[go: up one dir, main page]

WO2024040349A1 - Sonde magnétique pour la détection de défauts dans des câbles comportant une partie ferromagnétique, méthode et système associés - Google Patents

Sonde magnétique pour la détection de défauts dans des câbles comportant une partie ferromagnétique, méthode et système associés Download PDF

Info

Publication number
WO2024040349A1
WO2024040349A1 PCT/CA2023/051119 CA2023051119W WO2024040349A1 WO 2024040349 A1 WO2024040349 A1 WO 2024040349A1 CA 2023051119 W CA2023051119 W CA 2023051119W WO 2024040349 A1 WO2024040349 A1 WO 2024040349A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnetic
cable
probe according
sensors
magnetic probe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/CA2023/051119
Other languages
English (en)
Inventor
Yahya Iben Brahim
Jonathan Bellemare
Frederic Sirois
Gilles Rousseau
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hydro Quebec
Polyvalor LP
Original Assignee
Hydro Quebec
Polyvalor LP
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hydro Quebec, Polyvalor LP filed Critical Hydro Quebec
Priority to EP23855938.9A priority Critical patent/EP4577841A1/fr
Priority to CA3265338A priority patent/CA3265338A1/fr
Publication of WO2024040349A1 publication Critical patent/WO2024040349A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/081—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors
    • G01R31/085—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors in power transmission or distribution lines, e.g. overhead
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/58—Testing of lines, cables or conductors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/83—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws by investigating stray magnetic fields
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/58—Testing of lines, cables or conductors
    • G01R31/59—Testing of lines, cables or conductors while the cable continuously passes the testing apparatus, e.g. during manufacture
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0011—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables comprising means, e.g. flux concentrators, flux guides, for guiding or concentrating the magnetic flux, e.g. to the magnetic sensor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/07—Hall effect devices
    • G01R33/072—Constructional adaptation of the sensor to specific applications
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G1/00—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines

