Câbles d énergie : méthodes de localisation des défauts

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1 Câles d énergie : méthodes de localisation des défats par Henri KUZYK Formater Chef de projet a SFP (Service de la Formation Professionnelle) d Électricité de France. Atres méthodes de prélocalisation... D Méthodes de pont Cas particliers sr les réseax asse tension Perspectives d avenir Méthodes de localisation précise Bt de la localisation précise Méthode magnéto-acostiqe Méthodes de fréqences adiles Câles sos-marins Particlarités sr câles HTB Détection des fites d hile Détection des fites de gaz... 4 C e fascicle fait partie d n dossier sr la recherche de défats dans les réseax de câles d énergie : [D 4 54v2] «Câles d énergie : recherche et identification de défats» ; [D 4 542] «Câles d énergie : prélocalisation des défats par échométrie» ; [D 4 543] «Câles d énergie : théorie de l échométrie» ; [D 4 544] «Câles d énergie : méthodes de localisation des défats» ; [Doc. D 4 545] «Câles d énergie. Recherche de défats». La localisation des défats sr les câles d énergie s effecte en plsiers étapes : l identification [D 4 54v2], la prélocalisation [D 4 542] et [D 4 543] et la localisation précise qe nos étdierons dans ce dossier. Dans ce dossier également, les méthodes de prélocalisation atres qe l échométrie, la recherche de défats dans les câles sos-marins et les particlarités sr câles HTB. Techniqes de l Ingénier D 4 544

2 CÂBLES D ÉNERGIE : MÉTHODES DE LOCALISATION DES DÉFAUTS. Atres méthodes de prélocalisation. Méthodes de pont Dans le cas où les sections o les natres des condcters sont différentes, o s il n y a pas de condcters sains, il fat envisager des corrections en fonction des sections o des natres (o des dex) des condcters. Nos traitons ci-après n exemple (figre 3). La méthode de la ocle de Mrray présente encore qelqes intérêts, notamment por les câles sans écran présentant des défats directs à la terre. C est assi le cas des défats de gaine. Les méthodes de ponts capacitifs (Saty, Wien o Nernst) sont ajord hi aandonnées a profit de la méthode classiqe (défats de continité, cf. [D 4 542]). D ne façon générale, ces méthodes sont fondées sr le principe d pont de Wheatstone (figre ). À l éqilire, c est-à-dire lorsqe l indication d galvanomètre est nlle, on otient la relation : R R 4 = R 2 R 3 Il sffit donc d avoir à sa disposition soit ne phase saine de longer D en parallèle avec la phase en défat, soit n condcter externe de retor. Les dex phases (o le condcter en défat et le condcter de retor), cort-circitées à l extrémité opposée à celle de la mesre, constitent dex des résistances d pont. R R 3 g R 2 R 4 g galvanomètre Figre Pont de Wheatstone Appareil de mesre.. Méthode de la ocle de Mrray Elle est tilisale dans le cas de défats d isolement. C est la méthode d pont de Wheatstone (figre 2). À l éqilire, on a : R rd = R 2 r ( 2D d) avec r résistance linéiqe des condcters (cas où le condcter en défat et le condcter sain sont identiqes). On en dédit : G R R 2 g Condcter sain D d Condcter en défat Rd Bocle de Mrray 2R 2 d = D R + R 2 G générater à corant contin R d résistance d défat Les appareils de mesre sont en général tels qe les dex résistances d pont sont identiqes et q n rhéostat permet la variation de R 2 comme α R, d où : 2α d = D ( + α) La résistance d défat n intervient pas dans la précision de la mesre ; en revanche, elle en détermine la sensiilité. Cette sensiilité est d atant pls importante qe les chtes de tension dans les différents tronçons sont grandes et donc qe les corants sont élevés. Cela lie directement la tension d alimentation d pont à la résistance d défat ; dans ces conditions : por n défat à faile impédance (infériere à qelqes milliers d ohms), ne sorce de tension de qelqes volts est sffisante ; por des défats d impédance comprise entre 0 3 et qelqes 0 4 Ω, ne sorce de qelqes centaines de volts (0,5 à kv) déitant environ 00 ma répond ax esoins ; por des défats dont l impédance est spériere, il existe des ponts dont la sorce de tension est de qelqes kilovolts (mais, dans ce cas, le corant déité doit être assi limité à environ 00 ma afin d éviter les destrctions en cas d amorçage d défat). En règle générale, il fat 2 V de tension d alimentation par kω de résistance de défat. Figre 2 Bocle de Mrray D longer d condcter de retor en alminim (s Al = 50 mm 2 ) d Appareil de mesre longer d condcter en défat en civre de l appareil de mesre a défat (s C = 95 mm 2 ) R d résistance d défat Figre 3 Bocle de Mrray avec retor par condcter externe d D R d D Techniqes de l Ingénier

3 CÂBLES D ÉNERGIE : MÉTHODES DE LOCALISATION DES DÉFAUTS or À l éqilire, on a : R r C d = R 2 [ r C ( D d) + r AI D] Der 2 r C ρ C s AI = r AI ρ AI s C avec r C et r AI respectivement résistivités d civre et de l alminim, s C et s AI respectivement sections d civre et de l alminim. On a donc : Appareil de mesre Der R d Der 3 r C = 0,63,6,008 r AI a cas d n défat sr artère principale : oclage sr artère principale On en tire : D R d = R 2 ( D d) ,008 R d Der 2 Bien évidemment, si l on ne connaît pas les longers des différents tronçons, on pet être condit à faire des approximations sccessives por parvenir a résltat. Dans le cas de réseax de câles contenant des dérivations (figre 4), on doit assi faire des approximations sccessives ; on est condit à cort-circiter sccessivement l extrémité d câle principal opposée à celle de la mesre et les extrémités des différentes dérivations jsq à la révélation d