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VÉHICULE TÉLÉCOMMANDÉ CIRCULANT SUR CONDUCTEURS ET AYANT
LA CAPACITÉ DE FRANCHIR LES OBSTACLES RENCONTRÉS GRACE AUX
ROTORS DE SUPPORT TEMPORAIRE
CHAMP DE L'INVENTION
La présente invention porte sur une importante amélioration à la famille des
petits véhicules télécommandés (en anglais: ROV's ou "Remotely Operated
Vehicles") destinés à se déplacer sur les conducteurs aériens, tels
qu'utilisés dans
le domaine du transport d'énergie électrique, qu'ifs soient soumis ou non à
une
tension électrique. En particulier, l'invention concerne des porteurs
mécaniques
servant à transporter des capteurs ou des équipements existants de manière à
accéder aux différentes sections du dit conducteur.
CONTEXTE DE L'INVENTION
Le contexte actuel d'exploitation d'un réseau de transport d'énergie
électrique, et ce à (échelle mondiale, est le suivant : composants prenant de
(âge,
demande croissante en énergie, déréglementation et ouverture des marchés,
pression croissante des clients pour une alimentation fiable et de qualité.
Les
utilités électriques se doivent donc de connaltre de façon précise (état de
leur
réseau de transport de façon à pouvoir appliquer les principes de maintenance
préventive qui permettent le maintien de ta fiabilité des systèmes.
L'évaluation de
l'état d'un composant passe, entre autres, par la mesure au moyen de capteurs.
En ce qui a trait à la collecte d'information, de nombreux capteurs ont été
développés mais le positionnement de ces capteurs, afin d'accéder aux
composants, demeure souvent un important déî~. L'utilisation de véhicules
télécommandés (ROV) pour cette tâche en vue de réaliser (inspection des
circuits
de conducteurs est donc très appropriée.
Plusieurs véhicules de type ROV ont été développés dans le passé. Un
survol rapide permet de mettre en évidence les caractéristiques et
désavantages
des principaux.
En référence à la Figure 1, on y montre un chariot de ligne télécommandé
pour (inspection des circuits à conducteur simple et qui est l'objet du brevet
américain numéro 6,484,141 (MONTABAULT et al.). Ce véhicule télécommandé
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est très performant, compact, assez léger et facile d'utilisation. II possède
également une bonne force de traction, ce qui le rend très polyvalent. C'est
un
prototype de troisième génération qui a prouvé à plusieurs reprises son
efficacité,
sa robustesse mécanique et sa robustesse aux travaux sous tension (315 kV,
1000 A). II permet le déglaçage des câbles de garde et des conducteurs, des
inspections visuelle et thermographique et la mesure de la résistance
électrique
des manchons. II se déplace sur les conducteurs simples, peu importe le
diamètre.
Cependant, ce type de ROV franchit uniquement les manchons de jonction, mais
ne peut pas traverser à lui seul les pylônes ni les amortisseurs de vibration
ou
entretoises. II doit être démonté lorsqu'il atteint un obstacle
infranchissable et
ensuite remonté de l'autre côte de l'obstacle.
En référence aux Figures 4 et 5, on y montre différents chariots utilisés pour
l'évaluation du niveau de corrosion dans les câbles d'acier ou qui permettent
de
réaliser la méthode "poulies-berceaux". La Figure 4 montre un chariot
commercialisé par la société Furukawa. La Figure 5 montre un autre chariot
similaire fabriqué par la société Fujikura. Ces chariots utilisent de vieilles
technologies. Les chariots sont en fait deux roues avec un moteur. Ils ont une
très
faible force de traction. Ils ne peuvent travailler sous tension. Ils
circulent sur un
conducteur simple, sans pouvoir franchir de pylônes ni entretoises.
En référence à la Figure 6, on y montre un robot d'installation de balises.
C'est un prototype lourd et volumineux. I1 est dédié à la pose de balises sur
les
câbles de garde (en général).