Definitions

  • the present application relates to the field of devices and methods making it possible to detect and locate one or more defects in components comprising at least one ferromagnetic part, and more particularly concerns a magnetic probe for detecting defects in cables comprising a ferromagnetic part.
  • MFL Magnetic Flux Leakage
  • LMA Loss of Metallic Area
  • LF Loss of Linear Fault
  • these devices or devices are not suitable for ACSR conductors, but rather for cables composed of steel only. More specifically, these devices or devices have an opening that is too small for most ACSR conductors or they are too heavy to be easily transported, including transport by drone. In addition, existing devices and devices cannot pass through the connection sleeves, which limits their characterization.
  • a magnetic probe for detecting defects in a ferromagnetic portion of a cable.
  • the magnetic probe includes a frame, at least three magnetic circuits, and at least three magnetic sensors.
  • the frame has a central axis and a passage for passing the cable through.
  • the at least three magnetic circuits are held by the frame, spaced apart from each other. others.
  • Each circuit includes a core configured to extend along the cable when the probe is in use (ie, at least one side of the core is substantially parallel to the cable); means for generating a magnetic flux in a section of the ferromagnetic part of the cable; and an air gap located in the core to create a point of zero magnetic field surrounded by a region of low magnetic field, between the core and the central axis.
  • Each magnetic sensor is associated with at least one of the at least three magnetic circuits and is located outside the core, in the low magnetic field region.
  • the at least three magnetic sensors are capable of measuring a low magnetic flux or a low variation in the magnetic flux caused by defects in the ferromagnetic part of the cable.
  • the magnetic probe includes exactly three magnetic circuits and three associated magnetic sensors equidistant from each other.
  • two adjacent magnetic circuits are spaced 120° apart around the central axis of the frame.
  • the core includes a longitudinal portion extending along the cable, when the probe is in use, and two legs oriented radially toward the central axis; and the means for generating the flux include a first magnet located in a first leg of the two legs and a second magnet located in a second leg of the two legs.
  • the magnetic flux generated in the cable is below a magnetic saturation level of the cable when the magnetic probe is in use.
  • the air gap of each circuit creates, produces or generates a magnetic field leak in the vicinity thereof and creates a point of zero magnetic field surrounded by an area of weak magnetic field.
  • the at least three magnetic sensors are ultrasensitive sensors.
  • the at least three magnetic sensors are sensors capable of measuring a magnetic flux of less than 5 mT.
  • the at least three magnetic sensors each have an operating range of ⁇ 2.5 mT, and preferably an operating range of at least ⁇ 1 mT.
  • symmetrical positioning of the at least three magnetic sensors and averaging of the measurements can compensate for movements of the cable relative to the central axis of up to ⁇ 2 cm by limiting the error to 2 pT maximum.
  • the magnetic probe includes one or more control modules, each including acquisition means, processing means and calculation means for acquiring and processing signals captured by the at least three magnetic sensors, and to carry out calculations from the processed signals.
  • symmetrical positioning of the at least three magnetic sensors makes it possible to reduce or eliminate the effect produced by a movement of the cable relative to the central axis on the measurements taken when the magnetic probe is in service, the calculation means being configured to average the measurements of the at least three magnetic sensors or carry out an equivalent operation.
  • each control module includes means of recording and/or means of transmitting measurements or calculations carried out from the measurements.
  • each control module is configured to calculate magnetic area losses (LMA) and/or identify broken strands (LF) from the values of the magnetic flux or the variations in the magnetic flux measured by at least one of the at least three magnetic sensors.
  • LMA magnetic area losses
  • LF broken strands
  • each control module includes algorithmic means for reducing or eliminating the effect of a magnetic field generated by a current circulating in the cable under inspection, the cable corresponding in this case to an electrical conductor energized by a high voltage transmission line.
  • a magnetic field originating from the cable or parasitic is an alternating magnetic field and the algorithmic means for reducing or eliminating the effect of the alternating magnetic field generated by a current flowing in the cable under inspection includes an algorithm for filtering a component at the frequency of a measured signal or to synchronize the reading times of flux measurements with the times when the current circulating in the conductor passes through zero.
  • each control module is configured to calculate magnetic surface losses (LMA) from absolute measurements made by the magnetic sensors.
  • LMA magnetic surface losses
  • the magnetic probe includes a linear encoder configured to be in contact with the cable to be inspected, each control module being configured to locate broken strands (LF) from differential measurements made by the magnetic sensors or from absolute measurements read at regular intervals, the intervals being determined based on position readings obtained from the linear encoder.
  • LF broken strands
  • the magnetic probe includes a sensor of the Earth's gravitational field, each control module including algorithmic means making it possible to reduce or eliminate the effect of the Earth's gravitational field on the magnetic flux measurements made by the sensors.
  • an opening of the magnetic probe corresponds to a transverse circular section around the central axis capable of receiving the cable between the at least three magnetic sensors of the magnetic probe, the ratio of the radius of the opening of the magnetic probe on the weight of the magnetic probe being of the order of 60 mm/kg. It should be noted that the opening is the circular section in the center of the magnetic probe 20, around the central axis, where the cable 22 will be located during inspection.
  • the at least three magnetic circuits and the at least three magnetic sensors are positioned and sized to allow the inspection of cables whose ferromagnetic part has a diameter between approximately 2 mm and approximately 50 mm.
  • the at least three magnetic circuits and the at least three magnetic sensors are positioned and dimensioned to allow the inspection of connection sleeves of electrical conductors on high voltage transmission lines, the ferromagnetic part including a section in the sleeves connecting the electrical conductors, and a transition zone between the conductors and the sleeves, in which the measurement of the magnetic probe allows the cable to be inserted into the probe and in which the opening of the magnetic probe allows a grip continuous measurement during relative movement between the magnetic probe and the sleeve.
  • the at least three magnetic circuits and the at least three magnetic sensors are configured to allow inspection of the ferromagnetic core of ACSR type conductors.
  • the frame, the at least three magnetic circuits and the at least three sensors have a total mass of less than 2 kg, making the magnetic probe portable by drone or similar means of transportation.
  • the configuration of the passage in the frame allows the probe to be installed on a cable, by drone, without human intervention.
  • the at least three magnetic sensors are of the “fluxgate”, Hall effect or magnetoresistance type.
  • the measurements carried out by the at least three magnetic sensors have a linear relationship with a geometric parameter of the ferromagnetic part of the cable, facilitating the calibration of the magnetic probe.
  • the passage includes a fixed, permanently open gap.
  • the core and the legs each include a stack of mild steel strips.
  • the frame does not include an opening or closing mechanism for installing the magnetic probe onto the cable.
  • a method for detecting defects of a ferromagnetic portion of a cable uses the magnetic probe as defined previously.
  • a system for detecting defects of a ferromagnetic portion of a cable includes a magnetic probe as defined above and transport means making it possible to move the magnetic probe along the cable so as to collect measurements representative of potential defects in the ferromagnetic part of the cable.
  • Figure 1 illustrates continuous poles made of mild steel, and comprising magnets with a strong magnetic field to create a magnetic field.
  • Figure 2 is a representation of the “magnetester” device.
  • Figure 3 illustrates an example of a conductor.
  • Figure 4 illustrates an air gap in a magnetic circuit to create a point of zero magnetic field, in accordance with one embodiment.
  • Figure 5 is a side view of a magnetic probe, consistent with one embodiment.
  • Figure 6 is a front view of the magnetic probe of Figure 5.
  • Figure 7 is an example of a magnetic sensor, in accordance with one embodiment.
  • Figure 8 illustrates a magnetic probe, in accordance with one embodiment.
  • Figure 9 illustrates a magnetic probe, in accordance with one embodiment.
  • Figure 10 illustrates a perspective view of the magnetic probe shown in Figure 8.
  • Figure 11 illustrates a side view of the magnetic probe shown in Figure 9.
  • Figure 12 illustrates a top view of the magnetic probe shown in Figure 9.
  • Figure 13 illustrates the magnetic probe shown in Figure 9, into which a cable has been inserted.
  • Figure 14 illustrates the ability of the magnetic probe to compensate for frame movement.
  • FIGS 15 to 25 illustrate different results obtained with the magnetic probe.
  • defects as well as any similar or equivalent expression, will be used in the context of this disclosure to refer to certain types of loss of material or physical integrity in ferromagnetic materials, such as losses steel section (“LMA”), broken steel strands (“LF”) and broken electrical conductor connection sleeves (such as ACSR type electrical conductors).
  • LMA losses steel section
  • LF broken steel strands
  • ACSR ACSR type electrical conductors
  • a signal represents a variation of any physical quantity.
  • a signal can be analog or digital, and typically carries information.
  • a signal can be continuous or discrete and have different characteristics such as, for example and without limitation, a period, an amplitude and a phase.
  • an electrical signal can be representative of a potential difference, the intensity of an electric current, the variation in amplitude, the variation of a frequency, the variation of a phase and/or any other relevant physical quantity. It should be noted that the properties of a signal can be measured and during a measurement, a sample represented by a set of data is obtained. The data set is generally representative of the measured signal.
  • the “measurement time” represents the duration, generally finished, the acquisition of a sample comprising a set of data. Following its acquisition, the signal (or the sample comprising a set of data representative of the signal) can be processed.
  • the “processing” of a signal typically includes a method, a procedure and/or the use of technique(s) making it possible to confirm the presence (or absence) of faults, to locate the location of one or more faults where applicable, and/or to reveal certain physical characteristics relevant to the characterization of these defects.
  • the processing of a signal may include operations or a series of mathematical operations.
  • signal processing typically makes it possible to obtain a property of a signal which can subsequently be associated with a physical quantity or with the variation thereof, which can in turn be associated with the presence or absence of defects in the ferromagnetic part of the inspected cable.
  • Frine resolution will mean that the resolution is less than 1 pT;
  • Low offset (or “offset”) will mean an offset of less than 10 pT;
  • Low noise level will mean that the spectral density of the noise is less than 10 nT/Hz;
  • the apparatus(es), method(s) and system(s) described herein, or at least elements thereof, may be implemented in computer programs executed on programmable computers (eg, a microcontroller), each comprising at least one processor, a data storage system comprising, for example and without limitation, volatile and non-volatile memory elements, at least one input device and at least one output device.
  • the programmable computer may be a programmable logic unit, a mainframe, a server and a personal computer, a cloud computing system, a laptop computer, a personal data assistant, a cellular telephone, a telephone smart device, portable device, tablet, smart display device, set-top box or virtual reality device.
  • Each program is preferably implemented in a high-level programming, procedural, or object-oriented programming language for communicating with a computer system.
  • programs can be implemented in assembly language or machine language. In all cases, the language can be a compiled or interpreted language.
  • Each of these computer programs is preferably stored on a storage medium or device readable by a general or special programmable computer for the configuration and operation of the computer when the storage medium or device is read by the computer for perform the procedures that will be described in the this description.
  • the systems may be integrated with an operating system running on the programmable computer.
  • MFL Magnetic Flux Leakage
  • the basic principle of MFL is based on the formation of a magnetic circuit between a magnetic probe and an inspected sample or object (or at least a portion of the sample or object).
  • the magnetic probe is adapted to produce a relatively high magnetic field, or at least high enough to saturate the sample or object object.
  • the magnetic flux locally changes path near the fault (it leaks), causing a decrease or increase in the field which is detected by appropriate detectors, such as magnetic detectors.
  • the “Magnetester”, illustrated in Figure 2 (PRIOR ART). This device has a mass of 23 kg and a maximum opening of 44 mm, which is equivalent to an opening/mass ratio of 1.9 mm/kg;
  • the “Intron”. This device has a mass of 3 kg and a maximum aperture of 24 mm, which is equivalent to an aperture/mass ratio of 8 mm/kg;
  • the “Magnograph 3”. This device has a mass of 13 kg and a maximum opening of 45 mm, which is equivalent to an opening/mass ratio of 3.5 mm/kg.
  • the configuration of the magnetic circuit is very similar from one probe to another.
  • existing solutions include probes made up of “U”-shaped poles. These poles are continuous and made of mild steel, and include magnets with a strong magnetic field (e.g.: NdFeB) to create the magnetic field, as illustrated in Figure 1 (PRIOR ART).
  • NdFeB strong magnetic field
  • Magnetic sensors are generally placed near the magnetic circuit and in separate locations within the different probes. However, regardless of the choice of location, the magnetic sensors are in the presence of a non-zero magnetic field which is produced by the magnetic probe. Consequently, this configuration of existing solutions requires the use of a high dynamic range magnetic sensor (e.g., Hall effect sensor). This configuration is therefore less sensitive and less precise than a sensor with a smaller measuring range.
  • Existing magnetic probes use multiple poles to eliminate or attempt to eliminate the impact of moving the cable/conductor through the opening.