défat (raisonnement similaire ax méthodes de comparaison re forme o différentielle, cf. [D 4 542, 2]). Dans le cas de dex défats (o pls), la méthode d pont fornit n point fictif F dont la position dépend d rapport R d2 /R d : si R d2 /R d <, F est pls proche de R d2 et inversement. Avant d tiliser ne telle méthode, il est recommandé de procéder à n rûlage, afin de ne tenir compte, dans n premier temps, qe d défat le pls failement résistant. Qelqes conseils d tilisation Les connexions entre condcter en défat et condcter sain doivent être réalisées avec eacop de soin et a moyen d n condcter dont la section est spériere o égale à la pls grande rencontrée dans le résea de câles en essai. Avant tote mesre, on vérifie la continité des condcters et la faile résistance de cette connexion..2 Cas particliers sr les réseax asse tension.2. Rptre d netre Ce type de défat fait partie des prolèmes les pls gênants rencontrés en exploitation. La valer de la résistance de continité ne permet pas tojors de procéder à des essais «en ot», c est-àdire par mise en cort-circit de l extrémité d câle. Cette opération permettrait de transformer les dex ots de la copre en défat éclater. Il fat alors se résodre à appliqer des méthodes électrotechniqes. Après avoir déranché tos les clients, si c est possile, on se déplace de ranchement en ranchement avec ne charge triphasée déséqilirée. Dès qe les voltmètres associés à ce montage affiche Appareil de mesre Der Figre 4 Bocle de Mrray avec dérivations le déséqilire, on a identifié le point à partir dqel on voit qe le netre est copé. Malheresement, on doit alors refaire les accessoires en remontant vers le départ d poste HTA/BT. Après chaqe réfection d accessoire, on teste à novea le résea por savoir si le prolème est résol..2.2 Défats intermittents Der 3 cas d n défat sr dérivation : oclage sr dérivation Der dérivation R d résistance d défat Dans l immense majorité des cas, cela concerne les réseax asse tension. Désespoir de l exploitant, ce type de défat pet le réveiller plsiers fois par nit parce q il provoqe le déclenchement des protections. Portant, à chaqe fois la recherche de défats sera sollicitée et à chaqe fois l identification sera négative ax trois tests : recherche de défats résistant, éclater o de continité. Le chargé d essai doit résister ax pressions (demandes implicites, voire explicites, de monter la tension a-delà de la valer atorisée). À ce jor, il existe plsiers dispositifs qi permettraient de répondre à cette prolématiqe Discontacters de chocs Cet éqipement contient n dispositif interrpter à dex thyristors montés tête-êche et ne électroniqe de commande. Il s insère à la place d fsile asse tension. Techniqes de l Ingénier D

4 CÂBLES D ÉNERGIE : MÉTHODES DE LOCALISATION DES DÉFAUTS Dans n premier mode, on pet le configrer en tant qe réenclencher : lorsqe le défat se prodit, ne onde de choc se propage sr le résea. Le transformater en est le générater. L intensité d corant associé à cette onde de choc et sa drée sont à l origine d fonctionnement d discontacter. Il commence par agir comme n disjoncter et interrompt ce corant de défat. Qelqes secondes pls tard, le discontacter referme le circit (on simle ainsi le remplacement d fsile). Si le défat s est réisolé, le fonctionnement d résea reprend avec des pertrations à la clientèle minimes. Si le défat persiste, le discontacter est à novea sollicité et réovre la phase. Le nomre de manœvres de ce type est programmale. Une fois le nomre de manœvres programmées atteint, l appareil reste overt, car cela signifie qe le défat est maintenant deven permanent. On revient alors à la procédre traditionnelle de recherche de défats. Les versions modernes de discontacter comportent n filtre réflexion sr l arc. On a donc la distance a défat en ons. Un dexième mode permet d tiliser le discontacter comme n cadencer d ondes de chocs sr n défat permanent. Le transformater d poste HTA/BT en est le générater. On programme le discontacter por q il rétalisse le corant de défat pendant 5 à 0 périodes totes les 2 à 5 secondes (figre 5). L ensemle transformater/discontacter est donc n générater d ondes de choc dont la tension maximale est la tension nominale d résea. Éqipé d n voltmètre à envolée d aigille o à mémoire de maximm, le technicien d exploitation mesre la tension atteinte sr la phase concernée, de coffret en coffret, en partant d poste. En traçant la core, on constate qe la tension décroît, pis finit par se stailiser. Le défat est prélocalisé a croisement de ces dex droites. En maintenant le fonctionnement de l appareil, on s éqipe d n dispositif d écote des ondes de chocs por localiser précisément l endroit d défat. On pet noter qe ces dispositifs ne nécessitent pas de mettre le résea hors tension, ni de déconnecter les clients monophasés. Por des raisons de sécrité, les clients triphasés, ex, sont déconnectés. En France, cet éqipement n est pas agréé par Électricité de France d fait de la nécessité de le raccorder directement sr n talea BT, à qelqes mètres selement d transformater. En cas de prolème, les intensités de corants de cort-circit qi seraient mises en je porraient atteindre plsiers dizaines de milliers d ampère! Les procédres restent à écrire. Totefois, plsiers pays eropéens tilisent d ores et déjà ce type d appareil. Ph Discontacter électroniqe de chocs Résea asse tension Défat Enregistrers de transitoire en résea BT De petits oîtiers, sans écran, intègrent tote l électroniqe nécessaire por faire ne mesre lors d n incident. L