Sonde à courants de Foucault pour le contrôle non-destructif des lignes de transport aériennes d'électricité

Le processus de vieillissement des lignes de transport d’énergie haute tension est un phé-nomène naturel et progressif qui se produit en raison de divers facteurs. Au fil des années, ces lignes sont affectées par une gamme de mécanismes de dégradation résultant d’une com-binaison des facteurs climatiques, conditions de pollution et de salinité de l’environnement, ainsi que de facteurs mécaniques liés à la fatigue interne des conducteurs. La majorité des conducteurs employés dans les systèmes de transport aérien d’énergie sont du type « Alumi-num Conductor Steel Reinforced » (ACSR) composé d’une âme interne en acier protégée par un revêtement de galvanisation en zinc et de brins externes en aluminium. Dans ce type de conducteur, la détection précoce de la corrosion dans le zinc, ainsi que de la perte de section métallique dans les brins d’aluminium et d’acier, permet aux compagnies d’électricité d’agir et de planifier le remplacement du conducteur avant que la corrosion ne s’aggrave et provoque une défaillance potentielle. En termes de coûts, le remplacement des conducteurs corrodés représente des investissements de plusieurs millions de dollars pour les entreprises. Il est donc nécessaire de disposer de données fiables pour la prise de décision. À cet égard, l’association entre la robotique et les méthodes de contrôle non destructif (CND), notamment la technique basée sur les courants de Foucault, offre une solution unique pour détecter divers modes de dégradation dans les conducteurs avant que ces dommages ne perturbent le réseau. La conception de procédures d’inspection par courants de Foucault pour le contrôle des lignes de transport d’énergie fait l’objet de recherches depuis la fin des années 80. Hydro-Québec, notre partenaire dans ce projet de recherche, a développé au cours des dernières années la technologie LineCore, une sonde à courants de Foucault monofréquence permettant d’évaluer la dégradation du revêtement de zinc des conducteurs ACSR. Pour que la sonde LineCore puisse être installée sur les conducteurs des lignes de transport électrique, elle est équipée d’un mécanisme qui permet « l’ouverture » et la « fermeture » sans contact électrique des bobines émettrices et réceptrices. Cette fonctionnalité produit deux autres types de bobines appelées « émetteur de retour » et « récepteur de retour » qui n’ont aucun rôle d’intérêt pour la mesure. Cette technologie utilise la technique d’analyse basée sur des abaques de corrosion développée au Royaume-Uni par la compagnie CEGB/National Grid, qui mesure la variation d’impédance vue par le récepteur de la sonde par rapport à un étalon de calibration à brins d’aluminium. Actuellement, Hydro-Québec utilise des simulations par éléments finis 2D d’un modèle de solénoïde infini pour représenter l’émetteur de la sonde LineCore et tracer les abaques de corrosion spécifiques à chaque type de conducteur ACSR présent dans son réseau.

Abstract

The aging process of high-voltage power transmission lines is a natural and gradual phe-nomenon influenced by various factors. Over the years, degradation mechanisms, stemming from a mix of climatic conditions, pollution, salinity, and mechanical factors related to in-ternal conductor fatigue, impact these lines. The majority of overhead power transmission systems utilize Aluminum Conductor Steel Reinforced (ACSR) conductors, consisting of a steel core protected by zinc galvanization coating and external strands made of aluminum. In the case of this conductor type, early detection of zinc corrosion and the loss of metal section in aluminum and steel strands enables power companies to proactively take action and plan conductor replacement, preventing the escalation of corrosion and potential failure. Replacing corroded conductors incurs substantial costs, amounting to several million dollars for companies. Hence, reliable data is crucial for informed decision-making. The integration of robotics and non-destructive testing (NDT) methods, particularly those based on eddy currents, offers a unique solution to identify various degradation modes in conductors before these issues disrupt the grid. The development of eddy current inspection procedures for monitoring power transmission lines has been under research since the late 80s. Hydro-Québec, our research partner, has recently pioneered the LineCore technology—a single-frequency eddy current probe designed to assess the degradation of zinc coatings on ACSR conductors. To install the LineCore probe on overhead lines, the device is equipped with a mechanism allowing for the « opening » and « closing » without electrical contact of the emitters (primary) and pick-up (secondary) coils. This feature generates two additional coil types known as « emitter return path » and « pick-up return path, » which play no role in the measurement process. The technology employs a corrosion analysis technique based on corrosion abacus developed in the United Kingdom by CEGB/National Grid. This technique measures the impedance variation seen by the probe’s pick-up coil relative to a calibration standard with aluminum strands. Currently, Hydro-Québec uses 2D finite element simulations of an infinite solenoid model to represent the LineCore probe’s emitter and generate corrosion abacus specific to each type of ACSR conductor in its network. However, this approach introduces an analysis error as the actual LineCore emitter is not an infinitely long coil. Moreover, a comprehensive diagnostic solution for assessing the condition of ACSR conductors, including zinc plating losses, as well as aluminum and steel losses of the metallic section, remains unexplored.