  • the Magnetester and Intron magnetic probes use 2 poles to reduce the sensitivity to cable movement along the gravitational axis.
  • the Magnograph 3 probe uses 4 poles, which also reduces the sensitivity to cable movement in the axis perpendicular to the gravitational axis and to the cable axis.
  • the presence of 2 or 4 poles requires an opening and closing mechanism to install the magnetic probe around the cable to be inspected.
  • the technology described here concerns an ultra-light, large-aperture magnetic probe allowing relatively precise detection of steel section losses (“LMA”), broken steel strands (“LF”) and breakage in connection sleeves ACSR type electrical conductors. Relatively precise detection of these defects is possible despite the relatively low total mass of the magnetic probe. More particularly, the magnetic probe has a total mass of approximately 1.5 kg and has an opening having a diameter of approximately 90 mm, which is equivalent to an opening/mass ratio of 60 mm/kg. These characteristics allow the probe to be carried by drone, or similar means of transport, and to roll over the connection sleeves and portion(s) of high voltage cable, which is an improvement over existing probes which have been presented above.
  • the aperture/mass ratio of the magnetic probe presented here is therefore approximately 7 times better than existing solutions.
  • the magnetic probe described here has a three-pole cylindrical symmetry which makes it possible to eliminate or at least reduce the effect of the movement of the conductor on the measured signal, in addition to eliminating the opening and closing mechanism. .
  • the creation of a point of zero magnetic field (zero point) on each of the poles of the magnetic probe allows the use of ultrasensitive magnetic sensors, and therefore, a very precise measurement, which is also an improvement compared to to existing solutions.
  • the technology described here significantly outperforms currently commercially available probes in the precise application of steel cable inspection (which includes ACSR electrical conductors).
  • the magnetic probe presented here measures LMA defects and relatively small LF defects with high precision, can be transported by drone or any other similar means of transport, can be deployed without an operator to open or close its passage, and has an opening large enough to inspect the connection sleeves.
  • the magnetic probe is based in particular on the introduction of an air gap to the magnetic circuit to create a point of zero magnetic field ("zero point"), a three-pole symmetry and a use of the magnetic probe in unsaturated mode, as illustrated in a non-limiting manner in Figure 4.
  • the three poles can be arranged at an angle of approximately 120° between them.
  • poles 1 and 3 are attached to pole 2, but poles 1 and 3 are not attached to each other, thus leaving a passage at the bottom of the magnetic probe.
  • This passage (see for example element 30 in Figure 6) is adapted, positioned and dimensioned to insert the conductor without having to open and close the probe, or to resort to an opening and/or closing mechanism. the magnetic probe. It is therefore not necessary for an operator to climb close to the driver to close and open the probe, as is currently required using existing solutions.
  • the magnetic probe can therefore be deposited by drone, or any other similar means of transport, which allows rapid and safer deployment, reducing exposure to high voltages, potentially dangerous for operators.
  • the three-pole probe geometry helps reduce and preferably eliminate signal variation caused by driver movement relative to certain components of the magnetic probe, as illustrated in a non-limiting manner in Figures 13 and 14.
  • magnetic probes operate or operate in saturated mode. All existing magnetic probes intended for the inspection of steel cables seem to operate in saturated mode.
  • the magnetic probe described here does not operate in saturated mode, which notably makes it possible to greatly reduce the weight of the magnetic probe. In testing, there is no evidence to suggest that saturation is necessary to make appropriate measurements. Indeed, the magnetic probe presented here makes it possible to detect relatively small defects in unsaturated conditions thanks to the use of ultrasensitive sensors.
  • FIG. 5 An embodiment of a magnetic probe 20 for detecting defects in a ferromagnetic part of a cable 22 is illustrated in Figure 5.
  • the magnetic probe 20 includes a frame 24, at least three magnetic circuits 26 and at least three magnetic sensors 28.
  • the frame 22 has a central axis and a passage 30 allowing the cable 22 to pass through it.
  • the at least three magnetic circuits 26 (or simply the magnetic circuits 26) are held by the frame 24, distant from each other. Note that passage 30 allows cable 22 to be inserted into frame 24.
  • Each magnetic circuit 26 includes a core 32 configured to extend along cable 22 when magnetic probe 20 is in use; means 34 for generating a magnetic flux in a section of the ferromagnetic part of the cable 22; and an air gap 36 located in the core 32 to create a point of zero magnetic field surrounded by a zone of low magnetic field, between the core 32 and the central axis of the frame 24.
  • Each magnetic sensor 28 is associated with at least one of at least three magnetic circuits 26 and is located outside the core 32, in the low-pressure zone magnetic field.
  • the at least three magnetic sensors 28 (or simply the magnetic sensors 28) are capable of measuring a low magnetic flux or a low variation in the magnetic flux caused by defects in the ferromagnetic part of the cable 22.
  • the magnetic probe 20 includes exactly three magnetic circuits 26 and exactly three associated magnetic sensors 28, equidistant from each other. In other embodiments, the magnetic probe could include four, five or six magnetic circuits.
  • two adjacent magnetic circuits 28 are spaced 120° apart, around the central axis of the frame 24. It should be noted that the angle depends on the number of magnetic circuits being mounted on the frame 24.
  • the core 32 includes a longitudinal portion 38 extending along the cable 22, when the magnetic probe 20 is in use, and two tabs 40 oriented radially towards the central axis of the frame 22.
  • the means 34 to generate the flow include a first magnet 42 located in a first leg of the two legs 40 and a second magnet 44 located in a second leg of the two legs 40.
  • the magnetic flux generated in the cable 22 is below a magnetic saturation level of the cable 22 when the magnetic probe 20 is in service, i.e., the magnetic probe is not operated in saturated mode.
  • each magnetic circuit 26 is adapted and configured to create a magnetic field leak in the air 48 near the air gap 36 (i.e., in the air at the center of the circuit 26, and at the bottom of the core 32)), in the opposite direction to the magnetic flux generated in the air 48 in the absence of air gap 32.
  • the magnetic sensors 28 are ultrasensitive sensors.
  • the magnetic sensors 28 could be sensors capable of measuring a magnetic flux of less than 5 mT.
  • the magnetic sensors 28 each have an operating range of ⁇ 2.5 mT, and preferably an operating range of at least ⁇ 1 mT. It should be noted that the magnetic probe 20 makes it possible to carry out measurements that are relatively insensitive to a drift in gain or offset as a function of temperature.
  • a relative movement or displacement e.g., a radial displacement
  • symmetrical positioning of the three magnetic sensors 28 and the averaging of the measurements taken by the latter can compensate for movements of the cable 22 relative to the central axis of the frame 24 up to ⁇ 2 cm by limiting the error to 2 pT maximum.
  • the potentially negative effect of the relative movement of the cable 22 relative to the magnetic probe 20 can be compensated, which makes it possible to carry out fairly precise measurements for the targeted applications.
  • the magnetic probe 20 includes one or more control modules, each including acquisition means, processing means and calculation means for acquiring and processing signals picked up by the magnetic sensors 28.
  • the modules controls make it possible to carry out calculations, including a plurality of mathematical operations from the measured and processed signals.
  • symmetrical positioning of the magnetic sensors 28 makes it possible to reduce or eliminate the effect produced by a movement of the cable 22 relative to the central axis on the measurements taken when the magnetic probe 20 is in service.
  • the calculation means are configured to average the measurements of the magnetic sensors 28 or carry out an equivalent operation.
  • Each control module could include means of recording and/or means of transmitting measurements or calculations carried out from the measurements.
  • each control module is configured to calculate section or magnetic surface losses (LMA) and/or identify broken strands (LF) from the values of the magnetic flux or variations in the magnetic flux measured by at least one of the magnetic sensors 28.
  • each control module includes algorithmic means for reducing or eliminating the effect of a magnetic field generated by a current circulating in the cable 22 under inspection, the cable 22 corresponding in this case to an energized electrical conductor of a high voltage transmission line.
  • a magnetic field originating from the cable or parasitic is an alternating magnetic field and the algorithmic means for reducing or eliminating the effect of the alternating magnetic field generated by a current flowing in the cable under inspection includes an algorithm for filtering a component at the frequency of a measured signal or to synchronize the reading times of flux measurements with the times when the current circulating in the conductor passes through zero.
  • each control module can be configured to calculate magnetic surface losses (LMA) from absolute measurements (/e., non-relative measurements) carried out by the magnetic sensors 28.
  • LMA magnetic surface losses
  • the magnetic probe 20 includes a linear encoder 46 configured to be in contact with the cable to be inspected, each control module being configured to locate for broken strands (LF) from differential measurements made by the sensors magnetic 28 or from absolute measurements read at regular intervals. The intervals are determined based on position readings obtained from linear encoder 46.
  • LF broken strands
  • the magnetic probe 20 includes a sensor of the Earth's gravitational field, and each control module includes algorithmic means making it possible to reduce or eliminate the effect of the Earth's gravitational field on the magnetic flux measurements made by the sensors .
  • an opening of the magnetic probe corresponds to a transverse circular section around the central axis capable of receiving the cable between the at least three magnetic sensors of the magnetic probe, the ratio of the radius of the opening of the magnetic probe on the weight of the magnetic probe being of the order of 60 mm/kg. It should be noted that the opening is the circular section in the center of the magnetic probe 20, around the central axis, where the cable 22 will be located during inspection.
  • the magnetic circuits 26 and the magnetic sensors 28 are positioned and sized to allow the inspection of cable 22 whose ferromagnetic part has a diameter between approximately 2 mm and approximately 50 mm.
  • the diameter could be up to 15 mm, for example in the context of LF fault detection, up to 20 mm, for example in the context of LMA fault detection and up to 30 mm, for example in the context of detecting sleeve corrosion.
  • the magnetic circuits 26 and the magnetic sensors 28 are positioned and sized to allow the inspection of connecting sleeves of electrical conductors on high voltage transmission lines, the ferromagnetic part including a section in the connecting sleeves the electrical conductors, and a transition zone between the conductors and the sleeves, in which the passage 30 of the frame 24 of the magnetic probe 20 allows continuous measurement during a relative movement between the magnetic probe and the sleeve, the relative movement being defined here when the magnetic probe 20 advances and gradually covers the sleeve, or conversely allows the sleeve to exit the magnetic probe 20.
  • the magnetic circuits 26 and the magnetic sensors 28 are configured to allow inspection of the ferromagnetic core of ACSR type conductors.
  • the magnetic circuits 26 and the magnetic sensors 28 can be optimized, in their position and dimensions, so as to allow inspection of the ferromagnetic core of ACSR type conductors, as opposed to an all-steel cable of the same diameter.
  • the frame 24, the magnetic circuits 26 and the magnetic sensors 28 have a total mass of less than 2 kg, making the magnetic probe 20 portable by drone or similar means of transport.
  • the configuration of the passage 30 in the frame 24 makes it possible to install the magnetic probe 20 on the cable 22, by drone, without human intervention, which makes it possible to greatly simplify the installation of the magnetic probe 20 on cable 22.
  • the magnetic sensors 28 are of the “fluxgate” type, Hall effect or magnetoresistance.
  • the measurements made by the magnetic sensors 28 have a linear relationship with a geometric parameter of the ferromagnetic part of the cable 22, facilitating the calibration of the magnetic probe 20.
  • the geometric parameter could be a radius, a diameter, a section or area.
  • passage 30 includes a fixed, permanently open gap.
  • the core 32 and the legs 40 each include a stack of mild steel strips in a configuration that minimizes weight by optimizing the shape so as to concentrate and uniform the magnetic flux.
  • the frame 24 does not include an opening or closing mechanism for installing the magnetic probe 20 on the cable 22.
  • a method for detecting defects in a ferromagnetic portion of a cable is provided. The method uses the magnetic probe as defined previously.
  • a system for detecting defects of a ferromagnetic portion of a cable includes a magnetic probe as defined above and transport means making it possible to move the magnetic probe along the cable so as to collect measurements representative of potential defects in the ferromagnetic part of the cable.
  • the technology presented here is based on the combination of a large opening of the magnetic probe (diameter of 90 mm) and a low weight of the magnetic probe (1.5 kg).
  • the technology also relies on the absence of a mechanism for opening and closing the probe thanks to the three-pole symmetry.
  • the technology also relies on compensating the movement of the conductor on two axes thanks to three-pole symmetry.
  • the technology also relies on the sensitivity of the probe resulting from a strategic location for the ultrasensitive magnetic sensors (range of ⁇ 2.5 mT) in a zero field zone (zero point).
  • the magnetic probe includes the addition of an air gap in the magnetic circuit of the poles, the creation of a point of zero magnetic field (zero point) near the inspected object, the use of a detector ultrasensitive and low noise level near the zero point, carrying out the measurement of the inspected object in unsaturated regime and the use of 3-pole symmetry.
  • This configuration makes it possible in particular to obtain an ultralight, ultrasensitive magnetic probe, with a large opening and without a closing mechanism.
  • the technology described here is particularly well suited to ACSR drivers. It could also be used for all-steel cables.
  • the magnetic probe described here allows the detection of LMA and LF defects, in addition to being able to be transported by drone, placed on the conductor without an operator to close it and pass through connection sleeves to inspect their defects. Non-limiting examples of results that can be obtained with the technology presented here are illustrated in Figures 15 to 25.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Abstract