arc conséctif à n défat génère des implsions hate tension. Le o les enregistrers de transitoire y réagiront. Ils pevent être placés chez les clients, sr ne anale prise de corant. Un voyant témoigne de la mémorisation d ne séqence de mesre. De retor à son rea après avoir récpéré le o les oîtiers, le technicien va décharger les informations des enregistrers vers n ordinater. Un logiciel permet alors de dédire la position d défat. Avec plsiers enregistrers, on réalise ne trianglation..2.3 Méthodes en cors de développement Un constrcter a mis a point n appareil dont la mesre est indépendante de l amortissement et des variations d impédance. Principe : on connaît et on appliqe la méthode dite «directe en choc». Elle consiste en l analyse de l onde électromagnétiqe périodiqe amortie (transitoire) émise lors de l amorçage d n défat qi a reç ne implsion HT (choc). Cette méthode est tilisée avec sccès sr les câles HTA sans dérivations. Sr les réseax BT, la présence de dérivations, interdit l emploi de cette méthode. Or, le constrcter s est aperç qe lors de l amorçage d défat, le signal transitoire, alors récpéré, n est pas niqement constité de l onde transitoire (implsion de corant) permettant la localisation d défat, mais également d ne onde fondamentale qi se sperpose à celle-ci (figre 6) et qi réslte des caractéristiqes des paramètres de mesre (câle, condensater...) : la capacité conne d condensater de chocs installé dans l appareil de mesre et l indctance linéiqe d câle jsq a défat sont les principax paramètres inflant sr la fréqence de l onde fondamentale ; la capacité d câle en défat est négligeale comparée à celle d condensater de choc alors qe l indctance propre d système de mesre et de la connexion a câle est ien déterminée et prise en compte lors de l exploitation des résltats. L analyse de la fréqence de l onde fondamentale permet d estimer l indctance d circit oscillant selon la formle : f 0 = π LC qi, ne fois transformée, donne : L = ω 2 0 C N U 0 U U U 2 U 3 U 4 U 5 U 6 a onde transitoire U 0 0 X Longer l onde fondamentale Figre 5 Discontacter de chocs Figre 6 Portese ICE pls D Techniqes de l Ingénier

5 CÂBLES D ÉNERGIE : MÉTHODES DE LOCALISATION DES DÉFAUTS Le procédé fondamental sr leqel repose cette techniqe est l analyse fiale de cette fréqence d oscillation (la période T comme réel paramètre d estimation, par exemple). L exploitation de la mesre avec amortissement maximal de l onde fondamentale jsq à l exploitation des signax apériodiqes liés ax dérivations et l exploitation des signax intermittents fortement parasités liés à l amorçage même d défat sont otenes grâce à n processer digital de traitement d signal (DSP) et des programmes algorithmiqes d estimation. La mesre de la fréqence d oscillation et le calcl d facter de srtension (qalité Q) permettent l estimation de l indctance jsq a point d défat L F : L F = ω 2 C s ( + 4Q 2 ) C est à partir de cette valer d indctance L F atomatiqement calclée et de l indctance linéiqe d câle L K, dédite atomatiqement de la section et des caractéristiqes géométriqes asiqes d câle (tripolaire/ qadripolaire..., agencement des fils et de la connexion, présence d n lindage o non, longer approximative) qe la distance a défat est estimée. Une anqe de données conséqente, intégrée à l appareil, fornit atomatiqement a processer l indctance linéiqe de tot type de câles por tot agencement géométriqe des fils dès qe ces paramètres (visiles a point de connexion) sont introdits. La distance a défat est donnée atomatiqement et directement en mètre, sans affichage de core et donc sans analyse fastidiese..3 Perspectives d avenir Lors d n incident sr n résea, l arc qi naît a lie d défat est immédiatement sivi par dex implsions hate tension qi se propagent de part et d atre de ce défat. Spposons ne liaison AB de longer L entre dex postes de distrition. Un défat se prodit à ne distance X de l extrémité A a temps t 0. À la vitesse de propagation V, ne implsion atteint l extrémité A après n temps t A, l atre implsion atteint l extrémité B a ot d temps t B (figre 7). Sos ces conditions, la distance X entre l extrémité A et le point d défat vat : L ( t A t B )V X = Simple en théorie, la mise en pratiqe relève de l tilisation de signax isss des satellites GPS. En effet, les implsions électromagnétiqes sont d domaine de la micro o de la nanoseconde. Mais, les satellites GPS sont éqipés d horloges atomiqes a Césim et a Ridim qi en conditionnent les fréqences porteses à 575,42 MHz et 227,60 MHz. Ainsi, si on éqipe chaqe extrémité d câle d n détecter de passage d ondes de choc et d ne antenne GPS locale, l électroniqe commne de traitement d signal est alors synchronisée avec l horloge GPS. La résoltion chronométriqe d dispositif est de s avec ne dérive maximale de s/jor. Chaqe station locale de traitement est alors reliée soit par modem, soit par fire optiqe à ne station de traitement principale qi effecte les calcls selon la formle ve ci-desss. Por ne vitesse de propagation de 60 m/µs, on otient ne précision de l ordre de 2 m. Cette méthode de prélocalisation s appliqe telle qelle ax réseax sans dérivation. La localisation précise est ensite réalisée en employant les méthodes décrites a paragraphe 2 de cet article. Cette méthode, en cors de validation par «Tokyo Electric Power Co.» a Japon, n a pas encore été testée en France. En revanche, por les réseax avec dérivations, on otiendrait ne mesre de type «méthode de comparaison ère forme (cf. [D 4 542, 2])» en définissant l arre principal d résea, a priori. Il fadrait alors porsivre la prélocalisation d défat de manière conventionnelle sr le terrain, por lever les indéterminations. Conclsion sr les méthodes de prélocalisation Les méthodes de prélocalisation restent assez nomreses, même si nos avons essayé de ne traiter qe celles qi sont les pls sûres. Le synoptiqe de la figre 8 indiqe qel sera le meiller choix de méthode en fonction des caractéristiqes d défat. 