WO1999007050A1 - Dispositif et methode pour deglacer un element structural allonge - Google Patents

Dispositif et methode pour deglacer un element structural allonge Download PDF

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WO1999007050A1
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structural element
wires
conductive
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Marc-André Allaire
Jean-Louis Laforte
Original Assignee
HYDRO-QUéBEC
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G7/00—Overhead installations of electric lines or cables
    • H02G7/16—Devices for removing snow or ice from lines or cables
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D07—ROPES; CABLES OTHER THAN ELECTRIC
    • D07B—ROPES OR CABLES IN GENERAL
    • D07B1/00—Constructional features of ropes or cables
    • D07B1/14—Ropes or cables with incorporated auxiliary elements, e.g. for marking, extending throughout the length of the rope or cable
    • D07B1/147—Ropes or cables with incorporated auxiliary elements, e.g. for marking, extending throughout the length of the rope or cable comprising electric conductors or elements for information transfer
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D07—ROPES; CABLES OTHER THAN ELECTRIC
    • D07B—ROPES OR CABLES IN GENERAL
    • D07B2401/00—Aspects related to the problem to be solved or advantage
    • D07B2401/20—Aspects related to the problem to be solved or advantage related to ropes or cables
    • D07B2401/202—Environmental resistance
    • D07B2401/203—Low temperature resistance

Definitions

  • the present invention relates to devices for removing snow or ice that can accumulate, for example on electric lines or cables, and relates more particularly to a device and a method for deglazing an elongated structural element such than a high voltage power line or a guyed tower.
  • Electromagnetic pulses are injected into a double thin copper tape placed (inserted) in a rubber film.
  • the device is applicable to stranded conductors, such as a stranded cable.
  • stranded conductors such as a stranded cable.
  • electromagnetic pulses are injected into some of the insulated conductor wires integrated into the last stranded layer of the cable. These conductive wires are insulated for this purpose during the manufacture of the cable.
  • the publication "An Investigation of Power Line De-lcing by ElecTro-Impulse Methods", published in the journal IEEE Transaction on Power Delivery, Vol. 4, No. 3, July 1989 on behalf of EGBERT et al., Describes a test with an ACSR conductor wrapped in rubber strips containing flexible copper strips in which electromagnetic pulses have been injected.
  • the invention provides a device for deicing an elongated structural element with a closed contour, comprising: at least one pair of preformed electrically conductive wires for winding, one next to the other, along and around the element structural by following a substantially helical trajectory while substantially matching the outline of the structural element with a predetermined clearance between the conductive wires and the structural element, the conductive wires having first ends for receiving electromagnetic pulses, and second opposite ends at the first ends, the conductive wires being of a caliber to withstand a current causing, between the conductive wires of the pair, a repulsion having an intensity capable of breaking ice or frost on the structural element by a distancing of the conductive wires l of each other in response to repulsion, the conductive wires having stiffness properties and of elasticity such that the conducting wires regain their shape around the structural element after the separation caused by the repulsion; means for electrically connecting the second ends of the conductor wires of the pair together; and means for electrically insulating the
  • the invention also provides a method for deicing an elongated structural element with a closed contour, comprising the steps of: positioning at least one pair of conductive wires along the structural element, the conductive wires being preformed for winding, one next to the other, along and around the structural element following a substantially helical trajectory while substantially matching the outline of the structural element with a predetermined clearance between the conductive wires and the structural element, the wires conductors having first and second opposite ends, the conductive wires being provided with means for electrically isolating the conductive wires from each other and from the structural element, the conductive wires being of a size to withstand a current causing, between the conducting wires of the pair, a repulsion having an intensity liable to break ice or frost on the structural element by a separation of the conductive wires from each other in response to the repulsion, the conductive wires having stiffness and elasticity properties such that the conductive wires regain their shape around the structural element after the separation caused by repulsion; electrically
  • the de-icing device is adaptable to any already existing aerial structural element, electrically insulating or conductive, the surface of which has a closed contour such as, for example, aerial rods and cables of various sections: circular, square, rectangular, etc.