Les concepts présEntés ci-dessus peuvent parfois s'avérer performants,
pour certaines tâches précises, mais sont souvent lourds, parfois fragiles et
peuvent rarement travailler sous une tension électrique. Cependant, le
principal
désavantage de ces concepts est leur incapacité à franchir les obstacles se
retrouvant sur les conducteurs, comme les amortisseurs de vibrations, et
encore
moins de changer de portée en franchissant les éléments soutenants le
conducteur à chaque pylône. Ils sont donc tous restreints à intervenir
seulement
entre deux pylônes, ou encore à être retirés puis ré-installés de l'autre coté
de la
chaîne d'isolateurs par un opérateur humain. On imagine donc aisément
l'avantage à obtenir un concept de ROV pouvant ëtre utilisé sur plusieurs
portées,
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en inspectant par exemple plusieurs kilomètres de conducteurs sans nécessiter
d'intervention humaine directe.
D'autres concepts visant particulièrement cet objectif ont cependant été
développés. En effet, ci-dessous, on décrit quelques prototypes expérimentaux
franchissant les obstacles sur conducteurs simples.
En référence aux Figures 2 et 3, on y montre des prototypes ou concepts
permettent de se déplacer sur un conducteur simple et de franchir les pylbnes
(chaînes d'isolateurs et amortisseurs de vibration). La Figure 2 montre un
prototype de la société TVA (fennessee Valley Authority). La Figure 3 montre
un
autre prototype de NSI-NASA (Sewada et al.). Ces appareils sont très gros,
très
complexes, et difficiles à installer. II n'est pas clair de savoir s'ils
permettent de
travailler sous tension. II semble que ces appareils n'ont pas été développés
en
consultation avec les éventuels utilisateurs car ils sont beaucoup trop gros
et
complexes pour être utilisables en réseau (fiabilité). La vitesse de passage
des
obstacles n'est pas rapide, toujours en raison de la complexité des mécanismes
en jeu. Le prix de ces appareils est possiblement désavantageux en raison de
la
complexité des systèmes.
En référence aux Figures 7 et 8, on y montre respectivement une nacelle
motorisée (Hydro-Québec TransÉnergie) ou non motorisée (Italie). Ces
prototypes
ne sont pas des véhicule de type ROV car ils servent à transporter des
monteurs
de lignes en prenant appui sur les conducteurs. Ces concepts permettent de se
déplacer sur des faisceaux de conducteurs et franchir les entretoises et les
pylSnes (chaînes d'isolateurs). L'opérateur embarqué doit alors actionner des
leviers et déployer lui-même certaines roues supplémentaires afin de prendre
appui de part et d'autres des obstacles. L'opération nécessite un temps assez
long.
SOMMAIRE DE L'INVENTION
La présente invention parvient à concilier les avantages de chacune des
catégories de véhicules décrits ci-dessus en réalisant le passage d'obstacles
de
façon simple, rapide et fiable.
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La présente invention concerne donc un véhicule télécommandé destiné à
être monté sur au moins un câble conducteur et à franchir un obstacle sur le
ou
les conducteurs, le véhicule comprenant:
un cadre;
des systèmes d'inspection montés sur le cadre pour inspecter le ou
les conducteurs;
des moyens moteurs montés sur le cadre pour déplacer le véhicule
sur le ou les conducteurs;
un système de télécommande permettant de contrôler les systèmes
d'inspection et les moyens moteurs;
au moins deux bras porteurs disposés sur des c8tés opposés du ou
des conducteurs, les bras porteurs étant attachés de manière pivotante au
cadre et exerçant une pression en direction du ou des conducteurs pour
permettre de suspendre le cadre au ou aux conducteurs;
au moins deux roues opposées, chaque roue étant attachée à
chaque bras porteur de manière à serrer le ou !es conducteurs entre les
deux roues, chaque roue ayant un axe de rotation incliné par rapport à un
axe vertical, au moins une roue des deux roues étant actionnée par les
moyens moteurs; et
au moins un rotor de support temporaire muni d'au moins deux pales
pivotantes disposées au-dessus du conducteur pour soutenir
temporairement le véhicule lorsqu'une des roues rencontre l'obstacle;
ainsi, en usage, lorsque le véhicule avance sur le ou les conducteurs et
qu'une des roues rencontre l'obstacle et perd contact avec le conducteur,
les pales s'appuient temporairement sur le conducteur etlou !'obstacle et
soutiennent le véhicule de façon à l'empêcher de tomber pour ensuite
permettre aux roues de reprendre contact avec le conducteur une fois
l'obstacle franchi.