2. Méthodes de localisation précise Longer d câle L Distance X Implsion HT A t 0 t B t A Figre 7 Prélocalisation par GPS Implsion HT B 2. Bt de la localisation précise Comme nos l avons v en [D 4 542, 2], les méthodes de prélocalisation ne permettent d otenir ne mesre q avec ne incertitde comprise entre qelqes porcents et jsq à 5 à 20 %. La précision de la mesre dépendra de la qalité d calirage de l échomètre, de la connaissance précise des caractéristiqes de la liaison et de la méthode tilisée. Il n est pas raisonnale de prendre le risqe de faire réaliser ne overtre de foille sr cette «simple» prélocalisation. C est économiqement irréaliste. Par exemple, sr ne liaison de 000 m, n défat est prélocalisé à 350 m. Avec % d errer (dans le meiller des cas), cela fait encore ± 3,5 m. Il pet donc y avoir ne «sr longer» de foille de 4 à 7 m. Notez qe 4 m est ne longer normalement sffisante por confectionner l accessoire de réparation en BT. Par contre, en HTA, il fat à minima 8 m por réaliser ne retelle comprenant 2 oîtes de jonction et n tronçon de câle. Techniqes de l Ingénier D

6 CÂBLES D ÉNERGIE : MÉTHODES DE LOCALISATION DES DÉFAUTS Isolement Résistant o U a 2 kv Avec dérivations symétriqes Sans dérivation R d > 50 Ω R d 50 Ω R d 50 Ω R d > 50 Ω Comparaison différentielle Méthode classiqe Réflexions sr l arc o méthode directe en chocs Défat Éclater avec U a > 2 kv Sans dérivation Réflexions sr l arc o méthode directe en tension Avec dérivations Comparaison première forme Continité Méthode classiqe Figre 8 Diagramme de prélocalisation Sol L intensité d rit prodit par les amorçages à l endroit d défat dépend, dans ne large mesre, de l énergie de chaqe onde de choc, c est-à-dire, finalement, de l énergie W emmagasinée dans les condensaters, qi s écrit : Onde acostiqe Une étape de localisation précise est donc asolment indispensale. Sa précision est de l ordre de 50 cm. 2.2 Méthode magnéto-acostiqe Cela correspond à 98 % des cas. Les méthodes de localisation in sit permettent de déterminer précisément la position d défat. Elles font appel ax ondes de choc. En effet, lorsq ne onde de choc atteint n défat, il se prodit n arc qi engendre n signal acostiqe. Ce signal se propage dans le sol en ondes sphériqes comme n mini-tremlement de terre dont l épicentre serait le défat (figre 9). La détection pet alors avoir lie a moyen d n détecter sensile ax virations d sol Prodction des ondes de choc R d R d résistance d défat Figre 9 Principe des ondes de choc Éclater Onde de choc Les ondes de choc sont prodites par la décharge dans le câle, à travers n éclater, de condensaters de capacité C chargés sos la tension V à l aide d n générater à corant contin. Por effecter la localisation dans de onnes conditions, ne énergie de charge des capacités de 000 J en BT et J en HTA o en HTB est nécessaire dans les zones raines (figre 0). Por otenir la pls grande énergie dissipée a défat, il y a lie d tiliser la pls hate tension qe pet spporter sans dommage le résea (il est recommandé de mettre l extrémité opposée d câle à la terre por éviter n dolement de la tension à cette extrémité). Cette tension maximale admissile, U max, déterminée par l écartement de l éclater o le réglage d générater à corant contin, est fonction de l état des câles et des accessoires. Elle doit rester strictement infériere à 3U 0 (U 0 étant la tension assignée d câle) L expérience a permis de montrer qe l intensité sonore était inflencée par la valer d corant instantané lié à l onde de choc. Por n défat éclater, on choisira le calire immédiatement spérier à la valer de la tension d amorçage U a, et on «choqera» a maximm d calire. Por n défat résistant, on choisira le pls petit calire disponile, por commencer. Par exemple, avec n générater 8/6/32 kv (figre ), on disposera de la même qantité d énergie en étant à fond de calire, sr n importe leqel des trois calires. Cependant, le son oten en tilisant les chocs isss de la position 8 kv seront pls importants. Si le défat se réisole, on ara encore la possiilité de changer la sélection d générater por n calire spérier Détection d signal W = 2 --CV2 Ajord hi, la détection est effectée a moyen d n capter de virations, associé à n capter magnétiqe. Il est tojors possile d tiliser l appareil en mode sonore selement. Cela reqiert ne excellente oïe et ne onne expérience por être capale de discriminer les différents sons. D Techniqes de l Ingénier