  • the de-icing device is applicable to a live electrical line conductor, around which it forms a kind of envelope or sheath.
  • the de-icing method requires only low energy; being of the mechanical type, which uses electromagnetic pulses, it requires 100 to 1000 times less energy than the thermal type techniques.
  • the de-icing device forms an independent unit in itself of the structural element which it covers. Thus, it does not need to be attached to it. It can be installed on cables during their manufacture in the factory or on cables already in place. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
  • Figures 1 and 2 are side elevational views showing two forms of conductive son according to the invention
  • Figure 3 is a side elevational view of the de-icing device according to the invention.
  • Figure 4 is a sectional view of the de-icing device taken along lines 4-4 of Figure 3;
  • Figures 5 and 6 are cross-sectional views showing the de-icing device according to the invention, mounted on two structural elements of different nature;
  • Figure 7 is a side elevational view showing a de-icing device according to the invention, mounted on a short cylindrical element.
  • FIGS. 1 and 2 there are shown two forms of preformed wires 2, suitable for the construction of the de-icing device according to the invention.
  • the shape of the wire 2 illustrated in Figure 1 is suitable for a structural element (not illustrated in the figure) whose external surface forms a circular contour
  • the shape of the wire 2 illustrated in Figure 2 is suitable for a structural element (not illustrated in the figure) whose external surface forms a rectangular or square contour.
  • Other shapes of preformed wires can obviously be used so as to suit the shape of the outline of the structural element.
  • the de-icing device according to the invention serves to de-ice an elongated structural element 4 (in dotted lines in the figures) with closed contour.
  • the device comprises at least one pair of preformed electrically conductive wires 6, 8 for winding, one next to the other, along and around the structural element 4 following a trajectory generally helical while conforming to the outline of the structural element 4 with a predetermined clearance between the conducting wires 6, 8 and the structural element 4.
  • the device comprises three pairs 5, 7, 9 of wires conductors 6, 8, as best seen in Figure 4.
  • the conductive wires 6, 8 have first ends 10, 12 for receiving electromagnetic pulses, and second ends 14, 16 opposite the first ends 10, 12.
  • the conductive wires 6, 8 are of a size to withstand a current causing, between the conductive wires 6, 8 of each pair, a repulsion having an intensity capable of breaking ice or frost on the structural element 4 by a separation of the conductive wires 6, 8 l of each other in response to repulsion.
  • the conducting wires 6, 8 have properties of rigidity and elasticity such that the conducting wires 6, 8 regain their shape around the structural element 4 after the separation caused by the repulsion.
  • the de-icing device comprises a compression joint 18 for electrically connecting the second ends 14, 16 of the conductive wires 6, 8 of the pair together. A welded joint can do the job just as well, like any other type of connector suitable for this purpose.
  • the de-icing device also includes sheaths 20, 22 made of insulating material covering the conductive wires 6, 8 respectively, to electrically insulate them from each other and from the structural element 4.
  • the spaces complementary to the spaces occupied by the pairs of wires 6, 8 on the contour of the structural element 4 can be filled with preformed wires 24 identical or similar to the conductive wires 6, 8, arranged in parallel with the latter to form a twisted sheath around the structural element 4.
  • preformed wires 24 identical or similar to the conductive wires 6, 8, arranged in parallel with the latter to form a twisted sheath around the structural element 4.
  • Any other filling means suitable for this purpose can of course be used instead of the preformed wires 24.
  • each pair of conductive wires 6, 8 along the structural element 4, so that they are wound one next to the other, along and around the structural element 4 following a generally helical trajectory while following the outline of the structural element 4, leaving a predetermined clearance between the conductive wires 6, 8 and the structural element 4. It it then suffices to electrically connect the second ends 14, 16 of the conducting wires 6, 8 together, and to apply electromagnetic pulses between the first ends 10, 12 of the conducting wires 6, 8 to generate the desired current in the conducting wires 6, 8.
