Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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WO 01/63715 PCT/CA01/00208
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CHARIOT TELEOPERE D'INSPECTION ET D'INTERVENTION POUR RESEAU ELECTRIQUE
SOUS TENSION ET OUTIL DE DEGLACAGE
DOMAINE DE L'INVENTIO111
La présente invention porte sur une amélioration aux petits véhicules connus
sous
le nom de "chariots de ligne" qui se déplacent en roulant sur un conducteur de
ligne électrique ou sur un câble de garde.
La présente invention porte également sur un outil de déglaçage monté sur un
chariot de ligne.
HISTORIQUE
Les chariots de ligne sont des appareils connus servant à prendre des mesures
de
paramètres électriques, physiques et/ou environnementaux et à vérifier
certaines
conditions associées aux lignes électriques supportées par des pylônes.
Les documents suivants décrivent des chariots de ligne connus: le brevet
américain no 4,904,996 (FERNANDES); le brevet arnéricain no 5,901,651
(BOYD); et la demande PCT WO 94/18046 (SCOTT).
Le principal problème des chariots connus est de pouvoir générer une force de
traction (ou de poussée ou tirage) suffisamment importante sur la ligne
électrique
sur laquelle un chariot se déplace. Cette ligne électrique peut être en acier
ou en
aluminium et avoir différents diamètres. Dans certains cas, la ligne peut être
humide et, dans d'autres cas, celle-ci peut même comporter des résidus de
glace.
Le problème de traction découle surtout du choix de matériaux dont sont
constituées les roues.
Un chariot connu dans l'art aritérieur et nommé "chariot poulie-berceau" a un
poids
d'environ 110 livres et une force de tirage mesurée de 75 livres-force ou lbf.
Le
chariot poulie-berceau comporte deux roues de traction de forme simpliste. Les
dimensions du chariot poulie-berceau sont d'environ 25 po. x 10 po. x 14 po.
Ces
dimensions sont particulièrement importantes, et par conséquent encombrantes,
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au niveau des travaux sous tension et de la manipulatioii de l'appareil.
Enfin, le
chariot poulie-berceau n'est pas conçu pour se déplacer sur un conducteur sous
tension, qui soit humide ou ayant des résidus de glace.
Des outils de déglaçage de câbles sont décrits dans les documents suivants: le
brevet américain 4,227,304 (OKAMURA) et le brevet japonais JP-1081613
(MATSUMOTO). Ces outils ne sont pas adaptés pour être montés sur un chariot
de ligne.
SOMMAIRE DE L'INVENTION
Un premier objet de la présente invention est de fourriir tin chariot de ligne
ayant
une force de traction suffisante pour bien fonctionner sur un câble humide ou
comportant des résidus de glace.
Un deuxième objet de l'invention est de fournir un cfiariot de ligne qui soit
peu
encombrant, qui soit facile à manipuler et qui puisse accomplir des opérations
de
nettoyage, de déglaçage et d'inspection des câble conducteurs selon le cas.
Un troisième objet de l'invention est de fournir un chariot de ligne pouvant
se
déplacer sur un conducteur sous tension et pouvant s'installer aisément sur
celui-
ci.
Un quatrième objet de l'invention est de fournir un cfrariot de ligne pouvant
s'adapter à différents diamètres de conducteurs et pouvarit franchir les
manchons
de jonction se trouvant sur les lignes sous tension.
L'invention concerne donc un chariot destiné à être utilisé sur une ligne sous
tension, comprenant:
trois roues de traction coplanaires montées sur un bâti et espacées le long
d'un premier axe longitudinal qui est parallèle à la ligne sous tension et,au-
dessus
de celle-ci;
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deux roues de pression coplanaires montées de manière mobile sur le bâti
et espacées le long d'un deuxièiie axe longitudinal qui est parallèle à la
ligne et
au-dessous de celle-ci;
un moteur d'entraînement monté sur le bâti et servant à entraîner les roues
de traction, ledit moteur ayant un ~ source d'énergie;
des moyens de pression montés sur le bâti et couplées aux roues de
pression pour maintenir la ligne pressée entre les roues de traction et de
pression;
et
des moyens de contrôle cc~+aplés au moteur pour contrôler le moteur; et
1 J ainsi, en usage, le chariot est entraîné le long de la ligne.
Un autre objet de l'invention est de fournir un outil de déglaçage permettant
de
briser de la glace accumulée sur une ligne sous tension ou un câble de garde.
