Durabilité des conducteurs et des accessoires de lignes aériennes – Evaluation de l'état et prolongation de durée de vie des conducteurs - Vol. 1

Cette Brochure Technique (BT) (Volume 1) présente, pour les conducteurs classiques et d'accessoires associés, l'état de l'art sur :

• Les mécanismes de vieillissement des conducteurs
• Les essais des composants, neufs et âgés, les capteurs, les outils et la surveillance de diagnostic d'état
• Les pratiques de gestion des actifs

L'objectif est de présenter un état de l'art complet sur le sujet, avec des informations nouvelles sur :

• Les mécanismes de corrosion et leur classification
• Une proposition d'essai séquentiel
• Une synthèse des essais des conducteurs âgés
• L'état de l'art en matière de surveillance de la corrosion et de la fatigue
• Des exemples pratiques: d'analyse de défaillance de raccord, d'évaluation de l'amplitude de flexion limite pour des tensions mécaniques spécifiques, d'essais séquentiels des conducteurs, des entretoises, etc.
• La vue d'ensemble des pratiques de gestion des actifs et une durée de vie moyenne par composant

Le Volume 2 proposera des recommandations en matière d'utilisation des résultats des essais, d'inspections, de maintenance et de remplacement des conducteurs et des accessoires, avec des études de cas à titre d'exemples.

Mécanismes de vieillissement

Corrosion

L'évaluation et la prévision de la corrosion des conducteurs (Figure 1) est difficile, du fait de leur géométrie complexe, de la variété des matériaux, et des environnements différents.

Un plus grand nombre de couches d'aluminium entourant l'âme assure une meilleure protection contre la pénétration des polluants, mais provoque aussi une plus forte rétention des polluants et de l'eau. Les études montrent qu'il vaut mieux concevoir des conducteurs pour environnements corrosifs avec des diamètres de fil de plus de 3 mm (Figure 2). Le graissage est une barrière physique contre la pénétration de l'humidité, des sels et des polluants, jusqu'à ce que la graisse disparaisse avec le temps.

Dans les raccords la température accélère la corrosion du fait de l'augmentation de la résistance de contact, ce qui peut conduire à un emballement thermique. Le desserrement ou la fatigue sont plus préoccupants que la corrosion pour les accessoires autres que les raccords.

Les facteurs environnementaux qui ont un impact sont :

• Les polluants: les ions chlorure (mer), les ions sulfate (industries), la distance à la source d'émission (Figure 3).
• La pluie, l'humidité, les cycles humidité et sécheresse, la température, éventuellement les champs magnétiques.

Les paramètres à suivre sont l'épaisseur du zinc (acier), la tenue résiduelle à la traction, la profondeur, la profondeur du piquage, la ductilité, la résistance électrique (aluminium), le diamètre des brins et des câbles, la graisse.

Fatigue

Ce sujet est largement traité dans la littérature, mais n'est pas encore bien compris. Cette partie de la BT est une revue synthétique de l'état de l'art, mettant en avant les aspects essentiels, les lacunes de savoir, et les recherches en cours. Les types primaires de vibration sont décrits: vibration éolienne, oscillation intra-faisceau induite par le vent, et galop

En ce qui concerne le comportement à l'usure par frottement de contact (vibration éolienne), il n'existe pas de modèle exact de détermination de l'endurance. La limite d'endurance est déterminée comme l'amplitude maximale de vibration pour laquelle il n'apparait pas de rupture de brin avant 500 Mégacycles (Figure 4).

Les mesures de mitigation sont en rapport avec les dispositifs de contrôle des mouvements, par le positionnement approprié des accessoires pour chacun des trois principaux phénomènes de vibration.  

Une enquête a révélé que seulement 6% des TSO appliquent la méthode de la limite de sécurité pour évaluer la durée de vie résiduelle des conducteurs, alors qu'une majorité (59%) a adopté le critère de contrainte de flexion pour évaluer la sévérité du dommage affectant le conducteur. La plupart des données disponibles concernent des conducteurs ACSR (Conducteur Aluminium Renforcé par avec brins ronds d'Acier,) dans des pinces métalliques de faible rayon.

Autres mécanismes de dégradation

Ces mécanismes peuvent être divisés en deux catégories, les mécanismes qui sont liés à une dégradation locale (relâchement –Figure 5, fonte due à l'impact de la foudre, formation de cage d'oiseau, dommage dû aux coups de fusil, dommage subi pendant la construction ou la maintenance, télescopage de conducteurs), et les mécanismes qui concernent l'ensemble du conducteur (élongation plastique, fluage, recuit.

Il subsiste encore beaucoup d'inconnues sur les mécanismes de dégradation, et encore plus sur l'effet de la combinaison des phénomènes.

Outils pour l'évaluation du vieillissement

Classifications

La classification des pouvoirs corrosif de l'atmosphère peut se faire de multiples façons (Tableau 1). Les résultats de ces classifications peuvent être des taux de corrosion de différents sites, ou peuvent être visualisés par des cartes, comme montré sur la Figure 6. Pour les dommages de fatigue il n'existe pas de méthode claire de représentation par carte, mais on peut signaler une carte vent et givre proposée pour les Etats-Unis (Figure 7).