  • the invention uses the technology developed for the manufacture of preformed wires, which is modified so as to make it adaptable to deicing by electromagnetic pulses.
  • preformed wires are used for the manufacture of friction ties, their length currently not exceeding 3 to 4 meters. The invention requires that this length be increased to a few hundred meters, which constitutes a probably unusual application of preformed wires with a length of 300 to 400 meters.
  • the de-icing device operates by the application of electromagnetic pulses for de-icing any surface with a closed contour of a structural, conductive or insulating element, of cylindrical, tubular, rectangular, square, etc. sections.
  • the device according to the invention somehow forms an anti-icing sheath or an envelope deglaceable by electromagnetic pulses consisting of preformed wires 6, 8, 24 conforming to the external surface of the structural element 4 which it must protect.
  • the intrinsic rigidity of the preformed wires 6, 8, 24 in the assembly and the particular arrangement of the preformed insulated conductive wires 6, 8 in pairs (eg 5, 7, 9 in Figure 4) means that the device constitutes a deglaceable unit in itself completely independent of the structural element 4 around which it must be placed.
  • the ability to match the surface covered by the sheath comes from the prior shaping of the wires 6, 8, 24 which must preferably be preformed so as to be able to adapt to the precise dimensions of the structural element 4 as well as to the particular shape of its surface.
  • any closed surface of a structural element can be covered with such a sheath, rigid, deglaceable, consisting of preformed wires 6, 8, 24 in its particular shape.
  • the technique used for preforming is the one deemed to be the most adequate, taking into account the material chosen for the wires 6, 8, 24.
  • the material of the wires 6, 8, 24 must be sufficiently elastic and rigid to be able to keep its previous shape after its installation on the structural element 4 and when activating the de-icing system.
  • the wires 6, 8, 24 need not all be of the same material.
  • the deicing capacity of the device according to the invention comes from the preformed conducting wires 6, 8 which are integrated in pairs in the anti-icing sheath. These wires 6, 8 must be electrically isolated from the other conductive wires and from the structural element 4 so as to be able to convey the current pulse necessary for de-icing.
  • the insulated wires 6, 8 are arranged so as to be adjacent to each other and so that the direction of the current in one is opposite to that flowing in the other. In this way, the current generated during the activation of the pulse source (not shown), will produce between the two adjacent wires 6, 8 a repulsive electric force proportional to the square of the current and inversely proportional to their spacing.
  • a very high current pulse eg 8000 A
  • de-icing can be carried out in a sequenced manner, ie by sending the pulses not in all the pairs 5, 7, 9 simultaneously, but successively in one after the other.
  • Any suitable pulse source can be used.
  • the wires 28, 30 of the pulse source can be connected to the conducting wires 6, 8 of the device by means of compression joints 32 or solder joints (not shown) or any other type of suitable connector.
  • the anti-icing sheath is assembled on the structural element 4 to be deglazed, leaving a certain clearance 26 between the wires 6, 8, 24, as illustrated in FIG. 4. It is this clearance 26 which allows the displacement of the wires 6 , 8 under the effect of current pulses, which then strike the other wires 6, 8, 24 which are parallel to them. This sudden movement breaks the layer of ice on the surface of the anti-icing sheath. Furthermore, the particular shape which is imposed on the wires 6, 8, 24 during preforming makes it possible to produce an anti-icing sheath of high mechanical rigidity which, Jprs from the injection of the current pulses, can in certain cases only move towards outside, effectively breaking the ice. At the end of each pulse, the wires 6, 8, 24 return to their initial position due to the very high elasticity of the alloy used.
  • the de-icing device makes it possible to apply the method of electromagnetic pulses for de-icing any tubular surface, whether it is conductive or insulating.
  • FIG. 5 there is shown a cross section of a cylindrical rod 34 covered with an anti-icing sheath according to the invention, consisting of insulated conductor wires 6, 8 previously preformed in sinusoidal spiral corresponding to the diameter of the rod 34 to which 1 mm is added to ensure a clearance 26 between the rod 34 and the anti-icing sheath.