Une sonde magnétique pour la détection de défauts d'une partie ferromagnétique d'un câble est fournie. La sonde inclut au moins trois circuits magnétiques maintenus par un cadre et chaque circuit inclut un noyau configuré pour s'étendre le long du câble lorsque la sonde est en service; des moyens pour générer un flux magnétique dans une section de la partie ferromagnétique du câble; et un entrefer situé dans le noyau pour créer un point de champ magnétique nul entouré d'une zone à faible champ magnétique, entre le noyau et l'axe central. La sonde inclut au moins trois capteurs magnétiques, chacun étant associé à un ou des circuits et situé à l'extérieur du noyau, dans la zone à faible champ magnétique. Les capteurs sont aptes à mesurer un flux magnétique ou une variation du flux magnétique causée par des défauts dans la partie ferromagnétique du câble.

Description

SONDE MAGNÉTIQUE POUR LA DÉTECTION DE DÉFAUTS DANS DES CÂBLES COMPORTANT UNE PARTIE FERROMAGNÉTIQUE, MÉTHODE ET SYSTÈME ASSOCIÉS
DOMAINE TECHNIQUE
La présente demande se rapporte au domaine des appareils et méthodes permettant de détecter et localiser un ou plusieurs défauts dans des composants comportant au moins une partie ferromagnétique, et concerne plus particulièrement une sonde magnétique pour la détection de défauts dans des câbles comportant une partie ferromagnétique.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Il est estimé qu’il existe approximativement 5 millions de kilomètres de lignes haute tension à travers le monde, nombre auquel s'ajoutent annuellement environ 200 000 km de lignes haute tension. Pour mettre ce nombre en perspective, Hydro-Québec possède le plus vaste réseau électrique de l'Amérique du Nord avec 35 000 km de lignes haute tension, ce qui représente environ 0,7 % du total mondial. Une grande proportion des conducteurs électriques utilisés sur ces lignes haute tension sont du type ACSR (acronyme emprunté de l’anglais pour « Aluminum Conductor Steel Reinforced ») ou AAAC (acronyme emprunté de l’anglais pour « All Aluminum Alloy Conductors »). Dans le cas du réseau d'Hydro-Québec, on ne retrouve pratiquement que des conducteurs ACSR. Ces derniers sont constitués d'une âme d'acier centrale assurant la résistance mécanique du conducteur. Elle comprend généralement entre 1 et 37 brins d'acier galvanisés au zinc pour résister à la corrosion et/ou d’autres forces mécaniques externes. En périphérie de l'âme d'acier, on retrouve généralement entre 6 et 84 brins d'aluminium assurant la conduction de l'électricité. Un exemple de conducteur est présenté à la Figure 3 (ART ANTÉRIEUR). Enfin, les conducteurs ACSR sont produits en longueur finie de l'ordre du kilomètre et doivent donc être raboutés à l'aide de manchons de raccordement, aussi en acier et en aluminium. Au-delà d’une cinquantaine d’années, ou en cas d'une installation inadéquate des conducteurs, les agents de corrosion présents dans l'environnement peuvent corroder l'âme d'acier et/ou les manchons de raccordement. Des conditions météorologiques extrêmes, comme par exemple et sans être limitatif, de forts vents, du verglas, la foudre, peuvent endommager les conducteurs électriques, ce qui peut résulter en des brins brisés. Le bris d’un brin est notamment associé à une perte de résistance mécanique, ce qui peut mener ultimement à la rupture du conducteur électrique, et donc, de la ligne haute tension. Pour éviter cette situation, il est possible d'effectuer des essais non destructifs avec des sondes magnétiques qui peuvent utiliser le principe de « Magnetic Flux Leakage » (MFL), comme les appareils ou dispositifs suivants : le « Magnetester », l'« Intron » ou le « Magnetograph ». Ces appareils ou dispositifs comprennent des détecteurs pour les pertes de sections d'acier (« Loss of Metallic Area » ou « LMA ») et pour les brins brisés (« Local Fault » ou « LF »). Toutefois, ces appareils ou dispositifs ne sont pas adaptés aux conducteurs ACSR, mais plutôt aux câbles composés d'acier uniquement. Plus spécifiquement, ces appareils ou dispositifs ont une ouverture trop petite pour la plupart des conducteurs ACSR ou ils sont trop lourds pour être facilement transportés, incluant notamment le transport par drone. De plus, les appareils et dispositifs existants ne peuvent pas franchir les manchons de raccordement, ce qui limite leur caractérisation.
À la lumière de ce qui précède, il existe donc un besoin pour un appareil, une méthode et un système associé permettant de résoudre au moins un des problèmes et/ou limitations discutés ci-dessus.
SOMMAIRE
Selon un aspect, une sonde magnétique pour la détection de défauts dans une partie ferromagnétique d’un câble est fournie. La sonde magnétique inclut un cadre, au moins trois circuits magnétiques et au moins trois capteurs magnétiques. Le cadre a un axe central et un passage permettant d’y passer le câble. Les au moins trois circuits magnétiques sont maintenus par le cadre, distants les uns des autres. Chaque circuit inclut un noyau configuré pour s’étendre le long du câble lorsque la sonde est en service (i.e., au moins un côté du noyau est substantiellement parallèle au câble); des moyens pour générer un flux magnétique dans une section de la partie ferromagnétique du câble; et un entrefer situé dans le noyau pour créer un point de champ magnétique nul entouré d’une zone à faible champ magnétique, entre le noyau et l’axe central. Chaque capteur magnétique est associé à au moins un des au moins trois circuits magnétiques et est situé à l’extérieur du noyau, dans la zone à faible champ magnétique. Les au moins trois capteurs magnétiques sont aptes à mesurer un faible flux magnétique ou une faible variation du flux magnétique causée par des défauts dans la partie ferromagnétique du câble.
Dans certains modes de réalisation, la sonde magnétique inclut exactement trois circuits magnétiques et trois capteurs magnétiques associés, équidistants les uns par rapport aux autres.
Dans certains modes de réalisation, deux circuits magnétiques adjacents sont espacés de 120°, autour de l’axe central du cadre.
Dans certains modes de réalisation, le noyau inclut une partie longitudinale s’étendant le long du câble, lorsque la sonde est en service, et deux pattes orientées radialement vers l’axe central; et les moyens pour générer le flux incluent un premier aimant situé dans une première patte des deux pattes et un second aimant situé dans une seconde patte des deux pattes.
Dans certains modes de réalisation, le flux magnétique généré dans le câble est en deçà d’un niveau de saturation magnétique du câble lorsque la sonde magnétique est en service.
Dans certains modes de réalisation, l’entrefer de chaque circuit crée, produit ou génère une fuite de champ magnétique au voisinage de celui-ci et crée un point de champ magnétique nul entouré d’une zone de champ magnétique faible. Dans certains modes de réalisation, les au moins trois capteurs magnétiques sont des capteurs ultrasensibles.
Dans certains modes de réalisation, les au moins trois capteurs magnétiques sont des capteurs aptes à mesurer un flux magnétique de moins de 5 mT.
Dans certains modes de réalisation, les au moins trois capteurs magnétiques ont chacun une plage d’opération de ± 2.5 mT, et préférablement une plage d’opération minimalement incluse entre ± 1 mT.
Dans certains modes de réalisation, un positionnement symétrique des au moins trois capteurs magnétiques et le moyennage des mesures peuvent compenser des déplacements du câble par rapport à l’axe central jusqu’à ± 2 cm en limitant l’erreur à 2 pT au maximum.
Dans certains modes de réalisation, la sonde magnétique inclut un ou des modules de contrôle, chacun incluant des moyens d’acquisition, des moyens de traitement et des moyens de calculs pour acquérir et traiter des signaux captés par les au moins trois capteurs magnétiques, et pour réaliser des calculs à partir des signaux traités.
Dans certains modes de réalisation, un positionnement symétrique des au moins trois capteurs magnétiques permet de réduire ou d’éliminer l’effet produit par un déplacement du câble relativement à l’axe central sur les mesures réalisées lorsque la sonde magnétique est en service, les moyens de calcul étant configurés pour moyenner les mesures des au moins trois capteurs magnétiques ou réaliser une opération équivalente.
Dans certains modes de réalisation, chaque module de contrôle inclut des moyens d’enregistrement et/ou des moyens de transmission des mesures ou des calculs effectués à partir des mesures.
Dans certains modes de réalisation, chaque module de contrôle est configuré pour calculer des pertes de surface magnétique (LMA) et/ou d’identifier des brins brisés (LF) à partir des valeurs du flux magnétique ou des variations du flux magnétique mesurées par au moins un des au moins trois capteurs magnétiques.
Dans certains modes de réalisation, chaque module de contrôle inclut des moyens algorithmiques pour réduire ou supprimer l’effet d’un champ magnétique généré par un courant circulant dans le câble sous inspection, le câble correspondant dans ce cas à un conducteur électrique énergisé d’une ligne de transport haute tension.
Dans certains modes de réalisation, un champ magnétique provenant du câble ou parasite est un champ magnétique alternatif et les moyens algorithmiques pour réduire ou supprimer l’effet du champ magnétique alternatif généré par un courant circulant dans le câble sous inspection incluent un algorithme permettant de filtrer une composante à la fréquence d’un signal mesuré ou de synchroniser les temps de lecture de mesures de flux avec les temps où le courant circulant dans le conducteur passe par zéro.
Dans certains modes de réalisation, chaque module de contrôle est configuré pour calculer des pertes de surfaces magnétiques (LMA) à partir de mesures absolues réalisées par les capteurs magnétiques.
Dans certains modes de réalisation, la sonde magnétique inclut un encodeur linéaire configuré pour être en contact avec le câble à inspecter, chaque module de contrôle étant configuré pour localiser les brins brisés (LF) à partir de mesures différentielles réalisées par les capteurs magnétiques ou à partir de mesures absolues lues à intervalles réguliers, les intervalles étant déterminés en fonction de lectures de position obtenues de l’encodeur linéaire.
Dans certains modes de réalisation, la sonde magnétique inclut un capteur du champ gravitationnel terrestre, chaque module de contrôle incluant des moyens algorithmiques permettant de réduire ou de supprimer l’effet du champ gravitationnel terrestre sur les mesures de flux magnétiques réalisées par les capteurs. Dans certains modes de réalisation, une ouverture de la sonde magnétique correspond à une section circulaire transverse autour de l’axe central pouvant recevoir le câble entre les au moins trois capteurs magnétiques de la sonde magnétique, le ratio du rayon de l’ouverture de la sonde magnétique sur le poids de la sonde magnétique étant de l’ordre de 60 mm/kg. Il est à noter que l’ouverture est la section circulaire au centre de la sonde magnétique 20, autour de l’axe central, où se situera le câble 22 lors de l’inspection.
Dans certains modes de réalisation, les au moins trois circuits magnétiques et les au moins trois capteurs magnétiques sont positionnés et dimensionnés pour permettre l’inspection de câbles dont la partie ferromagnétique a un diamètre inclus entre approximativement 2 mm et approximativement 50 mm.
Dans certains modes de réalisation, les au moins trois circuits magnétiques et les au moins trois capteurs magnétiques sont positionnés et dimensionnés pour permettre l’inspection de manchons de raccordement de conducteurs électriques sur des lignes de transport à haute tension, la partie ferromagnétique incluant une section dans les manchons raccordant les conducteurs électriques, et une zone de transition entre les conducteurs et les manchons, dans laquelle la mesure de la sonde magnétique permet d’insérer le câble dans la sonde et dans laquelle l’ouverture de la sonde magnétique permet une prise de mesure en continu lors d’un mouvement relatif entre la sonde magnétique et le manchon.
Dans certains modes de réalisation, les au moins trois circuits magnétiques et les au moins trois capteurs magnétiques sont paramétrés pour permettre l’inspection de l’âme ferromagnétique de conducteurs de type ACSR.