Un autre aspect de l'invention coiicerne donc un outil de déglaçage monté sur
un
chariot destiné à être utilisé sur urie ligne sous tension, comprenant:
un collier adapté pour être ouvert et refermé autour de la ligne sous tension,
le collier supportant des lames concentriquement espacées et disposées pour
former un cône ouvert dans une clirection de déplacement avant du chariot.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
L'invention ainsi que ses nombreux avantages sera mieux comprise par la
suivante description non-restrictive d'un mode de réalisation préférentiel de
l'invention faisant référence aux figures ci-jointes selon lescluelles:
La figure 1 est une vue en perspective d'un chariot de ligne selon un mode de
réalisation préférentiel de la présente invention;
La figure 2 est une vue de côté du chariot de ligne, sans leF-. roues de
traction;
La figure 3 est une vue de derrière du chariot de ligne;
La figure 4 est une vue explosée et en perspective d'uiie roue de traction du
chariot de ligne;
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La figure 5 est une vue de côté de la roue de traction n-iontiée à la figure
4;
La figure 6 est une vue de côté de la ioue de traction moniçée à la figure 5
et telle
qu'assemblée;
La figure 7 est une vue en perspective d'un outil de d~~glaçage monté sur le
chariot;
La figure 8 est une vue de côté de l'outil de déglaçage inon' é sur le
chariot;
La figure 9 est une vue de devant de l'outil de déglaçage monté sur le
chariot;
La figure 10 est une vue de derrière de l'outil de déglaçage monté sur le
chariot;
La figure 11 est une vue de dessus de l'outil de déglaçage monté sur le
chariot;
La figure 12 est une vue en perspective de l'outil de déglaçage;
La figure 13 est une vue de côté de l'outil de déglaçage;
La figure 14 est une vue de dessous de l'outil de déglaçage;
La figure 15 est une vue en perspective d'une partie supérieure d'un collier
formant l'outil de déglaçage;
La figure 16 est une vue en perspective d'une partie inférieure du collier
formant
l'outil de déglaçage;
La figure 17 est une vue de face du collier formant l'outil de déglaçage, dans
une
position ouverte; et
La figure 18 est une vue de face de l'outil de déglaçage morité sur le
chariot, avec
le collier dans une position fermée.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
Tel qu'illustré à la figure 1, le chariot de ligne 10, selon uri mode de
réalisation
préféré de l'invention, est monté sur une ligne sous tension 16. Le chariot 10
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possède trois roues de traction coplanaires 12 montées du même côté d'un bâti
14. Les roues de traction 12 sont espacées le long d'un premier axe
longitudinal
qui est parallèle à la ligne sous tension 16 et au-dessus de celle-ci. Le
chariot 10
possède également deux roues de pression coplanaires 18 qui sont espacées le
5 long d'un deuxième axe longitudinal qui est parallèle à la ligne sous
tension 16 et
au-dessous de celle-ci. Les roues de pression 18 sont moritées de manière
mobile
du même côté du bâti 14 que les roues de traction 12.
Préférablement, les roues de pression 18 sont centrées entre les roues de
traction
12 et ont un rayon plus petit que les roues de traction 12.
D'autres géométries pour l'alignement des roues peuvent être réalisées et le
nombre de roues utilisées peut être modifié mais la réalisation qui est
présentement décrite donne les meilleurs résultats expérimentaux.
Afin de s'adapter à différents diamètres de câbles conducteurs, et aussi
d'exercer
une pression sur un câble, les roues de traction 12 sont fixées sur le bâti
14, alors
que le roues de pression 18 sont mobiles. Bien sûr, d'autres configurations
peuvent être réalisées pour obtenir le même résultat, par exemple en inversant
la
position des roues de traction et de pression.
Tel que montré à la figure 2, chaque roue de pression 18 est préférablement
montée sur un bras 21 qui est connecté de manière pivotante au bâti 14. De
cette
manière, les roues de pression 18 peuvent être déplaçables par rapport au bâti
14
suivant un arc de cercle.
Un mécanisme de pression 26 est aussi monté sur le bâti. Ce mécanisme de
pression 26 est couplé aux roues de pression 18 pour maintenir la ligne 16
pressée entre les roues de traction 12 et de pression 18.
De préférence, le mécanisme de pression 26 est un système à gâchette-levier.
