet Joule souvent largement supérieures au minimum théorique, du fait de répartitions de courant non-uniformes dans leurs sections.Afin de prendre en compte ce phénomène dès la conception (au travers d'un outil logiciel dédié), on introduit une méthode de modélisation adaptée. Alors que les méthodes éléments finis sont adaptées aux organes de conversion électromécaniques, les connexions sont plus naturellement modélisées par la méthode PEEC (Partial Element Equivalent Circuit).Couplée à des optimiseurs, cette méthode se révèle très efficace pour améliorer le design des conducteurs, tant sur l'agencement des barres pour lutter contre les effets de proximité que, comme on le montre ici, sur la forme des sections pour minimiser l'effet de peau par couplage à des algorithmes génétiques. Les outils développés donnent alors accès à une marge de gain importante jusqu'ici peu explorée. Afin de s'adapter aux dispositifs étudiés, dont une partie est entourée d'enveloppes métalliques, une extension de la méthode (baptisée ‘µPEEC') prenant en compte l'aimantation des tôles ferromagnétiques est proposée.Pour l'épineux problème du choix de fonction objectif, l'analyse du cycle de vie et la recherche du moindre impact environnemental peuvent orienter l'arbitrage entre coût matière et pertes Joule consenties. Une extrapolation des gains accessibles est proposée