Dans certains modes de réalisation, le cadre, les au moins trois circuits magnétiques et les au moins trois capteurs ont une masse totale de moins de 2 kg, rendant la sonde magnétique portative par drone ou par moyens de transport similaires. Dans certains modes de réalisation, la configuration du passage dans le cadre permet d’installer la sonde sur un câble, par drone, sans intervention humaine.
Dans certains modes de réalisation, les au moins trois capteurs magnétiques sont de type « fluxgate », à effet Hall ou à magnétorésistance.
Dans certains modes de réalisation, les mesures réalisées par les au moins trois capteurs magnétiques ont une relation linéaire avec un paramètre géométrique de la partie ferromagnétique du câble, facilitant la calibration de la sonde magnétique.
Dans certains modes de réalisation, le passage inclut un espacement fixe, ouvert de manière permanente.
Dans certains modes de réalisation, le noyau et les pattes incluent chacun un empilement de lamelles en acier doux.
Dans certains modes de réalisation, le cadre n’inclut pas de mécanisme d’ouverture ou de fermeture pour installer la sonde magnétique sur le câble.
Selon un aspect, une méthode pour la détection de défauts d’une partie ferromagnétique d’un câble est fournie. La méthode emploie la sonde magnétique telle que définie précédemment.
Selon un aspect, un système pour la détection de défauts d’une partie ferromagnétique d’un câble est fourni. Le système inclut une sonde magnétique telle que définie précédemment et des moyens de transport permettant de déplacer la sonde magnétique le long du câble de manière à récolter des mesures représentatives de potentiels défauts dans la partie ferromagnétique du câble.
La technologie et ses avantages ressortiront mieux de la description non limitative qui suit des modes de réalisation préférés de la technologie, faite en se référant aux dessins annexés. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
Figure 1 (art antérieur) illustre des pôles continus faits en acier doux, et comprenant des aimants à fort champ magnétique pour créer un champ magnétique.
Figure 2 (art antérieur) est une représentation de l’appareil « magnetester ».
Figure 3 (art antérieur) illustre un exemple de conducteur.
Figure 4 illustre un entrefer dans un circuit magnétique pour créer un point de champ magnétique nul, en accord avec un mode de réalisation.
Figure 5 est une vue de côté d’une sonde magnétique, en accord avec un mode de réalisation.
Figure 6 est une vue de face de la sonde magnétique de la Figure 5.
Figure 7 est un exemple de capteur magnétique, en accord avec un mode de réalisation.
Figure 8 illustre une sonde magnétique, en accord avec un mode de réalisation.
Figure 9 illustre une sonde magnétique, en accord avec un mode de réalisation.
Figure 10 illustre une vue en perspective de la sonde magnétique illustrée à la Figure 8.
Figure 11 illustre une vue de côté de la sonde magnétique illustrée à la Figure 9.
Figure 12 illustre une vue du dessus de la sonde magnétique illustrée à la Figure 9. Figure 13 illustre la sonde magnétique présentée à la Figure 9, dans laquelle un câble a été inséré.
Figure 14 illustre la capacité de la sonde magnétique à compenser un déplacement du cadre.
Les Figures 15 à 25 illustrent différents résultats ayant été obtenus avec la sonde magnétique.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Dans la description qui suit, les composantes et/ou fonctionnalités similaires dans les figures sont représentées par les mêmes numéros de référence. Afin de ne pas encombrer les figures, certains éléments ne sont pas identifiés sur toutes les figures s’ils ont déjà été présentés sur des figures précédentes. Les éléments présentés sur les figures ne sont pas nécessairement à l’échelle et l’accent est plutôt mis sur l’illustration claire des éléments et structures des différents modes de réalisations présentés ci-dessous.
En outre, bien que les modes de réalisation décrits et illustrés comprennent divers composants, et bien que certains de ces composants présentent certaines configurations géométriques, il est entendu que le nombre de composants et leurs géométries peuvent varier, et ne doivent donc pas être pris dans leur acception restrictive, et ne doivent pas être interprétés de manière à limiter la portée de la présente technologie. Il doit être compris, comme il apparaîtra également à la personne versée dans l’art, que d’autres composants appropriés, ainsi que d’autres configurations géométriques appropriées, peuvent être utilisées pour la présente technologie et les parties correspondantes de la présente technologie.
Tous les termes et expressions techniques et scientifiques utilisés dans la présente description ont les mêmes définitions que celles généralement comprises par la personne versée dans l’art de la technologie actuelle. Les définitions de certains termes et expressions utilisés sont néanmoins fournies ci-dessous. Le terme « environ » tel qu’utilisé dans le présent document signifie « approximativement », « dans la région de », « autour de » ou toute autre expression ayant une signification similaire. Par exemple, lorsque le terme « environ » est utilisé en lien avec une valeur numérique, il pourrait la modifier au- dessus et/ou en dessous par une variation prédéterminée. Dans certains exemples, la variation prédéterminée est d’environ 10 % par rapport à la valeur nominale. Ce terme peut aussi tenir compte, par exemple, de l’erreur expérimentale d’un appareil de mesure, de l’arrondissement et/ou de déviations statistiques. Lorsqu’un intervalle de valeurs est mentionné dans la présente demande, les bornes inférieures et supérieures de l’intervalle sont, à moins d’indication contraire, toujours incluses dans la définition.
L’expression « défaut(s) », ainsi que toute expression similaire ou équivalente, sera utilisée dans le cadre de la présente divulgation pour référer à certains types de pertes de matière ou d’intégrité physique dans des matériaux ferromagnétiques, comme par des pertes de section d’acier (« LMA »), de brins d’aciers brisés (« LF ») et de bris de manchons de raccordement des conducteurs électriques (comme par exemple des conducteurs électriques de type ACSR).
Le terme « signal », ainsi que toute expression similaire ou équivalente, représente une variation d’une grandeur physique quelconque. Un signal peut être analogique ou numérique, et transporte typiquement de l’information. Un signal peut être continu ou discret et posséder différentes caractéristiques comme, par exemple et sans être limitatif, une période, une amplitude et une phase. Par exemple, dans le contexte des applications en électricité ou impliquant l’utilisation d’électricité, un signal électrique peut être représentatif d’une différence de potentiel, de l’intensité d’un courant électrique, de la variation de l’amplitude, de la variation d’une fréquence, de la variation d’une phase et/ou de toute autre grandeur physique pertinente. Il est à noter que les propriétés d’un signal peuvent être mesurées et que lors d’une mesure, un échantillon représenté par un ensemble de données est obtenu. L’ensemble de données est généralement représentatif du signal mesuré. Le « temps de mesure » représente la durée, généralement finie, de l’acquisition d’un échantillon comprenant un ensemble de données. Suite à son acquisition, le signal (ou l’échantillon comprenant un ensemble de données représentatif du signal) peut être traité. Le « traitement » d’un signal inclut typiquement une méthode, une procédure et/ou l’utilisation de technique(s) permettant de confirmer la présence (ou l’absence) de défauts, de localiser la localisation d’un ou plusieurs défauts le cas échéant, et/ou de révéler certaines caractéristiques physiques pertinentes à la caractérisation de ces défauts. Par exemple, de manière générale et sans être limitatif, le traitement d’un signal peut inclure des opérations ou une suite d’opérations mathématiques. Ces opérations comprennent, mais ne sont pas limitées à des opérations de : contrôle, filtrage, compression, transmission, réduction de bruit, convolution, déconvolution, prédiction, identification et/ou classification, en plus des autres opérations mathématiques de base (e.g., addition, soustraction, multiplication et/ou division). Ainsi, le traitement de signal permet typiquement d’obtenir une propriété d’un signal qui peut être subséquemment associée à une grandeur physique ou à la variation de celle-ci, ce qui peut être à son tour associé à la présence ou à l’absence de défauts dans la partie ferromagnétique du câble inspecté.
Certaines des expressions suivantes (incluant les expressions similaires, synonymes et équivalentes) seront utilisées dans le cadre de la présente divulgation :
- « Haute précision » signifiera que l’erreur est sous un seuil de 2%;
- « Mesure rapide » signifiera que la bande passante est supérieure à 30 kHz
- « Résolution fine » signifiera que la résolution est inférieure à 1 pT;
- « Faible décalage » (ou « offset ») signifiera un décalage inférieur à 10 pT;
- « Faible niveau de bruit » signifiera que la densité spectrale du bruit est inférieure à 10 nT/ Hz;
- « Gain précis » signifiera que l’erreur associée au gain est inférieure à 0.05%; et - « Très faible non-linéarité » signifiera que l’erreur de linéarité est inférieure à 0.1 %.
Les expressions « rayonnement externe », « perturbations externes », et toute autre expression similaire ou équivalente, représentent un bruit électrique, magnétique ou électromagnétique. Le bruit est ici entendu comme un signal ayant une origine autre ou différente que le signal associé aux défauts étant caractérisés par les techniques ici présentées. Par exemple, un signal associé à du bruit présente généralement des propriétés différentes d’un signal de défaut(s) dans une partie ferromagnétique d’un câble.
Les appareil(s), méthode(s) et système(s) décrits ici, ou au moins des éléments de ceux-ci, peuvent être mis en œuvre dans des programmes informatiques exécutés sur des ordinateurs programmables (e.g., un microcontrôleur), chacun comprenant au moins un processeur, un système de stockage de données comprenant, par exemple et sans être limitatif, des éléments de mémoire volatile et non-volatile, au moins un périphérique d’entrée et au moins un périphérique de sortie. Dans certains exemples, l’ordinateur programmable peut être une unité logique programmable, un ordinateur central, un serveur et un ordinateur personnel, un système d’informatique en nuage, un ordinateur portable, une assistance de données personnelles, un téléphone cellulaire, un téléphone intelligent, un périphérique portable, une tablette, un dispositif d’affichage intelligent, un décodeur ou un dispositif de réalité virtuelle. Chaque programme est de préférence implémenté dans un langage de programmation, de programmation procédurale ou orienté objet de haut niveau pour communiquer avec un système informatique. Toutefois, les programmes peuvent être implémentés en langage assembleur ou en langage machine. Dans tous les cas, le langage peut être un langage compilé ou interprété. Chacun de ces programmes informatiques est de préférence stocké sur un support de stockage ou un dispositif lisible par un ordinateur programmable général ou spécial pour la configuration et le fonctionnement de l’ordinateur lorsque le support ou le périphérique de stockage est lu par l’ordinateur pour exécuter les procédures qui seront décrites dans la présente description. Dans certains modes de réalisation, les systèmes peuvent être intégrés à un système d’exploitation s’exécutant sur l’ordinateur programmable.
Mise en contexte
La technique dite de « Magnetic Flux Leakage », aussi couramment appelée la « technique MFL », est connue depuis bien longtemps. Elle trouve une multitude d’applications pour la détection de défauts dans les matériaux ferromagnétiques. Le principe de base de la MFL repose sur la formation d’un circuit magnétique entre une sonde magnétique et un échantillon ou un objet inspecté (ou au moins une portion de l’échantillon ou de l’objet). La sonde magnétique est adaptée pour produire un champ magnétique relativement élevé, ou au moins assez élevé pour saturer l’échantillon ou l’objet objet. En présence d’un défaut, le flux magnétique change localement de chemin près du défaut (il fuit), causant une diminution ou une augmentation du champ qui est détecté par des détecteurs appropriés, comme par exemple des détecteurs magnétiques.
