La recherche pourrait limiter les pertes économiques des centrales électriques après les tremblements de terre

Au sommet des transformateurs de puissance se trouvent des systèmes de traversées qui jouent un rôle essentiel dans l’approvisionnement en électricité des communautés. Cependant, ces objets sont également susceptibles de se briser lors de tremblements de terre. Une fois endommagées, les traversées peuvent provoquer des pannes généralisées et imposer à l’État des réparations coûteuses.

Dans une étude récente, des chercheurs de la Texas A&M University ont montré qu'en cas d'activité sismique élevée, l'intégrité structurelle des systèmes de bagues peut être mieux maintenue en renforçant leurs bases avec des raidisseurs en acier. En outre, en utilisant des études d'évaluation des pertes basées sur la probabilité, ils ont constaté que le fardeau économique dû aux dommages causés aux systèmes de traversées par les tremblements de terre est jusqu'à 10 fois inférieur pour les systèmes de traversées de transformateur renforcés en acier par rapport aux autres configurations de traversées.

"Les systèmes de traversées de transformateur sont vitaux pour les réseaux de sous-stations électriques, et ces composants sont particulièrement vulnérables dans les régions très sismiques, comme en Californie ou dans certaines parties du nord-est", a déclaré Maria Koliou, professeur adjoint au département de génie civil et environnemental de Zachry. « Nous avons mené une évaluation complète des risques et des pertes de l'impact des traversées endommagées en termes de coût et de temps de récupération pour les réseaux électriques. »

Les détails de l'étude sont publiés dans le numéro de juillet de la revue Structure and Infrastructure Engineering.

Une traversée électrique est un revêtement en forme de manchon qui entoure un conducteur transportant un courant électrique haute tension. Généralement situés à proximité des transformateurs ou des disjoncteurs, ces systèmes garantissent que les courants électriques ne s'échappent pas des fils métalliques. Les bagues sont constituées d'isolants, notamment de porcelaine, et remplies d'huile minérale.

Malgré leur capacité à résister à des champs électriques puissants, les traversées sont fragiles et peuvent facilement se fissurer en cas de forte activité sismique. Par conséquent, tout dommage sur ceux-ci constitue un risque électrique. Des dommages structurels plus importants au système de traversées peuvent entraîner des pannes de courant généralisées et des coûts de remplacement élevés.

Une façon possible d'atténuer les dommages et les réparations consiste à renforcer la bague avec des plaques d'acier. Tout comme une fondation solide peut améliorer la stabilité d'un bâtiment, il a été démontré que des raidisseurs de flexion en acier aussi proches que possible de la base de la traversée améliorent la stabilité de la traversée lors des tremblements de terre. Cependant, Koliou a déclaré qu'il manquait une analyse plus complète de l'impact de la vulnérabilité sismique sur les systèmes de traversées en termes de coûts de récupération.

Pour combler cette lacune, Koliou et son étudiant diplômé, Andrew Brennan, ont mené une analyse probabiliste pour comparer les pertes économiques résultant de l'endommagement des bagues pour différentes intensités de mouvements du sol. Ils ont étudié des traversées de différentes géométries représentatives de scénarios moyenne et haute tension. Plus important encore, certaines bagues étaient dotées de raidisseurs en plaques d'acier et d'autres n'en avaient pas dans leur conception d'origine.

Koliou et Brennan ont constaté que les pertes économiques dues aux intensités sismiques prises en compte dans l'étude étaient inférieures de 33 à 55 % lorsque les bases des traversées étaient renforcées par des plaques d'acier. En fait, les pertes annuelles attendues pour les bagues sans raidisseurs en acier étaient au moins 2,5 à 10 fois plus importantes lorsqu'elles étaient soumises à différents mouvements du sol.

« Nos résultats montrent que les raidisseurs en acier sont efficaces pour empêcher les bagues d'être endommagées, mais ce que signifie « efficace » pour un ingénieur en structure peut avoir peu de sens pour quelqu'un qui ne l'est pas. Nous voulions généraliser nos résultats de manière plus pratique pour les parties prenantes autres que les ingénieurs », a déclaré Koliou. « Nous avons donc quantifié l'avantage de l'utilisation de raidisseurs en acier en termes de valeur monétaire et de temps qu'il faudrait pour récupérer pour une variété de scénarios de tremblement de terre, ce qui est plus facilement interprétable. »

Cet article de Vandana Suresh a été initialement publié sur le site Web du College of Engineering.

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