Essais

Dans la BT sont présentés et résumés tous les essais des conducteurs et des accessoires, en précisant le type d'essai, les normes d'essai, l'objectif, la pertinence et les limitatins.

Essais des échantillons neufs

Pour évaluer le vieillissement d'une nouvelle conception, les outils utilisés sont l'expérience des experts, les essais en laboratoire, et l'installation sur des lignes pilotes. Pour les conducteurs et les accessoires neufs les tests sont présentés et résumés, avec la mention du type d'essai, la norme d'essai, le but, la pertinence et les limitations.

Il est difficile de prédire les effets à long terme à partir des rares essais de vieillissement de courte durée qui sont disponibles. La BT propose des essais pour des conditions particulières de corrosion, de vent, et d'altitude élevée.

La BT préconise une nouvelle approche d'essai séquentiel (Figure 8 et Figure 9), avec deux exemples, un pour les conducteurs et un pour les entretoises.

Tests on aged components

Recommendations are provided for sample selection, recording information in the field, collecting, marking and labelling, transporting, documenting, and preparing in laboratory.

Outils de terrain

Dans la BT on passe en revue les capteurs qui peuvent être utilisés: capteurs optiques, infra-rouges, UV, acoustiques, radiographiques, électromagnétiques, capteurs de températures et capteurs de mouvement (exemple en Figure 10).  

Les outils de diagnostic sont évalués : thermographie infra-rouge, mesures de la résistance électrique, boroscope, robot d'inspection avec capteurs électromagnétiques (Tableau 2), et radiographie (Figure 11).

Pour les lignes aériennes la surveillance doit être combinée à des données météorologiques. Il existe peu d'équipements disponibles dédiés aux conducteurs et aux accessoires, du fait de la hauteur, des champs électrique et magnétique, et des conditions environnementales. Les dispositifs existants de surveillance de la corrosion sont conçus pour des structures planes. La surveillance du givre et de la fatigue est possible, et les dispositifs les plus récents de surveillance de la fatigue permettre des mesures en temps réel sur une période de plus de deux mois.

La BT donne une mise à jour en matière de robots suspendus et de véhicules aériens autonomes d'inspection.   

Pratiques de gestion des actifs

Les résultats d'une enquête sur les stratégies des compagnies d'électricité en matière de remplacement et de prolongation de durée de vie des conducteurs et des accessoires sont rapportés dans la BT.

Durée de vie

Une durée de vie normale pour un conducteur est de 50 à 70 ans, mais des durées de vie comprises entre 10 et 100 ans ont été observées. (Tableau 3)

Pour les accessoires les durées de vie les plus longues observées sont celles des accessoires de suspension et des manchons. Les plus courtes ont été relevées pour les balises aériennes et les dispositifs avertisseurs pour oiseaux. Les entretoises amortisseuses et les écarteurs de phases ont des durées de vie entre les deux.

Critère de Remplacement

Pour les conducteurs et les câbles de terre, le critère de replacement est, en premier" les résultats des essais d'échantillons", puis "l'âge" et ensuite "le nombre inacceptable de défaillances".

Pour les câbles de terre, à fibre optique (OPGW) et autres, les critères de remplacement qui viennent en premier sont "le nombre inacceptable de défaillances", et "les résultats des essais d'échantillons”.

Actions de prolongation de durée de vie et actions post fin de vie

Pour les conducteurs et les manchons comprimés, la première action consiste à "prélever des échantillons pour essais en laboratoire", la deuxième est "prendre connaissance des résultats d'essai" et la troisième est; pour les conducteurs "surveiller et analyser la fréquence des défaillances", et pour les manchons comprimés, "augmenter la fréquence des inspections"

Pour les autres accessoires, les actions les plus courantes sont "apprendre par des essais" et "surveiller et analyser la fréquence des défaillances". Mais pour les entretoises, les entretoises amortisseuses, les balises aériennes, les avertisseurs pour oiseaux et les écarteurs de phase, c'est souvent "rien".

Actions destinées à déterminer une limite acceptable

La première action consiste à prélever des échantillons pour essais. Ensuite on peut comparer les coûts et risques et les politiques de maintenance, types d'inspection et temps de remplacement. En général l'analyse des défaillances concerne les composants de ligne dont la défaillance conduit à une mise hors service de la ligne ou à la chute à terre d'un conducteur.

Stratégie générale de remplacement et de réparation

Une première stratégie consiste à ne remplacer qu'un composant après un défaut.

Une deuxième stratégie consiste à :

• Pour les conducteurs, entretoises, balises et avertisseurs, "remplacer un composant quand la limite spécifiée est dépassée"
• Pour les manchons comprimés, les équipements d'ancrage, et les écarteurs de phase, "remplacer un composant quand la limite spécifiée est dépassée" et "remplacer tous les composants après une défaillance"

Une stratégie moins courante consiste à remplacer tous les composants du même type, sauf pour les entretoises.

Défis importants

Types de dégradation observés

Les dommages à l'origine du remplacement des conducteurs sont, par importance décroissante, la corrosion, le desserrement de pince, les problèmes de manutention, les défauts de fatigue, le recuit, le galop et le dépôt de givre (Figure 12).

En conclusion, la BT consiste une source de référence, unique et exhaustive, d'informations sur le vieillissement des conducteurs de lignes aériennes et des accessoires associés.