De préférence, le rotor de support temporaire comporte trois pales
distribuées tout autour du disque du rotor. Ce rotor peut ëtre monté de
manière
coaxiale sur une des roues et pivote de manière indépendante par rapport à la
roue sur laquelle le rotor est monté. Le rotor peut aussi être muni d'un
système
passif d'indexation de position ou de ressort de rappel qui maintient une
position
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de référence des pales à (approche des obstacles. Les bras porteurs peuvent
istre
munis des systèmes da ressorts afin d'exercer la pression voulue.
L'invention ainsi que ses nombreux avantages sera mieux comprise par Ia
suivante description non-restrictive de réalisations préférées de l'invention
faisant
5 référence aux figures ci-jointes.
BR~VE DESCRIPTION DES FIGURES
Les Figures 1 à 8 sont des vues en perspective de divers appareils connus
de fart antérieur et qui sont destinés à être montés sur des câbles
conducteurs.
La Figure 9 est une vue partielle et en perspective d'un bras porteur et d'un
rotor de support temporaire monté sur un câble conducteur selon une
réalisation
préférentielle de la présente invention.
La Figure 10 est une vue du dessus du bras porteur et du rotor de support
temporaire montré à la Figure 9.
Les Figures 11A, 11 B, 11 C et 11 D sont des vues partielles et en
perspective du bras porteur et du rotor de support temporaire à différentes
étapes
lors du passage d'un obstacle sur un câble conducteur.
La Figure 12 est une vue en perspective d'un rotor de support temporaire
qui est en appui sur une pince d'un conducteur d'après une réalisation
préférentielle de la présente invention.
La Figure 13 est une vue partielle et de c8té du bras porteur et du rotor de
support temporaire montré à la Figure 9.
La Figure 14 est une vue en perspective d'un véhicule télécommandé
monté sur les deux câbles conducteurs inférieurs d'un faisceau de quatre
conducteurs et muni de quatre rotors de support temporaire, avant le passage
d'une entretoise, selon une réalisation préférentielle de la présente
invention.
La Figure 15 est une vue de dessous du véhicule télécommandé montré à
la Figure 14.
La Figure 16 est une vue en perspective d'un prototype fonctionnel d'un
véhicule mini de rotors de support temporaire pour faisceau quadruple selon
une
réalisation préférentielle de la présente invention.
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La Figure 17 est une vue en perspective d'un véhicule télécommandé muni
de rotors de support temporaire adapté pour un faisceau double selon une
réalisation préférentielle de la présente invention.
La Figure 18 est une vue en perspective d'un véhicule télécommandé muni
de rotor de support temporaire adapté pour un conducteur simple selon une
réalisation préférentielle de la présente invention.
La Figure 19 est une vue de dessous du véhicule télécommandé montré à
la Figure 18.
La Figure 20 est une vue en perspective d'un véhicule télécommandé muni
de rotors de support temporaire adapté pour un faisceau triple selon une
réalisation préférentielle de la présente invention.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
En référence aux Figures 9 à 20, on y montre un véhicule pouvant circuler
sur les conducteurs électriques aériens, qui peuvent ou non étre sous tension
et
parcourus d'un courant. La particularité fondamentale de ce véhicule est qu'il
a la
capacité de franchir de façon simple et fiable les obstacles présents sur les
conducteurs. Ces obstacles sont notamment les amortisseurs de vibrations de
différents types, les entretoises dans le cas des faisceaux de conducteurs et
surtout les éléments de suspension (pinces et chaTnes d'isolateurs) présents à
chaque pylône et servant à supporter le ou les conducteurs. Ce véhicule peut
donc servir à transporter de façon autonome etlou téléopéré une foule de
capteurs
servant à l'inspection et à l'entretien des composants des lignes (caméras,
instruments de mesure, etc.) et ce sur plusieurs portées, couvrant ainsi une
grande distance.