  • the anti-icing sheath is not integral with the rod 34 and cannot be subjected to the mechanical stresses undergone by the rod 34 in the assembly.
  • the same anti-icing sheath can be applied to any cylindrical element, for example an already existing cable and stay.
  • the example shown in Figure 5 is that of a steel stay cable 34 mm in diameter, the sheath of which is made of aluminum wire 36 (eg alloy of grade 6021 T83) of 4.6 mm in diameter covered with 1 mm of an insulating material 38.
  • the pitch of the preformed wire 6, 8 is approximately 10 times the value of the diameter of the shroud.
  • an anti-icing sheath is shown placed on a large tube 40.
  • the preformed wires 6, 8 so as to follow the cylindrical contour, it is possible to deglaze tubes of large diameters on great lengths.
  • FIG. 7 there is shown a toroidal anti-icing sheath consisting of wires 6, 8 wound with a very short pitch.
  • a toroidal anti-icing sheath consisting of wires 6, 8 wound with a very short pitch.
  • Such an arrangement is perfectly suitable for a large tube 40 of short length.
  • the insulated conducting wires 6, 8 will, during the current discharge, move longitudinally to break the ice.
  • a conductive aluminum alloy of high mechanical strength (for example, grade 6021 T83) is very suitable for the manufacture of insulated preformed conductive wires 6, 8 used for de-icing.
  • insulating material 20, 22 preferably a plastic material of great mechanical resistance (for example, crosslinked polyethylene or its equivalent) so as to be able to preform the aluminum wires 6, 8 after their covering with the insulator 20, 22.
  • the dimensions of the insulated conductive wires 6, 8 are chosen taking into account the alloy used, so as to maximize the current pulse to break the ice without causing permanent deformation at the wires 6, 8, under the temperature conditions likely to be encountered.
  • any material, conductive metal alloy or insulating plastic material can be used as required.
  • the insulated conductor wires 6, 8 the only condition to be satisfied is that the material retained is sufficiently rigid to break the glass and sufficiently elastic to be able to maintain the integrity of its shape after laying on the structural element 4 and during de-icing.
  • the source of electromagnetic pulses used to generate de-icing currents in the conductor wires 6, 8 may be composed of several units (not shown) of battery-mounted capacitors, which are charged at the voltage required to obtain a pulse of 1 at 3 milliseconds with a current peak of 6-8 kA in the pairs of insulated conductor wires 6, 8 used for de-icing.
  • the discharge of the capacitors can be controlled using a circuit using thyristors (not shown).
  • An ice detection device (not shown) can be integrated into the de-icing system to automatically activate the pulse source to break a given thickness of ice, for example, 1 or 2 mm. Under the action of the strong current pulse, the wires 6, 8 then suddenly repel each other, which has the effect of breaking the layer of ice on the surface of the anti-icing sheath into very small pieces, which are then expelled all around.

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  • Suspension Of Electric Lines Or Cables (AREA)

Abstract

Le dispositif et la méthode servent à déglacer un élément structural allongé à contour fermé. Le dispositif est formé de paires de fils électriquement conducteurs et isolés, préformés pour s'enrouler, l'un à côté de l'autre, le long et autour de l'élément structural en suivant une trajectoire hélicoïdale tout en épousant le contour de l'élément structural avec un certain jeu. Les fils conducteurs ont des bouts pour recevoir des impulsions électromagnétiques, et des bouts opposés connectés électriquement ensemble. Les fils conducteurs sont de calibre à supporter un courant provoquant une force de répulsion dont l'intensité est susceptible de briser de la glace ou du givre sur l'élément structural par l'éloignement des fils conducteurs l'un de l'autre en réponse à la répulsion. Les fils conducteurs ont des propriétés de rigidité et d'éalasticité telles qu'ils retrouvent leur forme autour de l'élément structural après l'éloignement causé par la répulsion.