Différentes solutions commerciales existent, comme par exemple, et sans être limitatif :
1 . Le « Magnetester », illustré à la Figure 2 (ART ANTÉRIEUR). Ce dispositif a une masse de 23 kg et une ouverture maximale de 44 mm, ce qui équivaut à un ratio ouverture/masse de 1 ,9 mm/kg;
2. L’ « Intron ». Ce dispositif a une masse de 3 kg et une ouverture maximale de 24 mm, ce qui équivaut à un ratio ouverture/masse de 8 mm/kg; et
3. Le « Magnograph 3 ». Ce dispositif a une masse de 13 kg et une ouverture maximale de 45 mm, ce qui équivaut à un ratio ouverture/masse de 3.5 mm/kg.
Les trois exemples non-limitatifs présentés ci-dessus suggèrent une tendance pour ce type de sonde. En effet, pour les solutions commerciales déjà disponibles, l’ouverture de la sonde est corrélée avec la masse de la sonde (/.e., plus l’ouverture est grande, plus la masse est importante), ce qui est résumé par le ratio ouverture/masse présenté ci-dessus pour chacun des dispositifs. Cette tendance peut notamment être expliquée par la nécessité de saturer magnétiquement l’échantillon ou l’objet inspecté. Il est à noter qu’environ 80 % des 35 000 km des lignes haute tension d’Hydro-Québec ont un diamètre plus grand que 24 mm, limitant les solutions commerciales pouvant être employées, ce qui limite aussi les conducteurs pouvant être inspectés. De plus, l’inspection de manchons de raccordement serait impossible avec les exemples de solutions commerciales présentées ci-dessus.
La configuration du circuit magnétique est très semblable d’une sonde à l’autre. En effet, les solutions existantes incluent des sondes composées de pôles en forme de « U ». Ces pôles sont continus et faits en acier doux, et comprennent des aimants à fort champ magnétique (e.g. : NdFeB) pour créer le champ magnétique, comme illustré à la Figure 1 (ART ANTÉRIEUR). Les capteurs magnétiques sont généralement placés près du circuit magnétique et à des endroits distincts dans les différentes sondes. Cependant, peu importe le choix de l’emplacement, les capteurs magnétiques se trouvent en présence d’un champ magnétique non nul lequel est produit par la sonde magnétique. Par conséquent, cette configuration des solutions existantes nécessite l’utilisation d’un capteur magnétique à grande plage dynamique (e.g., capteur à effet Hall). Cette configuration est donc moins sensible et moins précise qu’un capteur à plus petite plage de mesure.
Les sondes magnétiques existantes utilisent plusieurs pôles pour éliminer ou tenter d’éliminer l’impact du déplacement du câble/conducteur dans l’ouverture. Par exemple, parmi les solutions existantes présentées ci-dessus, les sondes magnétiques Magnetester et Intron utilisent 2 pôles pour réduire la sensibilité au déplacement du câble selon l’axe gravitationnel. La sonde Magnograph 3 utilise 4 pôles, ce qui permet en supplément de réduire la sensibilité au déplacement du câble dans l’axe perpendiculaire à l’axe gravitationnel et à l’axe du câble. Dans tous les cas, la présence de 2 ou 4 pôles nécessite un mécanisme d’ouverture et de fermeture pour installer la sonde magnétique autour du câble à inspecter.
Sonde magnétique, méthode et système associés
La technologie ici décrite concerne une sonde magnétique ultralégère et à grande ouverture permettant une détection relativement précise de pertes de section d’acier (« LMA »), de brins d’acier brisés (« LF ») et de bris dans les manchons de raccordement des conducteurs électriques de type ACSR. La détection relativement précise de ces défauts est possible malgré la relativement faible masse totale de la sonde magnétique. Plus particulièrement, la sonde magnétique a une masse totale d’environ 1.5 kg et possède une ouverture ayant un diamètre d’environ 90 mm, ce qui équivaut à un ratio ouverture/masse de 60 mm/kg. Ces caractéristiques permettent à la sonde d’être portée par drone, ou des moyens de transport similaires, et de rouler sur les manchons de raccordement et portion(s) de câble haute tension, ce qui est une amélioration par rapport aux sondes existantes qui ont été présentées ci-dessus. En effet, le ratio ouverture/masse de la sonde magnétique ici présentée est donc environ 7 fois meilleur que les solutions existantes. De plus, la sonde magnétique ici décrite possède une symétrie cylindrique à trois pôles permet d’éliminer ou d’au moins réduire l’effet du déplacement du conducteur sur le signal mesuré, en plus d’éliminer le mécanisme d’ouverture et de fermeture. De plus, la création d’un point de champ magnétique nul (point zéro) sur chacun des pôles de la sonde magnétique permet l’utilisation de capteurs magnétiques ultrasensibles, et donc, une mesure très précise, ce qui est aussi une amélioration par rapport aux solutions existantes.
La technologie ici décrite surclasse à plusieurs niveaux les sondes actuellement disponibles sur le marché dans l’application précise de l’inspection des câbles en acier (ce qui inclut les conducteurs électriques ACSR). Comme il le sera décrit avec plus de détails plus bas, la sonde magnétique ici présentée mesure les défauts LMA et les relativement petits défauts LF avec une grande précision, peut être transportée par drone ou tout autre moyen de transport similaire, peut être déployée sans un opérateur pour ouvrir ou fermer son passage, et possède une ouverture assez grande pour inspecter les manchons de raccordement.
Comme il le sera décrit avec plus de détails plus bas, la sonde magnétique repose notamment sur l’introduction d’un entrefer au circuit magnétique pour créer un point de champ magnétique nul (« point zéro »), une symétrie à trois pôles et une utilisation en régime non saturé de la sonde magnétique, comme illustré de manière non-limitative à la Figure 4.
Les sondes magnétiques MFL existantes utilisent des pôles en forme de « U » sans discontinuité, dans lesquelles il n’y a aucun endroit à proximité des pôles où le champ magnétique est nul. Dans les technologies existantes, il est nécessaire d’utiliser des capteurs magnétiques à grande plage de mesure, lesquels sont généralement peu précis, afin de ne pas les saturer. L’introduction d’un entrefer au milieu de chaque pôle magnétique de la sonde permet de créer une fuite de champ magnétique dans l’air au milieu des pôles. Cette fuite de champ magnétique est en sens inverse avec le champ magnétique dans l’air en absence d’entrefer. Il y a donc assurément un point ou une région où le champ magnétique est nul, dont la position dépend des paramètres géométriques de la sonde. Il devient alors possible d’utiliser toute la plage d’un capteur magnétique plus précis si le capteur est positionné près de ce point zéro. Il devient dès lors possible, avec la sonde magnétique ici décrite, de mesurer des champs magnétiques relativement faibles, voire très faibles, ce qui permet de réduire la masse totale de la sonde magnétique et d’augmenter le diamètre d’ouverture de la sonde magnétique, tout en conservant une mesure aussi précise des défauts LMA et LF. L’augmentation du diamètre de l’ouverture permet d’inspecter des conducteurs à grand diamètre ainsi que les manchons de raccordement, ce qui n’était pas possible avec les solutions existantes.
L’utilisation d’une configuration de symétrie à trois pôles suivant une symétrie cylindrique permet une compensation du déplacement du conducteur sur deux axes. Par exemple, les trois pôles peuvent être disposés à un angle d’environ 120° entre eux. Il est à noter que sur la configuration illustrée, les pôles 1 et 3 sont attachés au pôle 2, mais les pôles 1 et 3 ne sont pas attachés entre eux, laissant ainsi un passage au bas de la sonde magnétique. Ce passage (voir par exemple l’élément 30 sur la Figure 6) est adapté, positionnée et dimensionnée pour y insérer le conducteur sans avoir à ouvrir et fermer la sonde, ou à recourir à un mécanisme d’ouverture et/ou de fermeture de la sonde magnétique. Il n’est donc pas nécessaire qu’un opérateur monte près du conducteur pour fermer et ouvrir la sonde, comme il est actuellement requis en utilisant les solutions existantes. La sonde magnétique peut donc être déposée par drone, ou tout autre moyen de transport similaire, ce qui permet un déploiement rapide et plus sécuritaire, réduisant les expositions aux hautes tensions, potentiellement dangereuses pour les opérateurs.
Le principe de compensation du déplacement du conducteur par la sonde magnétique sera maintenant expliqué avec plus de détails. Dans un scénario où le câble ou une portion une de celui-ci s’approche du pôle 1 , l’amplitude du signal détecté par le capteur magnétique associé au pôle 1 sera modifié, tandis que l’amplitude du signal respectivement détecté par les capteurs magnétiques associés aux pôles 2 et 3 sera modifié à l’opposé du pôle 1. En effectuant la moyenne des signaux sur les trois pôles, ces variations s’annulent presque complètement, ce qui permet d’au moins réduire et préférablement d’éliminer les variations significatives de signal, malgré le déplacement du conducteur (/.e., le mouvement relatif du conducteur eu égard à la position des capteurs magnétiques). Il est à noter que la compensation ou la correction du signal n’est valide que dans une certaine limite de déplacement, ou plus particulièrement une plage de valeurs de déplacement. Par exemple, et sans être limitatif, pour une sonde magnétique ayant une ouverture avec un rayon de 4,5 cm, la correction ou la compensation du signal sera valide pour un déplacement maximal d’environ 2 cm. En pratique, il est rare qu’un déplacement soit plus grand que 2 cm. Cette plage est donc suffisante pour les applications visées. En résumé, la géométrie de sonde à trois pôles permet de réduire et préférablement d’éliminer la variation de signal causée par le déplacement du conducteur par rapport à certaines composantes de la sonde magnétique, comme illustré de manière non-limitative aux Figures 13 et 14.
À plusieurs endroits dans la littérature, il est mentionné que les sondes magnétiques fonctionnent ou opèrent en régime saturé. Toutes les sondes magnétiques existantes destinées à l’inspection des câbles d’acier semblent fonctionner en régime saturé. La sonde magnétique ici décrite n’opère pas en régime saturé, ce qui permet notamment de réduire grandement le poids de la sonde magnétique. Lors des tests effectués, rien ne suggère que la saturation soit nécessaire pour effectuer des mesures appropriées. En effet, la sonde magnétique ici présentée permet de détecter de relativement petits défauts en régime non saturé grâce à l’utilisation de capteurs ultrasensibles.
Maintenant que la sonde magnétique et son principe de fonctionnement ont été décrits d’un point de vue général, différents modes de réalisation de la technologie seront maintenant présentés, en référence aux Figures 4 à 25.
Un mode de réalisation d’une sonde magnétique 20 pour la détection de défauts d’une partie ferromagnétique d’un câble 22 est illustré à la Figure 5.
La sonde magnétique 20 inclut un cadre 24, au moins trois circuits magnétiques 26 et au moins trois capteurs magnétiques 28. Le cadre 22 a un axe central et un passage 30 permettant d’y passer le câble 22. Les au moins trois circuits magnétiques 26 (ou simplement les circuits magnétiques 26) sont maintenus par le cadre 24, distants les uns des autres. Il est à noter que le passage 30 permet au câble 22 d’être inséré dans le cadre 24. Chaque circuit magnétique 26 inclut un noyau 32 configuré pour s’étendre le long du câble 22 lorsque la sonde magnétique 20 est en service; des moyens 34 pour générer un flux magnétique dans une section de la partie ferromagnétique du câble 22; et un entrefer 36 situé dans le noyau 32 pour créer un point de champ magnétique nul entouré d’une zone à faible champ magnétique, entre le noyau 32 et l’axe central du cadre 24. Chaque capteur magnétique 28 est associé à au moins un des au moins trois circuits magnétiques 26 et est situé à l’extérieur du noyau 32, dans la zone à faible champ magnétique. Les au moins trois capteurs magnétiques 28 (ou simplement les capteurs magnétiques 28) sont aptes à mesurer un faible flux magnétique ou une faible variation du flux magnétique causée par des défauts dans la partie ferromagnétique du câble 22.
Dans certains modes de réalisation, la sonde magnétique 20 inclut exactement trois circuits magnétiques 26 et exactement trois capteurs magnétiques associés 28, équidistants les uns par rapport aux autres. Dans d’autres modes de réalisations, la sonde magnétiques pourrait inclure quatre, cinq ou six circuits magnétiques.