7 CÂBLES D ÉNERGIE : MÉTHODES DE LOCALISATION DES DÉFAUTS Les aides électroniqes sont donc pltôt tiles. Cela permet de s affranchir des rits parasites (dans le cas des villes, par exemple). La captre d n signal magnétiqe par la oine de coïncidence déclenche la mise en service d capter de virations. En effet, a moment d passage de l onde de tension, n champ magnétiqe transitoire est prodit, qi pet être capté par ne oine. Le signal reç par la oine déclenche la mise en service d capter de viration. En pls d mode coïncidence, les appareils actels dispose d n mode distance. Ainsi, les systèmes modernes réalisent ne mesre chronométriqe, déclenchée par le passage d magnétiqe et arrêtée par l arrivée d son. Un voyant lminex indiqe à l tilisater qand cette mesre correspond ax plages de mesre disponiles sr le système d écote. Ces différents modes permettent même de traiter les défats sités dans des forreax. Il existe assi des systèmes à dex capters, permettant de faire ne approche différentielle d défat (figre 2). Cette méthode n est pas applicale dans le cas de condcters sodés entre ex (défat cort-circit). Dans ces conditions, on fait appel à ne méthode de fréqences adiles : la méthode d pas d assemlage. 2.3 Méthodes de fréqences adiles Environ 2 % des défats nécessitent de telles mises en œvre. On aordera la techniqe de relevé de tracé et de profonder en premier, pisq elle est oligatoire avant de passer à la localisation précise C (µf) Figre 0 Cores d énergie J J J J J V (kv) Exemple : Câle BT U 0 = 000 V U max < 3 kv Câle MT 5,5 kv à ceintre U 0 = 5,5 kv U max < 6,5 kv Câle MT 20 kv à champ radial U 0 =,6 kv U max < 35 kv C capacité des condensaters U o tension assignée d câle U max tension maximale admissile V tension d essai W = Énergie liérée (J) Calire 8 kv U chocs (kv) Énergie liérée (J) Calire 6 kv U chocs (kv) Énergie liérée (J) Calire 32 kv U chocs (kv) Figre Cores d énergie en fonction de la tension Détecter Ca B Ca R d Défat R d B oine de coïncidence Ca capter acostiqe (géophones) R d résistance d défat onde de choc Figre 2 Ondes choc Techniqes de l Ingénier D

8 CÂBLES D ÉNERGIE : MÉTHODES DE LOCALISATION DES DÉFAUTS Notez qe le tracé de parcors et de profonder pet assi être réalisé de manière atonome por reconstiter ne cartographie déficiente. L appareil tilisé gagne à être indépendant d véhicle laoratoire por cette raison, même si, dans ce cas, sa pissance est pls faile Relevé de tracé des câles Lorsqe l on ne possède pas de plan d implantation d ne liaison par câles, il est nécessaire de povoir sivre le tracé d câle, voire d identifier ce câle parmi d atres placés a voisinage. Attention, les appareils de tracé ne servent pas à identifier les câles en foille ; ils ne sont pas agréés por cette fonction. Si le t d tracé d câle est de localiser l emplacement d n défat (cort-circit, direct à la terre), on rappelle q il n est pas possile d en faire l économie. Por le tracé, on fait appel à des méthodes électromagnétiqes Principe Si on fait circler n corant alternatif i dans n condcter relié à la terre (l écran d câle étant isolé), il existe en n point qelconqe M (figre 3) n champ d indction magnétiqe à symétrie cylindriqe proportionnel à i/r (où r est la distance d câle a point M). Si on considère la distrition des dex composantes de l indction, V composante verticale et H composante horizontale, on voit qe V est nlle à l aplom d câle alors qe H est maximale. Le sivi de la composante verticale d champ permet donc de localiser précisément l aplom d câle Méthode Le schéma de montage est celi de la figre 4. On tilise n corant à fréqence msicale, comprise par exemple entre 400 et 200 Hz. Le détecter est constité d ne oine à ferrite mnie d n amplificater ; le casqe permet l écote de l image adile d signal. Tot en avançant dans le sens d câle, l opérater croise le tracé d câle en alayant le tracé présmé avec la canne de mesre. Si la oine est en position horizontale, on cherche n maximm de signal sonore. Cette position est idéale por faire ne recherche grossière de position d câle (figre 5). Lorsq on a trové le câle, on place la oine en position verticale por chercher le minimm de signal o n son nl. À l endroit d otention de ce minimm o de ce zéro, on pet alors placer des repères avec ne précision infériere à 5 cm (figre 6). Por apprécier la profonder d câle, (méthode à ne oine) on opère de la manière sivante (figre 7). On place la oine sr ne position à 45. On démarre la mesre à partir d tracé d câle qi vient d être réalisé, et on se déplace sivant ne perpendiclaire à ce tracé. Dès qe l on otient n son nl o minimal, on pet mesrer la valer d déplacement. Cette distance correspond à la profonder où se site le câle (triangle rectangle isocèle). Les cannes intégrées modernes tilisent pls coramment des systèmes à dex oines, B et B 2 à axe horizontal disposées solidairement l ne a-desss de l atre à ne distance m (figre 8), B étant à ne distance d d sol. À l aplom d câle, sité à ne profonder p, le signal reç par B est proportionnel à et le d+ p signal 2 reç par B 2 proportionnel à , donc : d + p + m Phase saine Figre 4 Branchement de fréqences adiles m p = d Liaisons à la terre à environ 0 m perpendiclaires a câle Câle Phase saine khz Son et dérivation de l aigille a maximm G Distance V Figre 5 Position de la oine por ne précision grossière d tracé. Boine horizontale V H M r H i θ x Câle Son et dérivation de l aigille a minimm Distance Marqer la position exacte d câle sr la zone de prélocalisation Figre 3 Champ de fréqences adiles Figre 6 Position de la oine por n maximm de précision : oine verticale D Techniqes de l Ingénier