Description

DISPOSITIF ET MÉTHODE POUR DÉGLACER UN ÉLÉMENT STRUCTURAL ALLONGÉ
DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention se rapporte aux dispositifs pour enlever la neige ou la glace pouvant s'accumuler par exemple sur des lignes ou des câbles électriques, et porte plus particulièrement sur un dispositif et une méthode pour déglacer un élément structural allongé tel qu'une ligne électrique haute tension ou une tour haubanée.
HISTORIQUE DE L'INVENTION
Dans les régions froides, les éléments tubulaires structuraux, peu importe la forme qu'ils présentent, i.e. rectangulaire, carrée ou circulaire, sont souvent exposés aux précipitations de glace atmosphérique, tel le givre dur, le verglas et la neige collante. L'accumulation de glace sur ces éléments peut occasionner des surcharges mécaniques qui vont les déformer, allant même jusqu'à produire des bris mécaniques parfois catastrophiques. Jusqu'à maintenant, il n'existe aucune méthode vraiment efficace au point de vue énergétique et automatisée, qui soit capable de minimiser l'accumulation de glace sur ces éléments structuraux. Les brevets US 4,690,353 (HASLIM) et 5,411,121 (LAFORTE et al.) décrivent des dispositifs ou systèmes utilisant des impulsions électromagnétiques de forte intensité pour briser la glace.
Dans le cas d'HASLIM, le système est applicable à des surfaces planes, et a été développée pour éliminer la glace sur une aile d'avion. Des impulsions électromagnétiques sont injectées dans un double ruban mince en cuivre placé (inséré) dans une pellicule de caoutchouc.
Dans le cas de LAFORTE et al., le dispositif est applicable à des conducteurs toronnés, tel un câble toronné. Pour casser la glace, des impulsions électromagnétiques sont injectées dans certains des fils conducteurs isolés intégrés dans la dernière couche toronnée du câble. Ces fils conducteurs sont isolés à cet effet lors de la fabrication du câble. La publication intitulée "An Investigation of Power Line De-lcing by ElecTro- Impulse Methods", parue dans la revue IEEE Transaction on Power Delivery, Vol. 4, No. 3, Juillet 1989 au nom d'EGBERT et al., décrit un essai avec un conducteur ACSR enveloppé de bandelettes de caoutchouc contenant des lamelles souples en cuivre dans lesquelles ont été injectées des impulsions électromagnétiques. Dans cette expérimentation, les bandes de caoutchouc ceinturant le conducteur ne possédaient pas une forme adéquate et les lamelles de cuivre, trop minces, n'offraient pas une résistance mécanique suffisante pour briser la glace, de sorte que sous l'effet des impulsions, l'enveloppe se déformait plutôt que de casser la glace, la résistance mécanique des lames de cuivre étant plus faible que celle de la glace. Comme le souligne les auteurs en conclusion de l'expérimentation, l'utilisation de ce type de recouvrement ne peut permettre de déglacer de façon efficace la surface fermée d'un conducteur.