Dans les configurations illustrées, deux circuits magnétiques 28 adjacents sont espacés de 120°, autour de l’axe central du cadre 24 II est à noter que l’angle dépend du nombre de circuits magnétiques étant montés sur le cadre 24.
Dans certains modes de réalisation, le noyau 32 inclut une partie longitudinale 38 s’étendant le long du câble 22, lorsque la sonde magnétique 20 est en service, et deux pattes 40 orientées radialement vers l’axe central du cadre 22. Les moyens 34 pour générer le flux incluent un premier aimant 42 situé dans une première patte des deux pattes 40 et un second aimant 44 situé dans une seconde patte des deux pattes 40.
Dans certains modes de réalisation, le flux magnétique généré dans le câble 22 est en deçà d’un niveau de saturation magnétique du câble 22 lorsque la sonde magnétique 20 est en service, i.e., la sonde magnétique n’est pas opérée en régime saturé.
L’entrefer 36 de chaque circuit magnétique 26 est adapté et configuré pour créer une fuite de champ magnétique dans l’air 48 à proximité de l’entrefer 36 (i.e., dans l’air au centre du circuit 26, et en bas du noyau 32)), en sens inverse du flux magnétique généré dans l’air 48 en l’absence d’entrefer 32.
Dans certains modes de réalisation, les capteurs magnétiques 28 sont des capteurs ultrasensibles. Par exemple, les capteurs magnétiques 28 pourraient être des capteurs aptes à mesurer un flux magnétique de moins de 5 mT. Dans certains modes de réalisation, les capteurs magnétiques 28 ont chacun une plage d’opération de ± 2.5 mT, et préférablement une plage d’opération minimalement incluse entre ± 1 mT. Il est à noter que la sonde magnétique 20 permet d’effectuer des mesures relativement peu sensibles à une dérive du gain ou du décalage en fonction de la température.
Comme illustré sur certaines Figures, il est possible qu’un mouvement ou un déplacement relatif (e.g., un déplacement radial) entre la sonde magnétique 20 et le câble 22 doive être compensé. À cet égard, un positionnement symétrique des trois capteurs magnétiques 28 et le moyennage des mesures prises par ces derniers peuvent compenser des déplacements du câble 22 par rapport à l’axe central du cadre 24 jusqu’à ±2 cm en limitant l’erreur à 2 pT au maximum. Ainsi, l’effet potentiellement négatif du déplacement relatif du câble 22 par rapport à la sonde magnétique 20 peut être compensé, ce qui permet d’effectuer des mesures assez précises pour les applications visées.
Dans certains modes de réalisation, la sonde magnétique 20 inclut un ou des modules de contrôle, chacun incluant des moyens d’acquisition, des moyens de traitement et des moyens de calculs pour acquérir et traiter des signaux captés par les capteurs magnétiques 28. Les modules de contrôles permettent de réaliser des calculs, incluant une pluralité d’opérations mathématiques à partir des signaux mesurés et traités. Comme précédemment présenté, un positionnement symétrique des capteurs magnétiques 28 permet de réduire ou d’éliminer l’effet produit par un déplacement du câble 22 relativement à l’axe central sur les mesures réalisées lorsque la sonde magnétique 20 est en service. Les moyens de calcul sont configurés pour moyenner les mesures des capteurs magnétiques 28 ou réaliser une opération équivalente. Chaque module de contrôle pourrait inclure des moyens d’enregistrement et/ou des moyens de transmission des mesures ou de calculs effectués à partir des mesures. Dans certains modes de réalisation, chaque module de contrôle est configuré pour calculer des pertes de section ou surface magnétique (LMA) et/ou d’identifier des brins brisés (LF) à partir des valeurs du flux magnétique ou des variations du flux magnétique mesurées par au moins un des capteurs magnétiques 28. Dans certains modes de réalisation, chaque module de contrôle inclut des moyens algorithmiques pour réduire ou supprimer l’effet d’un champ magnétique généré par un courant circulant dans le câble 22 sous inspection, le câble 22 correspondant en ce cas à un conducteur électrique énergisé d’une ligne de transport haute tension. Dans certains modes de réalisation, un champ magnétique provenant du câble ou parasite est un champ magnétique alternatif et les moyens algorithmiques pour réduire ou supprimer l’effet du champ magnétique alternatif généré par un courant circulant dans le câble sous inspection incluent un algorithme permettant de filtrer une composante à la fréquence d’un signal mesuré ou de synchroniser les temps de lecture de mesures de flux avec les temps où le courant circulant dans le conducteur passe par zéro.
Dans certains modes de réalisation, chaque module de contrôle peut être configuré pour calculer des pertes de surfaces magnétiques (LMA) à partir de mesures absolues (/.e., des mesures non relatives) réalisées par les capteurs magnétiques 28.
Dans certains modes de réalisation, la sonde magnétique 20 inclut un encodeur linéaire 46 configuré pour être en contact avec le câble à inspecter, chaque module de contrôle étant configuré pour localiser pour des brins brisés (LF) à partir de mesures différentielles réalisées par les capteurs magnétiques 28 ou à partir de mesures absolues lues à intervalles réguliers. Les intervalles sont déterminés en fonction de lectures de position obtenues de l’encodeur linéaire 46.
Dans certains modes de réalisation, la sonde magnétique 20 inclut un capteur du champ gravitationnel terrestre, et chaque module de contrôle inclut des moyens algorithmiques permettant de réduire ou de supprimer l’effet du champ gravitationnel terrestre sur les mesures de flux magnétiques réalisées par les capteurs. Dans certains modes de réalisation, une ouverture de la sonde magnétique correspond à une section circulaire transverse autour de l’axe central pouvant recevoir le câble entre les au moins trois capteurs magnétiques de la sonde magnétique, le ratio du rayon de l’ouverture de la sonde magnétique sur le poids de la sonde magnétique étant de l’ordre de 60 mm/kg. Il est à noter que l’ouverture est la section circulaire au centre de la sonde magnétique 20, autour de l’axe central, où se situera le câble 22 lors de l’inspection.
Dans certains modes de réalisation, les circuits magnétiques 26 et les capteurs magnétiques 28 sont positionnés et dimensionnés pour permettre l’inspection de câble 22 dont la partie ferromagnétique a un diamètre inclus entre approximativement 2 mm et approximativement 50 mm. Dans certaines implémentations, le diamètre pourrait aller jusqu’à 15 mm, par exemple dans le contexte de la détection des défauts LF, jusqu’à 20 mm, par exemple dans le contexte de la détection des défauts LMA et jusqu’à 30 mm, par exemple dans le contexte de la détection de la corrosion des manchons.
Dans certains modes de réalisation, les circuits magnétiques 26 et les capteurs magnétiques 28 sont positionnés et dimensionnés pour permettre l’inspection de manchons de raccordement de conducteurs électriques sur des lignes de transport à haute tension, la partie ferromagnétique incluant une section dans les manchons raccordant les conducteurs électriques, et une zone de transition entre les conducteurs et les manchons, dans laquelle le passage 30 du cadre 24 de la sonde magnétique 20 permet une prise de mesure en continu lors d’un mouvement relatif entre la sonde magnétique et le manchon, le mouvement relatif étant ici défini lorsque la sonde magnétique 20 avance et recouvre progressivement le manchon, ou à l’inverse laisse le manchon sortir de la sonde magnétique 20.
Dans certains modes de réalisation, les circuits magnétiques 26 et les capteurs magnétiques 28 sont paramétrés pour permettre l’inspection de l’âme ferromagnétique de conducteurs de type ACSR. Par exemple, les circuits magnétiques 26 et les capteurs magnétiques 28 peuvent être optimisés, dans leur position et leurs dimensions, de manière à permettre l’inspection de l’âme ferromagnétique de conducteurs de type ACSR, par opposition à un câble tout en acier de même diamètre.
Dans certains modes de réalisation, le cadre 24, les circuits magnétiques 26 et les capteurs magnétiques 28 ont une masse totale de moins de 2 kg, rendant la sonde magnétique 20 portative par drone ou par moyens de transport similaires.
Dans certains modes de réalisation, la configuration du passage 30 dans le cadre 24 permet d’installer la sonde magnétique 20 sur le câble 22, par drone, sans intervention humaine, ce qui permet de simplifier grandement l’installation de la sonde magnétique 20 sur le câble 22.
Dans certains modes de réalisation, les capteurs magnétiques 28 sont de type « fluxgate », à effet Hall ou à magnétorésistance.
Dans certains modes de réalisation, les mesures réalisées par les capteurs magnétiques 28 ont une relation linéaire avec un paramètre géométrique de la partie ferromagnétique du câble 22, facilitant la calibration de la sonde magnétique 20. Le paramètre géométrique pourrait être un rayon, un diamètre, une section ou une aire.
Dans certains modes de réalisation, le passage 30 inclut un espacement fixe, ouvert de manière permanente.
Dans certains modes de réalisation, le noyau 32 et les pattes 40 incluent chacune un empilement de lamelles en acier doux dans une configuration qui minimise le poids en optimisant la forme de manière à y concentrer et uniformiser le flux magnétique.
Dans certains modes de réalisation, le cadre 24 n’inclut pas de mécanisme d’ouverture ou de fermeture pour installer la sonde magnétique 20 sur le câble 22. Selon un aspect, une méthode pour la détection de défauts d’une partie ferromagnétique d’un câble est fournie. La méthode emploie la sonde magnétique telle que définie précédemment.
Selon un aspect, un système pour la détection de défauts d’une partie ferromagnétique d’un câble est fourni. Le système inclut une sonde magnétique telle que définie précédemment et des moyens de transport permettant de déplacer la sonde magnétique le long du câble de manière à récolter des mesures représentatives de potentiels défauts dans la partie ferromagnétique du câble.
La technologie ici présentée repose sur la combinaison d'une grande ouverture de la sonde magnétique (diamètre de 90 mm) et d'un faible poids de la sonde magnétique (1 ,5 kg). La technologie repose aussi sur l'absence d'un mécanisme d'ouverture et de fermeture de la sonde grâce à la symétrie à trois pôles. La technologie repose aussi sur la compensation du déplacement du conducteur sur deux axes grâce à la symétrie à trois pôles. La technologie repose aussi sur la sensibilité de la sonde résultant d'un emplacement stratégique pour les capteurs magnétiques ultrasensibles (plage de ±2.5 mT) dans une zone de champ nul (point zéro). Plus particulièrement, la sonde magnétique inclut l'ajout d'un entrefer dans le circuit magnétique des pôles, la création d'un point de champ magnétique nul (point zéro) à proximité de l'objet inspecté, l'utilisation d'un détecteur ultrasensible et à faible niveau de bruit près du point zéro, la réalisation de la mesure de l'objet inspecté en régime non-saturé et l'utilisation d'une symétrie à 3 pôles. Cette configuration permet notamment d'obtenir une sonde magnétique ultralégère, ultrasensible, à grande ouverture et sans mécanisme de fermeture. La technologie ici décrite est particulièrement bien adapté aux conducteurs ACSR. Elle pourrait aussi être utilisée pour les câbles tout en acier. Enfin, la sonde magnétique ici décrite permet la détection des défauts LMA et LF, en plus de pouvoir être transportée par drone, être déposée sur le conducteur sans opérateur pour la fermer et franchir des manchons de raccordement pour inspecter leurs défauts. Des exemples non limitatifs de résultats pouvant être obtenus avec la technologie ici présentée sont illustrés aux Figures 15 à 25.
Bien que plusieurs modes de réalisations préférés aient été décrits en détail ci- dessus et illustrés dans les dessins annexés, l’invention n’est pas limitée à ces seuls modes de réalisation. La personne versée dans l’art comprendra que les revendications ne doivent pas être limitées dans leur portée par les réalisations préférentielles illustrées dans les exemples présentés ci-dessus, mais doivent recevoir l’interprétation la plus large qui soit conforme à la description dans son ensemble et les revendications annexées.