9 CÂBLES D ÉNERGIE : MÉTHODES DE LOCALISATION DES DÉFAUTS d H Défat Position d câle p marqée a sol Câle Son et dérivation de l aigille a minimm Générater de fréqences B C Distance I La distance d entre la position d câle, tracée a sol, et le point où le son devient nl égale la profonder p d câle p Figre 7 Position de la oine por chercher la profonder : oine inclinée à 45 Figre 8 Fréqences adiles. Mesre de la profonder avec dex oines Méthode d pas d assemlage On tilise cette méthode dès qe la valer d défat R d est infériere à 5 Ω et q il n a pas été possile de le réisoler en tilisant des ondes de chocs. On classe alors ce défat comme n cort-circit Principe La tension indite dans ne oine, dont l axe est mainten vertical, varie le long d tracé d câle jsq a droit d défat en présentant à ne distance égale à n pas d assemlage des phases : des maximms, lorsqe les dex condcters sont contens dans n même plan perpendiclaire à l axe de la oine ; des minimms, lorsqe les dex condcters sont dans le même plan qe l axe de la oine. La figre 9 donne ne représentation des lignes d indction et de la tension indite dans la oine. La présence de oîtes de jonction se tradirait par n accroissement très sensile d champ détecté. Ces signax sont tradits en ondes sonores. C est à l emplacement d défat cort-circit qe le son est le pls important. A-delà, le son disparaît. En pratiqe, on constate qe l image sonore d sivi d pas d assemlage d câle est tot assi on en plaçant la oine de détection en position horizontale et alignée sr le tracé. L tilisater choisira la position qi li convient le miex. Les cannes modernes (mltioines intégrées) présentent des facilités d tilisation comparales ax systèmes à oine orientale Conditions d tilisation m d Câle Ce paragraphe concerne les câles enterrés à ne profonder normale. p B 2 B 0 p x B oine de détection C condcters des câles H lignes d indction I représentation d corant dans les câles p pas d assemlage Figre 9 Fréqences adiles. Localisation de cort-circit Cette méthode permet de localiser avec précision, dans la majere partie des cas, les défats d isolement entre dex condcters des câles mltipolaires, saf si l n de ces condcters est périphériqe. Elle pet être employée dans le cas d n défat iphasé à la terre à condition qe la résistance d défat entre les condcters soit très infériere à la résistance par rapport à la terre. Elle présente n grand intérêt por les câles sans écran métalliqe de protection, tels qe les câles torsadés en caniveax, o por les atres types de câles lorsqe la méthode des ondes de choc se trove défaillante. Le générater de fréqence est tojors raccordé ax dex condcters en cort-circit. La fréqence à tiliser est de l ordre de 0 khz. Le raccordement entre n condcter et la terre est à déconseiller. Le tracé d câle, reporté a nivea d sol, est sivi à l aide de la oine, raccordée a récepter, à l aplom d câle : en amont d défat, on perçoit les variations d intensité d signal receilli en fonction d pas d assemlage des phases ; a défat, on perçoit n renforcement d signal ; passé le défat, à moins d n pas d assemlage, le signal est pratiqement imperceptile pisqe acn corant ne parcort pls les condcters Câles en environnement pertré o à ne grande profonder Environnement pertré, cela signifie, par exemple, plsiers câles en parallèle, et ne grande profonder, cela vet dire jsq à 4 m environ. Dex oines détectrices montées en série, avec ler enrolement en opposition de phase, permettent, en réglant ler écartement à ne distance égale à n pas d assemlage, d annler les tensions indites parasites et de renforcer le signal receilli par la sommation des tensions de chacne des oines. Techniqes de l Ingénier D

10 CÂBLES D ÉNERGIE : MÉTHODES DE LOCALISATION DES DÉFAUTS Avec cette méthode, il est nécessaire de disposer les axes des oines dans le prolongement l n de l atre et dans le plan passant par la verticale d câle. La figre 20 donne ne représentation des lignes d indction à différentes profonders et de la tension indite dans les oines Appareillage L appareillage tilisé comprend : n générater alternatif de fréqence variale, généralement comprise entre 500 et Hz, de pissance sffisante (plsiers dizaines de watts), por fornir n corant capale d indire dans la oine de détection ne tension spériere ax tensions parasites des ax champs pertraters ; n récepter composé d ne (o dex) oine(s) de détection à noya de ferrite afin d agmenter la sensiilité, d n amplificater avec filtres et d n appareil à aigille dolé généralement par des écoters. Remarqe sr le matériel Rappelons qe le corant tile parcorant les condcters en défat est d atant pls important qe la fréqence d corant émis est faile, pisqe la réactance de la ocle formée par les dex condcters en cort-circit dimine avec la fréqence. Le choix de la fréqence d générater est assi fonction de la qalité d récepter ; les fréqences élevées sont pls faciles à filtrer et condisent à des récepters moins complexes qe cex de mêmes performances travaillant à pls asse fréqence. Totefois, des appareils récepters à diapason, travaillant à asse fréqence (500 Hz), répondant a sel signal à détecter et pratiqement insensiles ax champs apériodiqes, ont permis d élargir le champ d application de cette méthode Méthode d gradient de potentiel Ce cas particlier concerne les défats directs condcter/terre o les défats de gaine externe. Lors d tirage o pendant le fonctionnement de la liaison ellemême, la gaine externe d câle pet être détériorée. Dans le cas des liaisons d énergie de capacité de transport importante, ces défats sont ssceptiles d entraîner à terme ne rptre électriqe de la liaison à case de l échaffement dû à la circlation de corant indit dans l écran d câle. Por localiser n tel défat, on pet faire appel à la techniqe des sondes capacitives. En effet, si l on fait circler n corant alternatif (fréqence msicale o non) dans l écran d câle et avec retor par la terre, le corant va s écoler préférentiellement par le défat, et les lignes de corant vont se répartir dans le sol (figre 2). À l aide d électrodes adaptées, on pet alors mesrer la chte de potentiel de a passage d corant. Lorsqe cette chte de potentiel est nlle, le défat est éqidistant des dex sondes capacitives (figre 22). Générater de fréqences 0 x C condcters des câles H lignes d indction correspondant à ne faile profonder de la oine de détection B H 2 lignes d indction correspondant à ne grande profonder de la oine de détection B 2 Figre 20 Fréqences adiles en environnement pertré B B 2 H H 2 C A Point d défat F B Gradient V de potentiel a lignes de retor d corant par la terre rend sonore N O S E c lignes de champ ves d desss à l emplacement d défat Figre 2 Gradient de potentiel D Techniqes de l Ingénier