On procède à ta description détaillée de l'invention en décrivant le prototype
dont l'application principale visée est un faisceaux de quatre conducteurs,
tels
qu'utilisés sur le réseau d'Hydro-Québec pour les lignes à 735 kV. C'est en
fait
d'abord pour cette configuration de conducteurs que le concept fut validé
expérimentalement au moyen d'un prototype fonctionnel, tel que montré à la
Figure 16. Ainsi, les figures illustrant le concept sont tirées de ce type
d'application. Cependant, comme on le verra plus loin, l'invention qui est
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revendiquée est assez générale pour pouvoir 8tre adaptée à plusieurs autres
type
de configurations de circuits, que ce soit pour un seul conducteur, ou pour
des
faisceaux de deux, trois, quatre ou six conducteurs.
Les éléments principaux de l'invention sont résumés à la Figure 9 qui sont
dans ce cas portés par un bras indépendant relié au cadre du véhicule. On y
voit
une roue 1 qui est appuyée sur le conducteur 7 de manière très inclinée par
rapport à un axe vertical et qui est poussée vers le conducteur 7 au moyen de
ressorts (non-illustrés) qui tirent le bras porteur 2 (qui peut alors pivoter
autour du
pivot 3 parallèle au conducteur 7) afin d'augmenter la force de traction
disponible
et d'augmenter la stabilité de la prise sur le conducteur 7. La roue 1 peut
étre
motorisée afin de fournir une traction sur les conducteurs 7 ou seulement agir
comme roue de pression passive. Dans le cas où la roue est motorisée, il est
préférable d'avoir un moteur de traction 4 par roue motrice. Ce moteur 4 est
relié
mécaniquement à la roue 1 au moyen d'engrenages ou d'une courroie réductrice
de vitesse 5.
En référence à la Figure 13, le bras porteur 2 possède également un rotor 6
dont l'axe de rotation est aussi fortement incliné et dont le plan des pales 8
(au
nombre de deux au minimum), passe au-dessus du ou des conducteurs 7. Ces
rotors 6 sont préférablement montés de manière coaxiale avec les roues 1 (de
traction ou de pression). La fonction de ces rotors 6 (dits de support
temporaire),
est de supporter temporairement le véhicule ou une partie du véhicule lorsque
certaines des roues 1 franchissent un obstacle et risquent de glisser et de
perdre
contact avec le conducteurs 7. Les pales 8 de ces rotors 6 sont donc
dimensionnées afin de correspondre aux dimensions des obstacles et la
rencontre
d'une des pales du rotor 6 avec (obstacle amorce la rotation du rotor 6 de
sorte
que la pale suivante dépasse l'obstacle et vient prendre appui sur le
conducteur 7.
Une fois l'obstacle ainsi franchi, la roue 1 se voit guidée par les pales 8 du
ou des
rotors 6 vers le ou les conducteurs 7 et prend à nouveau appui dessus. Cette
séquence d'actions est illustrée schématiquement par les Figures 11A à 11D
puis
au moyen de la photo du prototype à la Figure 12.
Les rotors de support temporaire 6 possèdent un système passif
d'indexation de position ou de ressort de rappel (non-illustré) qui maintient
une
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position de référence des pales à (approche des obstacles et assure le retour
à
cette position ou à une position équivalente suite au passage de (obstacle. La
rotation du rotor 6 n'est donc pas motorisée.