SOMMAIRE DE L'INVENTION
L'invention apporte un dispositif pour déglacer un élément structural allongé à contour fermé, comprenant: au moins une paire de fils électriquement conducteurs préformés pour s'enrouler, l'un à côté de l'autre, le long et autour de l'élément structural en suivant une trajectoire substantiellement hélicoïdale tout en épousant substantiellement le contour de l'élément structural avec un jeu prédéterminé entre les fils conducteurs et l'élément structural, les fils conducteurs ayant des premiers bouts pour recevoir des impulsions électromagnétiques, et des deuxièmes bouts opposés aux premiers bouts, les fils conducteurs étant de calibre à supporter un courant provoquant, entre les fils conducteurs de la paire, une répulsion ayant une intensité susceptible de briser de la glace ou du givre sur l'élément structural par un éloignement des fils conducteurs l'un de l'autre en réponse à la répulsion, les fils conducteurs ayant des propriétés de rigidité et d'élasticité telles que les fils conducteurs retrouvent leur forme autour de l'élément structural après l'éloignement causé par la répulsion; des moyens pour connecter électriquement les deuxièmes bouts des fils conducteurs de la paire ensemble; et des moyens pour isoler électriquement les fils conducteurs de la paire l'un de l'autre et de l'élément structural. L'invention apporte aussi une méthode pour déglacer un élément structural allongé à contour fermé, comprenant les étapes de: positionner au moins une paire de fils conducteurs le long de l'élément structural, les fils conducteurs étant préformés pour s'enrouler, l'un à côté de l'autre, le long et autour de l'élément structural en suivant une trajectoire substantiellement hélicoïdale tout en épousant substantiellement le contour de l'élément structural avec un jeu prédéterminé entre les fils conducteurs et l'élément structural, les fils conducteurs ayant des premiers et deuxièmes bouts opposés, les fils conducteurs étant pourvus de moyens pour isoler électriquement les fils conducteurs l'un de l'autre et de l'élément structural, les fils conducteurs étant de calibre à supporter un courant provoquant, entre les fils conducteurs de la paire, une répulsion ayant une intensité susceptible de briser de la glace ou du givre sur l'élément structural par un éloignement des fils conducteurs l'un de l'autre en réponse à la répulsion, les fils conducteurs ayant des propriétés de rigidité et d'élasticité telles que les fils conducteurs retrouvent leur forme autour de l'élément structural après l'éloignement causé par la répulsion; connecter électriquement les deuxièmes bouts des fils conducteurs ensemble; et appliquer des impulsions électromagnétiques entre les premiers bouts des fils conducteurs pour générer ledit courant dans les fils conducteurs.
Le dispositif de déglaçage selon l'invention est adaptable à tout élément structural aérien déjà existant, isolant électrique ou conducteur, dont la surface présente un contour fermé comme, par exemple, les tiges et câbles aériens de sections variées: circulaire, carrée, rectangulaire, etc. Le dispositif de déglaçage est applicable à un conducteur de ligne électrique sous tension, autour de laquelle il forme un genre d'enveloppe ou de gaine. La méthode de déglaçage ne demande qu'une faible énergie; étant de type mécanique, qui utilise des impulsions électromagnétiques, elle requiert de 100 à 1000 fois moins d'énergie que les techniques de type thermique. Le dispositif de déglaçage forme une unité indépendante en elle-même de l'élément structural qu'elle recouvre. Ainsi, il ne nécessite pas d'y être attaché. Il peut être mis en place sur les câbles lors de leur fabrication en usine ou sur les câbles déjà en place. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
L'invention est davantage décrite ci-dessous par le biais d'exemples, en référence aux dessins suivants où:
Figures 1 et 2 sont des vues de côté en élévation montrant deux formes de fils conducteurs selon l'invention;
Figure 3 est une vue de côté en élévation du dispositif de déglaçage selon l'invention;
Figure 4 est une vue en coupe du dispositif de déglaçage prise le long des lignes 4-4 de la Figure 3; Figures 5 et 6 sont des vues en coupe transversale montrant le dispositif de déglaçage selon l'invention, monté sur deux éléments structuraux de nature différente; et
Figure 7 est une vue de côté en élévation montrant un dispositif de déglaçage selon l'invention, monté sur un élément cylindrique court.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES RÉALISATIONS PRÉFÉRÉES