11 CÂBLES D ÉNERGIE : MÉTHODES DE LOCALISATION DES DÉFAUTS Conclsion sr les méthodes de localisation Comme nos l avons fait por les méthodes de prélocalisation, même si les choix sont moins nomrex, n talea synoptiqe (figre 23) permettra d orienter la décision de l opérater en li évitant certains pièges. 3. Câles sos-marins Repérage précis d défat Dans le cas des câles posés sr le fond, la méthode des ondes de choc pet être tilisée de façon très intéressante. En effet, ne onde acostiqe se propage dans l ea en ondes sphériqes dont la vitesse est voisine de 500 m/s. Ainsi, on pet tiliser le schéma d essai de la figre 24. Lorsqe l onde de choc est captée par la oine de coïncidence, l oscilloscope o l appareil de mesre est déclenché et le signal acostiqe pet être enregistré. Ce signal est à front très raide (figre 25a), ce qi permet d otenir ne onne précision d temps de propagation (ne dizaine de mètres) et donc de la distance d défat a détecter. Il est préalalement nécessaire de séparer ce type de câles en dex familles : les câles posés à même le fond ; les câles ensoillés, c est-à-dire enterrés a fond. Por localiser le défat, on procède de manière systématiqe par étapes, en respectant l ordre logiqe des opérations. G i Détecter V V 2 Sondes capacitives Localisation d défat à distance Cette recherche se fait à partir d ne extrémité d câle, par ne méthode échométriqe (cf. [D 4 542]). T Écran Défat Repérage d tracé d câle à l emplacement présmé d défat Par ne méthode électromagnétiqe (telle qe celle décrite a paragraphe 2.2). Cette méthode pet être mise en œvre : soit à partir de la srface : il fat alors faire appel à des oines de fort diamètre (0,6 à m), à grand nomre de spires (30 000) et à des corants à faile fréqence (de l ordre de 20 à 30 Hz) por otenir ne onne sensiilité ; soit à partir d fond, avec ne oine immergeale pilotée par n plonger o placée sr n athyscaphe (la fréqence d corant pet être alors pls élevée, mais asynchrone des corants permettant le fonctionnement d sos-marin). V V 2 Défat x G générater alternatif à fréqence donnée T mise à la terre éloignée d câle (20 m) V, V 2 amplitde des signax reçs Figre 22 Fréqences adiles. Sondes capacitives Valer d défat : R d > 5 Ω cas majoritaire Valer d défat : R d < 5 Ω défat cort-circit Envoi d ne dizaine de chocs Méthode magnéto-acostiqe : ondes de choc À 8, 6 o 32 kv a maximm d calire por les câles HTA, limité à 3 U 0 À,8 kv maxi por les câles BT NFC 3300 et 3 kv maxi por les câles pls récents Mesre a mégohmmètre de R R d < 5 Ω d Tojors en cort-circit Fréqences adiles Réisolement d défat R d Tracé d câle indispensale remonte a-desss de 5 Ω Localisation : méthode d pas d assemlage Défat de gaine o direct à la terre CHOC INTERDIT Fréqences adiles Tracé d câle indispensale Localisation : méthode d gradient de potentiel Figre 23 Diagramme de localisation précise Techniqes de l Ingénier D 4 544

12 CÂBLES D ÉNERGIE : MÉTHODES DE LOCALISATION DES DÉFAUTS Appareil de mesre Navire de srface rayon d environ 5 à 0 m selement ator d défat. La méthode des ondes de choc est alors exploitale, mais niqement par analyse d maximm de signal acostiqe. Boine de coïncidence Détection Détecter acostiqe Alimentation + amplificater Filtre passe-hat > 250 khz + amplificater Câle Fond marin Enregistrer 4. Particlarités sr câles HTB Les méthodes de mesres électriqes décrites précédemment permettent, en général, de localiser facilement les défats de câles HT. Cependant, dans le cas des câles à hile o à gaz, des méthodes particlières permettent de localiser les fites d n de ces flides. Par aillers, seront examinées des méthodes de localisation des défats de gaine o de revêtement des canalisations avec o sans protection cathodiqe. 4. Détection des fites d hile Hydrophone avec amplificater incorporé Figre 24 Écote por câles sos-marins 0 0 Boine de coïncidence a sos marin t 4.. Types d installations concernées Ces installations sont : les liaisons en câles nipolaires (figre 26a), type hile flide (OF), avec jonctions normales ; les liaisons en câles nipolaires (figre 26), type hile flide (OF), avec joint d arrêt ; les liaisons en câles, type oléostatiqe (figre 26c). Les joints d arrêt (câles hile flide) rénissent électriqement dex tronçons de câles en interrompant la circlation d hile. Ler fonction est soit de limiter la pression statiqe maximale (forte dénivellation), soit de limiter la longer, afin de ramener les pressions transitoires à des valers admissiles (cop de élier). Les joints semi-arrêt (câles oléostatiqes) interrompent assi la circlation de l hile, mais les presse-étope ne garantissent pas, de constrction, ne étanchéité parfaite (on ne dépasse pas 5 ar comme pression différentielle entre les dex tronçons) Localisation à distance des fites d hile La fite d hile pet se siter : sr des parties accessiles o