La forme des roues 1 (montrée sur la vue de profil à la Figure 13) permet
d'accommoder plusieurs dïamètres de conducteurs grâce à un profil possédant
une entaille centrale 9 et un bord arrondi 10 pour faciliter le passage des
obstacles. La roue 1 est faite de caoutchouc ou de polyuréthane de faible
dureté
afin de maximiser le coefficient de friction et les performances sur
conducteur
humide. Un additif métallique peut étre incorporé au caoutchouc afin de
favoriser
70 la conductivité électrique du véhicule. Le bord externe 11 des roues 1 est
évasé et
fait de matière plastique n'offrant que peu de traction sur les obstacles
franchis
pour s'assurer que le conducteur 7 glisse et retrouve sa position au milieu de
l'entaille centrale 9 une fois (obstacle franchi.
Chacun des moteurs 4 possède un système de contrôle de la vitesse et de
la force motrice ou de traction afin d'ajuster la vitesse du véhicule.
Les Figures 14 et 15 montrent une première application du principe de
véhicule RST (rotor de support temporaire) qui est destiné à circuler sur un
faisceau de quatre conducteurs, en prenant appuis sur les deux conducteurs du
bas. Ce véhicule rassemble les caractéristiques décrites précédemment en
joignant quatre bras identiques à un cadre commun. Le véhicule possède donc
quatre roues motrices disposées en deux paires, formant ainsi un train avant
et un
train arrière. Des rotors de support temporaire sont montés de façon coaxiale
sur
chacune des roues. Des ressorts tendus entre deux bras d'un mëme train
appliquent une force qui tend à les rapprocher l'un de l'autre, transférant
ainsi une
force de contact latérale au niveau des roues sur les conducteurs.
La Figure 15 permet de montrer les différents sous-systèmes inhérents à un
véhicule complet, fonctionnel et autonome. Préférablement, le ou les moteurs 4
utilisés sont de type électrique et sont alimentés par des batteries
d'accumulateurs
logés dans des boîtiers 10. Ces accumulateurs peuvent être rechargeables tels
le
type nickel mefal hydrure. La source d'alimentation choisie est suffisante
pour
alimenter les accessoires installés, tels que les systèmes de caméras 11 ou de
prise de mesure de résistance 1z. Cependant, i) est également possïble
d'utiliser
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une génératrice à essence comme source d'énergie afin d'obtenir une plus
grande
autonomie.
Préférablement, le véhicule possède (électronique embarquée 13
nécessaire à sa bonne utilisation ainsi qu'un système de télécommunication
pour
le contrôle à distance, avec antenne 14 et récepteur à changement de fréquence
(en anglais: frequency jumps). Les équipements électroniques embarqués sont
protégés des champs électromagnétiques par une cage de Faraday et sont
optimisés en vue de leur robustesse mécanique.
La configuration du véhicule en lui-même peut varier grandement, en
recombinant entre eux les différents éléments décrits pour s'adapter aux
différents
type de conducteurs. Quelques figures sont données à titre d'exemples, afin
d'illustrer différentes possibilités.
Il est possible, tel que montré à la Figure 17, de n'avoir que deux bras
porteurs (et donc deux roues motrices et deux rotors). Ce concept est
utilisable sur
un faisceau double et quadruple, tout comme la version à quatre rotors montrée
précédemment.
Une des modifications simples mais très intéressante du concept RST est
montrée à la Figure 18 et permet de circuler sur un conducteur simple tout en
franchissant les obstacles s'y trouvant. On utilise alors toujours quatre bras
pivotants 15 mais seulement deux roues de traction 16 (motorisées) et deux
rotors
de support temporaire 17. Ainsi, deux des quatre bras 15 ne supportent que des
roues de pression 18, qui peuvent ou non être motorisées. La forme des roues
de
pression 18 est quelque peu différente afin de s'embouer dans la forme des
roues
de traction 16. Ceci permet de positionner adéquatement le conducteur au creux
des roues de traction 18. Évidemment, on peut adapter ce principe de roues de
pression pour un véhicule destiné à circuler sur des faisceaux de conducteurs.