Claims

REVENDICATIONS
1. Une sonde magnétique pour la détection de défauts d’une partie ferromagnétique d’un câble, la sonde magnétique comprenant : un cadre ayant un axe central et un passage permettant d’y passer le câble; au moins trois circuits magnétiques maintenus par le cadre, distants les uns des autres, chaque circuit comprenant : un noyau configuré pour s’étendre le long du câble lorsque la sonde est en service; des moyens pour générer un flux magnétique dans une section de la partie ferromagnétique du câble; un entrefer situé dans le noyau pour créer un point de champ magnétique nul entouré d’une zone à faible champ magnétique, entre le noyau et l’axe central; au moins trois capteurs magnétiques, chacun étant associé à au moins un des circuits et étant situé à l’extérieur du noyau, dans la zone à faible champ magnétique, les trois capteurs étant aptes à mesurer un faible flux magnétique ou une faible variation du flux magnétique causée par des défauts dans la partie ferromagnétique du câble.
2. La sonde magnétique selon la revendication 1 , comprenant exactement trois circuits magnétiques et trois capteurs magnétiques associés, équidistants les uns par rapport aux autres.
3. La sonde magnétique selon la revendication 2, dans laquelle deux circuits magnétiques adjacents sont espacés de 120°, autour de l’axe central du cadre.
4. La sonde magnétique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle : le noyau comprend une partie longitudinale s’étendant le long du câble, lorsque la sonde est en service, et deux pattes orientées radialement vers l’axe central; et les moyens pour générer le flux comprennent un premier aimant situé dans une première patte des deux pattes et un second aimant situé dans une seconde patte des deux pattes.
5. La sonde magnétique selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le flux magnétique généré dans le câble est en deçà d’un niveau de saturation magnétique du câble lorsque la sonde magnétique est en service.
6. La sonde magnétique selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle l’entrefer de chaque circuit crée une fuite de champ magnétique au centre du noyau en sens inverse du flux magnétique généré.
7. La sonde magnétique selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle les au moins trois capteurs magnétiques sont des capteurs ultrasensibles.
8. La sonde magnétique selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle les au moins trois capteurs magnétiques sont des capteurs aptes à mesurer un flux magnétique de moins de 5 mT.
9. La sonde magnétique selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle les au moins trois capteurs magnétiques ont chacun une plage d’opération de ± 2.5 mT, et préférablement une plage d’opération minimalement comprise entre ± 1 mT.
10. La sonde magnétique selon la revendication 9, dans laquelle un positionnement symétrique des au moins trois capteurs magnétiques et le moyennage des mesures peuvent compenser des déplacements du câble par rapport à l’axe central jusqu’à ±2 cm en limitant l’erreur à 2 pT au maximum.
11. La sonde magnétique selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant un ou des modules de contrôle, chacun comprenant des moyens d’acquisition, des moyens de traitement et des moyens de calculs pour acquérir et traiter des signaux captés par les au moins trois capteurs magnétiques, et pour réaliser des calculs à partir des signaux traités.
12. La sonde magnétique selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 , dans laquelle un positionnement symétrique des au moins trois capteurs magnétiques permet de réduire ou d’éliminer l’effet produit par un déplacement du câble relativement à l’axe central sur les mesures réalisées lorsque la sonde magnétique est en service, les moyens de calcul étant configuré pour moyenner les mesures des au moins trois capteurs magnétiques ou réaliser une opération équivalente.
13. La sonde magnétique selon la revendication 11 , dans laquelle chaque module de contrôle comprend des moyens d’enregistrement et/ou des moyens de transmission des mesures ou de calculs effectués à partir des mesures.
14. La sonde magnétique selon la revendication 13, dans laquelle chaque module de contrôle est configuré pour calculer des pertes de surface magnétique (LMA) et/ou d’identifier des brins brisés (LF) à partir des valeurs du flux magnétique ou des variations du flux magnétique mesurées par au moins un des au moins trois capteurs magnétiques.
15. La sonde magnétique selon la revendication 13 ou 14, dans laquelle chaque module de contrôle comprend des moyens algorithmiques pour réduire ou supprimer l’effet d’un champ magnétique généré par un courant circulant dans le câble sous inspection, le câble correspondant en ce cas à un conducteur électrique énergisé d’une ligne de transport haute tension.
16. La sonde magnétique selon la revendication 15, dans laquelle le champ magnétique est un champ magnétique alternatif et les moyens algorithmiques pour réduire ou supprimer l’effet du champ magnétique alternatif généré par un courant circulant dans le câble sous inspection comprennent un algorithme permettant de filtrer une composante à la fréquence d’un signal mesuré ou de synchroniser les temps de lecture de mesures de flux avec les temps où le courant circulant dans le conducteur passe par zéro.
17. La sonde magnétique selon la revendication 11 , dans laquelle chaque module de contrôle est configuré pour calculer des pertes de surfaces magnétiques (LMA) à partir de mesures absolues réalisées par les capteurs magnétiques.
18. La sonde magnétique selon la revendication 11 , comprenant un encodeur linéaire configuré pour être en contact avec le câble à inspecter, chaque module de contrôle étant configuré pour localiser pour des brins brisés (LF) à partir de mesures différentielles réalisées par les capteurs magnétiques ou à partir de mesures absolues lues à intervalles réguliers, les intervalles étant déterminés en fonction de lectures de position obtenues de l’encodeur linéaire.
19. La sonde magnétique selon la revendication 11 , comprenant un capteur du champ gravitationnel terrestre, chaque module de contrôle comprenant des moyens algorithmiques permettant de réduire ou de supprimer l’effet du champ gravitationnel terrestre sur les mesures de flux magnétiques réalisées par les capteurs.
20. La sonde magnétique selon l’une quelconque des revendications 1 à 19, dans laquelle une ouverture de la sonde magnétique correspond à une section circulaire transverse autour de l’axe central pouvant recevoir le câble entre les au moins trois capteurs magnétiques de la sonde magnétique, le ratio du rayon de l’ouverture de la sonde magnétique sur le poids de la sonde magnétique étant de l’ordre de 60 mm/kg.
21. La sonde magnétique selon l’une quelconque des revendications 1 à 20, dans laquelle les au moins trois circuits magnétiques et les au moins trois capteurs magnétiques sont positionnés et dimensionnés pour permettre l’inspection de câble dont la partie ferromagnétique a un diamètre compris entre approximativement 2 mm et approximativement 50 mm.
22. La sonde magnétique selon l’une quelconque des revendications 1 à 21 , dans laquelle les au moins trois circuits magnétiques et les au moins trois capteurs magnétiques sont positionnés et dimensionnés pour permettre l’inspection de manchons de raccordement de conducteurs électriques sur des lignes de transport à haute tension, la partie ferromagnétique comprenant une section dans les manchons raccordant les conducteurs électriques, et une zone de transition entre les conducteurs et les manchons, dans laquelle le passage de la sonde magnétique permet une prise de mesure en continu lors d’un mouvement relatif entre la sonde magnétique et le manchon.
23. La sonde magnétique selon l’une quelconque des revendications 1 à 22, dans laquelle les au moins trois circuits magnétiques et les au moins trois capteurs magnétiques sont paramétrés pour permettre l’inspection de l’âme ferromagnétique de conducteurs de type ACSR.
24. La sonde magnétique selon l’une quelconque des revendications 1 à 23, dans laquelle le cadre, les au moins trois circuits magnétiques et les au moins trois capteurs ont une masse totale de moins de 2 kg, rendant la sonde magnétique portative par drone ou par moyens de transport similaires.
25. La sonde magnétique selon l’une quelconque des revendications 1 à 24, dans laquelle la configuration du passage dans le cadre permet d’installer la sonde sur un câble, par drone, sans intervention humaine.
26. La sonde magnétique selon l’une quelconque des revendications 1 à 25, dans laquelle les au moins trois capteurs magnétiques sont de type « flux gates », à effet Hall ou à magnétorésistance.
27. La sonde magnétique selon l’une quelconque des revendications 1 à 26, dans laquelle les mesures réalisées par les au moins trois capteurs magnétiques ont une relation linéaire avec un paramètre géométrique de la partie ferromagnétique du câble, facilitant la calibration de la sonde magnétique.
28. La sonde magnétique selon l’une quelconque des revendications 1 à 27, dans laquelle le passage comprend un espacement fixe, ouvert de manière permanente.
29. La sonde magnétique selon la revendication 4, dans laquelle le noyau et les pattes comprennent chacune un empilement de lamelles en acier doux dans une configuration qui minimise le poids en optimisant la forme de manière à y concentrer et uniformiser le flux magnétique.
30. La sonde magnétique selon l’une quelconque des revendications 1 à 29, dans laquelle le cadre ne comprend pas de mécanisme d’ouverture ou de fermeture pour installer la sonde magnétique sur le câble.
31 . Une méthode pour la détection de défauts d’une partie ferromagnétique d’un câble, la méthode employant la sonde magnétique selon l’une quelconque des revendications 1 à 30.
32. Un système pour la détection de défauts d’une partie ferromagnétique d’un câble, le système comprenant : une sonde magnétique selon l’une quelconque des revendications 1 à 30; et des moyens de transport permettant de déplacer la sonde magnétique le long du câble de manière à récolter des mesures représentatives de potentiels défauts dans la partie ferromagnétique du câble.
PCT/CA2023/051119 2022-08-24 2023-08-24 Sonde magnétique pour la détection de défauts dans des câbles comportant une partie ferromagnétique, méthode et système associés Ceased WO2024040349A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP23855938.9A EP4577841A1 (fr) 2022-08-24 2023-08-24 Sonde magnétique pour la détection de défauts dans des câbles comportant une partie ferromagnétique, méthode et système associés
CA3265338A CA3265338A1 (fr) 2022-08-24 2023-08-24 Magnetic probe for detecting faults in cables having a ferromagnetic portion, associated method and associated system

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA3171364A CA3171364A1 (fr) 2022-08-24 2022-08-24 Sonde magnetique pour la detection de defauts dans des cables comportant une partie ferromagnetique, methode et systeme associes
CA3171364 2022-08-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024040349A1 true WO2024040349A1 (fr) 2024-02-29

Family

ID=89979615

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CA2023/051119 Ceased WO2024040349A1 (fr) 2022-08-24 2023-08-24 Sonde magnétique pour la détection de défauts dans des câbles comportant une partie ferromagnétique, méthode et système associés

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4577841A1 (fr)
CA (2) CA3171364A1 (fr)
WO (1) WO2024040349A1 (fr)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6057684A (en) * 1995-10-31 2000-05-02 Yoshihiro Murakami Magnetic flaw detection apparatus using an E-shaped magnetic sensor and high-pass filter
KR20120091724A (ko) * 2011-02-09 2012-08-20 한국표준과학연구원 와이어로프 결함 탐지장치
CN108709928A (zh) * 2018-08-30 2018-10-26 洛阳泰斯特探伤技术有限公司 一种单绳物联探头装置
US20210190847A1 (en) * 2019-12-20 2021-06-24 Dish Network L.L.C. Methods, systems, and apparatus for low-power, wireless, power line fault detection

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6057684A (en) * 1995-10-31 2000-05-02 Yoshihiro Murakami Magnetic flaw detection apparatus using an E-shaped magnetic sensor and high-pass filter
KR20120091724A (ko) * 2011-02-09 2012-08-20 한국표준과학연구원 와이어로프 결함 탐지장치
CN108709928A (zh) * 2018-08-30 2018-10-26 洛阳泰斯特探伤技术有限公司 一种单绳物联探头装置
US20210190847A1 (en) * 2019-12-20 2021-06-24 Dish Network L.L.C. Methods, systems, and apparatus for low-power, wireless, power line fault detection

Also Published As

Publication number Publication date
EP4577841A1 (fr) 2025-07-02
CA3171364A1 (fr) 2024-02-24
CA3265338A1 (fr) 2024-02-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2791637B1 (fr) Dispositif de mesure de l'etat de polarisation d'une onde incidente de frequence de 10 ghz a 30 thz
FR2973883A1 (fr) Procede et systeme de detection d'un court-circuit affectant un capteur
EP3149505A1 (fr) Dispositif de détection de courant
WO2017013333A1 (fr) Capteur de mesure de la position absolue d'un mobile
EP1353151A1 (fr) Capteur de position absolue à barrette d'éléments à effet hall
EP4300112A1 (fr) Detection de perte de neutre
WO2024040349A1 (fr) Sonde magnétique pour la détection de défauts dans des câbles comportant une partie ferromagnétique, méthode et système associés
FR2880131A1 (fr) Procede de mesure d'un champ magnetique faible et capteur de champ magnetique a sensibilite amelioree
EP2577322B1 (fr) Velocimetre et procede de mesure de la vitesse d'ecoulement d'un fluide electriquement conducteur
EP3556287A1 (fr) Procédé de calibration d'un réseau de magnétomètres
EP0061956B1 (fr) Procédé de contrôle non destructif par courants de Foucault avec correction des effets d'entrefer et dispositif de mise en oeuvre
EP3149506B1 (fr) Adaptateur d'antenne
EP0505421B1 (fr) Procede de detection et de dimensionnement de fissures dans des structures metalliques maillees
FR2687478A1 (fr) Dispositif de mesure d'un gradient de champ magnetique dont les erreurs de sensibilite et de desalignement sont minimisees.
EP2411825B1 (fr) Dispositif pour detecter et/ou mesurer un champ magnetique faible
EP2737339B1 (fr) Dispositif et procede de traitement pour une mesure spectrometrique d'un flux de photons
WO2021013808A1 (fr) Dispositif de contrôle par fuite de flux magnétique et procédé associé
WO2013104584A1 (fr) Capteur de champ magnetique
FR3156389A1 (fr) Procédé de fonctionnement d’un système de chargement par induction électromagnétique
FR3157936A1 (fr) procédé de contrôle non destructif de conformité d’une pièce composée de matériau conducteur, dispositif, système et programme d’ordinateur correspondant.
FR2933202A1 (fr) Dispositif et procede de mesure de champ magnetique
FR2817353A1 (fr) Convertisseur courant/tension pour la mesure de faibles courants apte a fonctionner sous forte irradiation x ou y
FR3053120A1 (fr) Procede de mesure par courants de foucault et dispositif de mesure par courants de foucault
FR3041760A1 (fr) Procede de detection d'une defaillance transitoire de rotation d'un organe tournant
FR2957413A1 (fr) Dispositif de mesure continue de la position d'un objet amagnetique situe a l'interieur d'une enceinte magnetique fermee

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23855938

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023855938

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2023855938

Country of ref document: EP

Effective date: 20250324

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2023855938

Country of ref document: EP