visiles de l extérier ; elle est alors localisée par simple examen visel ; sr des parties enterrées o inaccessiles et des mesres sont alors nécessaires por la localiser ; des défats sités en plein câle ont sovent des origines mécaniqes ; la recherche d affaissement de terrain o de travax récents à proximité, etc., pet orienter la localisation de la fite. sos marin 2 t 4..3 Localisation de fite sr câles de type oléostatiqe Figre 25 Signax acostiqes Dans le cas d n câle ensoillé, le prolème est différent, car le signal a alors la forme caractéristiqe d ne sinsoïde amortie (figre 25), de fréqence asse ( 00 Hz), qi se propage à ne vitesse de l ordre de 500 m/s et identifiale directement dans n Les fites d hile sont en général importantes dès le percement d te, compte ten de la pression et d profil en long d câle. La pression aisse immédiatement et les protections de la liaison se déclenchent. Les mesres des pressions ax joints semi-arrêt et ax joints d arrêt permettent de déterminer le tronçon défectex. Une localisation pls précise de la fite nécessite le recors à la méthode de congélation décrite a paragraphe D Techniqes de l Ingénier

13 CÂBLES D ÉNERGIE : MÉTHODES DE LOCALISATION DES DÉFAUTS d Lyre de restricters a Fite M diff D Station de maintenance Te de référence Station de maintenance (5 ar) M diff manomètre différentiel a pont de Hilstone c réservoir d hile et mise en pression jonction normale joint d arrêt Figre 26 Fites sr câles HTB oîte d extrémité joint semi-arrêt R x R 4 g R 2 R Localisation de fite sr câles de type hile flide L importance de la fite pet être variale. Elle dépend d degré d atteinte de la frette et de la gaine de plom. La localisation de la fite pet être déterminée par n pont à hile. La méthode employée procède d ne analogie avec celle d pont de Wheatstone. Ce pont, appelé pont de Hilstone, est constité (figre 27) par : n te restricter (système qi permet de rédire la pression) de référence (sans roinet), par leqel la phase saine est alimentée ; ne lyre de dix restricters nmérotés de à 0 alimentant la phase mavaise ; n manomètre différentiel à trois tes, comparant entre elles les pressions à l extrémité des dex phases en mesre. À l éqilire d pont de Wheatstone, on a : R x R 3 = R 2 R 4 Par analogie, à l éqilire d pont de Hilstone, la relation devient : 0d = ( 2D d)n avec d distance depis le point de mesre jsq à la fite, 0 calire d te restricter de référence, n nomre de tes restricters en service, D longer des condcters. d où : 2Dn 0d = 2Dn nd et d = n La localisation pls précise de la fite nécessite le recors à la méthode de congélation ( 4..5). Figre 27 Pont de Hilstone g galvanomètre analogie électriqe Figre 28 Fite sr câle HTB. Congélation 4..5 Localisation sr le terrain C2 Fite jonction normale joint semi-arrêt C 3 oîte d extrémité point de congélation La localisation pls précise sr le terrain se fait en tilisant la méthode de congélation. Elle consiste (figre 28) : à congeler à l aide d azote liqide, l hile d câle à n endroit déterminé por former n ochon interrompant tote circlation d hile ; on otient ainsi dex tronçons à alimentations séparées ; à mesrer les pressions de part et d atre d ochon ; à déterminer, en calclant les chtes de pression entre extrémités et ochon, le tronçon défectex. C Techniqes de l Ingénier D

14 CÂBLES D ÉNERGIE : MÉTHODES DE LOCALISATION DES DÉFAUTS Les mesres de pression se font à l aide de manomètres d atant pls sensiles qe le déit de la fite est faile. Les congélations (C, C 2, C 3, etc.) sont répétées jsq à ce qe la fite se site sr ne faile longer permettant ensite ne localisation précise par l overtre d ne foille. 4.2 Détection des fites de gaz 4.2. Types d installations concernées Ces installations sont : les liaisons en câle triphasé (figre 29a) à gaz type Calender 63 kv ; les liaisons en câle à gaz (figre 29) 225 kv. Comme por les câles à hile, les joints semi-arrêt interrompent la circlation d gaz, mais les presse-étope ne garantissent pas ne étanchéité parfaite (on ne dépasse pas,5 ar comme pression différentielle entre les dex tronçons) Localisation à distance des fites de gaz La fite de gaz pet se siter : sr les parties visiles o accessiles de l extérier ; sa recherche pet être effectée soit à l aide d n mélange d ea et d n prodit mossant (Teepol par exemple), soit à l aide d n détecter de gaz ; sr des parties enterrées o inaccessiles ; des mesres sont alors nécessaires por la localiser ; dans ce cas également, la recherche d affaissement de terrain o de travax récents à proximité pet orienter la localisation de fite sitée en plein câle. La méthode de la core de pression en fonction de la distance permet de localiser la fite entre dex joints semi-arrêt par simple mesre de la pression a nivea des joints (figre 30) Localisation sr le terrain par n gaz halogéné On introdit dans le câle, à l ne de ses extrémités, ne petite qantité de gaz halogéné, en général d fréon 2, à raison de 2 à 3 %. Le fréon, qi n est ni toxiqe, ni inflammale, diffse dans l azote d câle et dans le sol a nivea d défat. À l emplacement présmé de la fite, on fore tos les dex mètres a-desss d câle, por permettre l introdction d n détecter de fréon. Après décoverte d câle, n mélange d ea et de Teepol localise avec précision la fite. Fite a Pression réservoir de gaz jonction normale joint semi-arrêt oîte d extrémité vanne 0 x joint semi-arrêt oîte d extrémité Figre 29 Fites de gaz des câles HTB Figre 30 Localisation d ne fite de gaz d n câle HTB D Techniqes de l Ingénier