Le
système gâchette-levier, comme son nom l'indique, possède un levier 28 qui est
manuellement pivoté entre deux positions de blocage telle une gâchette. Le
levier
28 est connecté à un barillet 23 qui, dans une première position du levier 28,
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rapproche les roues de pression 18 vers les roues de traction 12 et, dans une
deuxième position du levier 28, éloigne les roues de pression 18 des roues de
traction 12. Deux câbles d'acier 25, un pour chaque roue de pression 18, sont
enroulés autour du barillet 23 et chacun de câbles 25 a une extrémité fixé à
celui-
ci. Chacun des câbles 25 est aussi enroulée autour de poulies 27 qui
redirigent
chacun de ceux-ci vers les bras 21 supportant les roues de pression 18. Les
câbles 25 sont aussi dirigés par des guides 29.
De préférence, chaque roue de pression 18 a une suspension indépendante qui
prend la forme de ressorts de tension 30 connectés en série sur une section de
chaque câble 25. Aussi, des ressorts de retour 31 sont connectés entre le bras
21
de chaque roue de pression 18 et le bâti 14. Ceci permet au chariot 10 de
pouvoir
rouler plus facilement sur des obstacles que l'on rencontre sur la ligne 16,
tel les
manchons de jonction.
Bien entendu, d'autres mécanisn:es que ceux illustrés dans les figures peuvent
être utilisés afin de presser les roues de pression 18 sur les roues de
traction 12 et
d'ajuster la force de pression n-àcessaire. Ces mécanismes peuvent être un
système de piston-cylindre hydraulique ou à gaz, ou un système à gâchette-
levier
motorisé par exemple. II n'est pa~; nécessaire que le contrôle du mécanisme de
pression 26 soit fait à la main et celui-ci peut être effectué par des
contrôles
électriques qui peuvent être télécommandés.
Un moteur d'entraînement 20 est monté sur le chariot 10 et sert à entraîner
les
roues de traction 12 par l'entremise de courroies 22 montées sur la partie
arrière
de roues de traction 12, et de l'autre côté du bâti 14 (voir la figure 3). Des
mécanismes tendeurs 33 sorit prQférablement utilisés pour contrôler la
pression
des courroies 22.
Un mécanisme de contrôle 3-1 esi relié au moteur 20 afin de contrôler celui-
ci. Ce
mécanisme de contrôle 34 seEt ài1juster la vitesse du chariot 10.
Le moteur 20 est, de préférence, un moteur électrique qui est alimenté par des
batteries montées sur une partie inférieure du bâti 14 du chariot 10 dans un
boîtier
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32. Les batteries peuvent être des batteries rechargeables en nickel-métal
hydrure. Les batteries donnent au chariot 10 l'autonomie nécessaire aux
opérations visées de nettoyage, déglaçage et surveillarice de la ligne sous
tension
16 et pour lesquelles le chariot 10 a été conçu. Le moteur 20 peut également
être
un moteur à essence ou à gaz ou d'un autre type, et pourrait aussi être
alimenté
par un câble électrique.
De préférence, le chariot 10 possède également l'électronique nécessaire aux
opérations visées ainsi qu'uri système de télécommaiide qui sert de moyen de
contrôle pour contrôler le moteur 20 et/ou le mécariisme de pression 26. Ce
système de télécommande est embarqué dans un boîtier 34 communément
appelé cage de Faraday. Le système de télécommande est relié à une antenne 35
afin de recevoir des signaux de contrôle des opérateurs. Puisque le chariot 10
doit
se déplacer sur un conducteur simple 16 sous une tension d'environ 315 kV, le
système de télécommande et toute l'électronique doivent être robustes aux
champs électrique et magnétique. Le boîtier 34, ainsi que la disposition
physique
des fils et des circuits imprimés minimisent les interférences électro-
magnétiques.
De préférence, la technologie de télécommande à ondes radio est basée sur le
principe de sauts de fréquences (bandes de fréquences entre 902 et 928 MHz).
L'étalement du spectre permet de contourner d'éventuelles interférences. Des
essais ont démontré que la portée du signal est de 1 km autour d'une ligne
sous
tension à cause des interférences qu'elle provoque. Cette technologie ne
requiert
pas normalement de permis d'organisme gouvernemental dû aux fréquences
utilisées ainsi qu'à la faible puissance du signal émis.
Bien entendu, il n'est pas nécessaire d'utiliser un système de télécommande
sans
fil même si celui-ci peut être plus versatile. En effet, un câble reliant le
système de
contrôle à un contrôleur au sol peut aussi être utilisé.