Les bras porteurs des roues de pressions 18 peuvent étre positionnés dans
des plans différents de celui des roues de traction 16, tel que montré à la
Figure
19.
Le mëme concept peut également être utilisé sur un faisceau triple (voir à Ia
Figure 20), en prenant appui sur le conducteur inférieur. Enfin, d'autres
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combinaisons sont facilement envisagées ; par exemple, on peut enlever une
roue
de pression du dernier concept présenté et la positionner à mi-chemin entre
les
roues de traction ou motrices, qui seraient alors placées toutes les deux du
même
coté du conducteur, opposées à la roue de pression.
5 Par ailleurs, bien que (e rotor soit préférablement monté directement sur le
dessus d'une des roues, il est aussi envisageable que le rotor soit monté
directement sur un des bras de support et non sur une roue. Il est aussi
possible
que le rotor soit monté séparément et directement au cadre du véhicule sans
étre
monté ni sur une roue ou un des bras porteurs muni d'une roue. Par exemple, le
10 rotor pourrait étre monté sur un bras porteur démuni de roue et fonctionner
substantiellement de la manière expliquée précédemment.
Ci-dessous on décrit des performances et avantages de la présente
invention.
Les conditions rëelles d'utilisation font en sorte qu'il est impératif de
pouvoir
franchir les obstacles à (aide d'une solution mécanique simple et fiable. Le
moins
de pièces mobiles possible implique souvent moins de risque de bris. On
cherche
aussi à minimiser l'utilisation de l'électronique.
On obtient donc un produit qui répond aux critères suivants
D Mécanisme permettant de franchir les obstacles sans devoir s'immobiliser
pour
le faire;
D Possibilité de s'immobiliser sur un obstacle si ce dernier doit étre
inspecté;
D Mécanisme pouvant franchir les obstacles à laide de systèmes mécaniques
(donc ne requérant qu'un minimum d'électronique embarqué);
D Mécanisme permettant de franchir les obstacles en marche avant et marche
arrière;
D Installation et déplacement sécuritaire du véhicule sur le faisceau (aucune
chute possible et respect de !'intégrité des composants de ligne);
D Robustesse et fiabilité face aux conditions d'utilisation (transport, chocs
mécanique, etc.);
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D Robustesse face aux conditions climatiques défavorables (humidité,
poussière,
neige, vents modérés, température ambiante};
D Bonne force de traction du chariot sur des conducteurs humides et même
recouverts de frimas (au moins égale à son poids);
D Fiabilité et compatibilité électromagnétique de l'électronique et des
systèmes
de télécommunication, sous tension (jusqu'à 765 kV - 750 A);
D Temps de passage d'obstacle très court (moins de quelques secondes).
L'impact positif d'un tel véhicule pourra se manifester à plusieurs niveaux:
D Facilite l'accès aux portées et aux composants difficilement accessibles;
D Évaluation de l'état des jonctions aériennes (diagnostic jusqu'ici
difficilement
réalisable de l'état d'un des maillons faibles du réseau, particulièrement sur
les
circuits en faisceau);
D Optimisation des coüts de maintenance (décisions de maintenance optimales
et objectives, méthode de travail moins onéreuse, réduction du temps
d'intervention, inspection in situ sous tension, minimisation des prélèvements
onéreux d'échantillons);
D Minimisation des interruptions de service planifiées (nouvelles méthodes de
travaux sous tension) et non-planifiées (meilleure connaissance de l'état du
réseau et maintenance préventive);
D Fiabilité accrue du réseau gréce à l'archivage et au suivi de (évolution de
l'état
du réseau;
D Santé et sécurité des travailleurs en éloignant l'opérateur de la zone de
danger;
D Amélioration de la productivité et de l'efficacité des inspections.
Bien que la présente invention ait été expliquée ci-dessus par des modes de
réalisations préférentielles, on doit comprendre que l'invention n'est pas
limitée à
ces réalisations précises et que divers changements et modifications peuvent
ëtre
effectués à celle-ci sans s'écarter de la portée ou de l'esprit de
l'invention.