De préférence, le chariot 10 comporte une paire de poignées 24 sur des côtés
opposés du bâti 14 qui permettent à un opérateur d'empoigner et de manipuler
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aisément le chariot 10. Une attaclie de tirage 19 est aussi munie sur la
partie
avant du chariot 10 afin de tirer le chariot 10 à l'aide d'une corde, si
nécessaire.
Le chariot 10 peut en outre être équipé d'une carnéra sur pan et tilt, d'un
microphone, d'une caméra infrarouge, d'instruments de mesure de la résistivité
des manchons de jonction, du courant, du voltage et de la température de la
ligne
16, ainsi que d'autres instruments à fonctions multiples.
Les figures 4, 5 et 6 montrent plus en détail une des roues de traction 12.
Celle-ci
comprend un corur 36 fabriqué avec uri matériau pouvant communiquer une force
de traction maximale au chariot 10. Ce matériau est fait préférablement de
néoprèneTM ou autre caoutchouc synthétique thermoplastique. Le coeur 36 peut
être aussi fait en polyuréthane. Des additifs de type abrasifs (silice ou
métal)
peuvent être ajoutés au polyuréthane. Le cceur 36 peut être aussi fabriqué
avec
du caoutchouc naturel. Le cceur 36 est emprisonné entre deux plaques
structurales 38 qui peuvent être fabriquées avec d'autres matériaux, mais de
préférence, d'un polyuréthane plus rigide que celui du coeur 36. Des
ouvertures 41
sont présentes sur chaque plaque 38 afin d'alléger le chariot 10. Des goujons
de
positionnement 40 sur un côté des plaques structurales 38 permettent de fixer
celles-ci sur le coeur 36 par l'entremise d'ouvertures correspondantes 42. Le
coeur
36 a une rainure 44 permettant de recevoir la ligne 16 et de la guider. La
rainure
44 ou une portion de celle-ci est plus étroite que la liqne 16 afin de
maximiser la
surface de contact entre les deux, et ainsi pouvoir gériérer une plus grande
force
de pression latérale sur la ligne 16.
Les roues de pression 18 sont préférablement fabriquées en métal, mais
d'autres
matériaux tels que ceux utilisés pour les roues de traction 12 peuvent être
utilisés.
Le roues de pression 18 ont aussi une rainure centrale 46 servant à recevoir
la
ligne 16 et à la guider (voir la figure 1). Toutes les roues 12, 18 ont été
trouées
afin de diminuer le plus possible le poids total du chariot 10.
Puisque le chariot doit être manipulé par des monteurs ou opérateurs au sommet
d'un pylône, il doit être léger et très robuste. Des essais expérimentaux ont
été
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effectués sur un chariot ayant un poids de 45 livres (21 kg), soit 28 livres
(13 kg)
pour le chariot 10 lui-même et 17 livres (8 kg) pour la batterie et ce, pour
une
autonomie de 45 minutes (3 km à une vitesse de 1.2 m/s). On a utilisé 12
batteries
de 9.6 V en série. Les piles en nickel-métal hydrure sont extrêmement
performantes, même à basse température (-10 C). De bons résultats de traction
ont été obtenus et le chariot a réussi à gravir sans problème un hauban
(câble)
incliné à 52 degrés. Les dimensions du chariot étaient de 16 po. x 14 po. x 16
po.
Le test pour mesurer la force de traction consiste à utiliser une cellule de
charge
montée sur le chariot 10. On augmente la charge jusqu'à ce que les roues 12,
18
se mettent à glisser. Les essais ont démontré que la force de traction pouvait
monter à 225 Ibf dans des conditions idéales. Dans des conditions de glace et
d'eau, la force de traction mesurée a été de 125 à 150 lbf.
Le chariot a pu s'adapter à différents diamètres de conducteurs et a pu
franchir les
manchons de jonction se trouvant sur les lignes de transport. Les opérations
de
déglaçage se sont réalisées à une température de -10 degrés Celsius.
Une des grandes améliorations apportées par la présente invention réside dans
les matériaux dont sont constituées les roues de traction 12. En effet, le
chariot 10
a l'avantage de pouvoir générer une force de traction allant jusqu'à 225 lbf.
Ceci
est assez important pour que le chariot 10 puisse être utilisé sur un câble
humide
et même, sur un câble recouvert de résidus de glace.
Ce chariot 10 est très utile pour effectuer des opérations de déglaçage, de
nettoyage, de maintenance et de surveillance des coriducteurs électriques
et/ou
de surveillance d'autres conditions, par exemple des conditions climatiques ou
environnantes. Ainsi, le chariot 10 peut se déplacer daris des conditions de
glace
tout en portant les outils nécessaires au déglaçage.
De plus, le chariot 10 est léger, facile à manipuler lors de son installation
et apte à
fonctionner même lors de conditions climatiques difficiles. Le chariot 10 est
robuste aux champs électriques et magnétiques prése-its sur une ligne de 315
kV
et peut être télécommandé à di,3tance à partir du sol.
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Tel qu'illustré à la figure 7, un outil de déglaçage 50 peut être monté sur le
chariot
10 destiné à être utilisé sur la ligne sous tension 16. L'outil de déglaçage
50
possède un collier 52 comportant deux parties adaptées pour être ouvertes et
refermées autour de la ligne sous tension 16. Le collier 52 comporte des lames
54
5 concentriquement espacées et disposées pour former un cône ouvert dans une
direction de déplacement avant du chariot 10.
Tel qu'illustré aux figures 15 à 17, au moins une des lames 54 est
préférablement
fixée sur une plaque 56 qui pivote et qui fait partie intégrante du collier
52. Ceci
permet au collier 52 d'être facilement monté autour de la ligne 16. Le collier
52
10 comporte préférablement trois ou quatre lames comportant des trous 55 afin
d'alléger le chariot 10.
Des essais expérimentaux ont démontré que l'outil de déglaçage 50 monté sur le
chariot 10 peut briser la glace accumulée sur une ligne sous tension alors que
le
chariot 10 se déplace vers l'avant.
De préférence, l'outil de déglaçage 50 peut aussi comprendre un mécanisme 58
pour donner un mouvement de va-et-vient au collier 52 dans une direction
parallèle à la ligne sous tension 16 (voir figure 8). Ce mécanisme 58 permet,
en
usage, aux lames 54 de briser de la glace accumulée sur la ligne sous tension
16.
Tel que montré aux figures 11 à 14, le collier 52 est monté au bout d'une
première
tige 66 coulissant longitudinalement sur le chariot 10. La première tige 66
glisse
entre deux supports 68 et est munie d'une butée 82 limitant son déplacement
longitudinal.
Tel que montré à la figure 14, un système impacteur 84 est couplé à un système
recevant l'impact 80. Le système impacteur 84 sert à frapper la première tige
66.
Le système impacteur 84 comporte un moteur 60 couplé par arbre à cames 88 à
une deuxième tige 86 coulissant longitudinalement sur le chariot 10. La
deuxième
tige 86 glisse sur des supports 69 et est connectée à une plaque mobile 92.
Cette
plaque mobile 92 est connectée à des ressorts 62 accumulant de l'énergie
lorsque
le moteur 60 déplace la deuxième tige 86.
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Tel que montré à la figure 12, le moteur 60 est relié à la canie 88 par
l'entremise
d'une boîte de vitesse 70. Le mécanisme 58 est monté sur une plaque de support
72 qui facilite l'installation de l'outil de déglaçage 50 sur le chariot 10.
En opération, le moteur 60 déplace la deuxième tige 86 vers l'arrière ce qui
étire
les ressorts 62. En bout de came, la deuxième tige 86 est relâchée et frappe
la
première tige 66. Ainsi, le collier 52 est projeté vers la direction de
déplacement
avant du chariot 10. Les ressorts 62 libèrent ainsi de l'énergie
instantanément pour
permettre de projeter les lames 54 à haute vitesse contre la glace. Le manchon
de
glace entourant la ligne éclate et permet ainsi de libérer la ligne 16 de
celui-ci.
Bien entendu, d'autres mécanismes pour projeter l'outil de déglaçage 50
pourraient être utilisés. Par exemple, un système à pistons et cylindres
hydrauliques.
Le mécanisme 58 permet donc à l'outil de déglaçage 50 d'être encore plus
performant et d'enlever la glace plus facilement et rapidement.
La présente invention est donc très utile pour régler le problème de la glace
qui
s'accumule sur les lignes sous tension et qui risque d'abîmer soit les lignes
ou les
pylônes qui les supportent.
Bien que la présente invention ait été expliquée ci-dessus par un mode de
réalisation préférentiel, on doit comprendre que l'invention n'est pas limitée
à cette
réalisation précise et que divers changements et modifications peuvent être
effectués à celle-ci sans s'écarter de la portée ou de l'esprit de
l'invention.