En référence aux Figures 1 et 2, il est montré deux formes de fils préformés 2, convenant à la construction du dispositif de déglaçage selon l'invention. La forme du fil 2 illustré à la Figure 1 convient à un élément structural (non-illustré dans la figure) dont la surface externe forme un contour circulaire, tandis que la forme du fil 2 illustré à la Figure 2 convient à un élément structural (non-illustré dans la figure) dont la surface externe forme un contour rectangulaire ou carré. D'autres formes de fils préformés peuvent être évidemment utilisés de manière à convenir à la forme du contour de l'élément structural. En référence aux Figures 3 et 4, le dispositif de déglaçage selon l'invention sert à déglacer un élément structural allongé 4 (en pointillé dans les figures) à contour fermé. Dans sa configuration de base, le dispositif comporte au moins une paire de fils 6, 8 électriquement conducteurs préformés pour s'enrouler, l'un à côté de l'autre, le long et autour de l'élément structural 4 en suivant une trajectoire généralement hélicoïdale tout en épousant le contour de l'élément structural 4 avec un jeu prédéterminé entre les fils conducteurs 6, 8 et l'élément structural 4. Dans les Figures 3 et 4, le dispositif comporte trois paires 5, 7, 9 de fils conducteurs 6, 8, comme on le voit mieux à la Figure 4. Les fils conducteurs 6, 8 ont des premiers bouts 10, 12 pour recevoir des impulsions électromagnétiques, et des deuxièmes bouts 14, 16 opposés aux premiers bouts 10, 12. Les fils conducteurs 6, 8 sont de calibre à supporter un courant provoquant, entre les fils conducteurs 6, 8 de chaque paire, une répulsion ayant une intensité susceptible de briser de la glace ou du givre sur l'élément structural 4 par un éloignement des fils conducteurs 6, 8 l'un de l'autre en réponse à la répulsion. Les fils conducteurs 6, 8 ont des propriétés de rigidité et d'élasticité telles que les fils conducteurs 6, 8 retrouvent leur forme autour de l'élément structural 4 après l'éloignement causé par la répulsion. Le dispositif de déglaçage comporte un joint de compression 18 pour connecter électriquement les deuxièmes bouts 14, 16 des fils conducteurs 6, 8 de la paire ensemble. Un joint soudé peut tout aussi bien faire l'affaire, comme n'importe quel autre genre de connecteur convenant à cette fin. Le dispositif de déglaçage comporte également des gaines 20, 22 en matériau isolant recouvrant les fils conducteurs 6, 8 respectivement, pour les isoler électriquement l'un de l'autre et de l'élément structural 4.
Optionnellement ou dépendamment de l'application et de la configuration du dispositif de déglaçage, les espaces complémentaires aux espaces occupés par les paires de fils 6, 8 sur le contour de l'élément structural 4 peuvent être comblés à l'aide de fils préformés 24 identiques ou similaires aux fils conducteurs 6, 8, s'agençant en parallèle avec ces derniers pour former une gaine torsadée autour de l'élément structural 4. Tout autre moyen de remplissage convenant à cet fin peut bien entendu être utilisé au lieu des fils préformés 24.
Pour déglacer l'élément structural allongé 4 à contour fermé, il suffit de positionner chaque paire de fils conducteurs 6, 8 le long de l'élément structural 4, de manière à ce qu'ils s'enroulent l'un à côté de l'autre, le long et autour de l'élément structural 4 en suivant une trajectoire généralement hélicoïdale tout en épousant le contour de l'élément structural 4, laissant un jeu prédéterminé entre les fils conducteurs 6, 8 et l'élément structural 4. Il suffit ensuite de connecter électriquement les deuxièmes bouts 14, 16 des fils conducteurs 6, 8 ensemble, et d'appliquer des impulsions électromagnétiques entre les premiers bouts 10, 12 des fils conducteurs 6, 8 pour générer le courant voulu dans les fils conducteurs 6, 8. De façon à obtenir une enveloppe dotée de la capacité de déglaçage, il faut disposer d'éléments présentant une résistance mécanique suffisamment grande, d'une part pour qu'ils puissent casser la glace sans se déformer de façon permanente, et d'autre part pour qu'ils puissent épouser le plus parfaitement possible la surface à protéger. Pour satisfaire simultanément ces deux conditions, l'invention fait appel à la technologie développée pour la fabrication des fils préformés, qui est modifiée de façon à la rendre adaptable au déglaçage par impulsions électromagnétiques. À ce jour, les fils préformés sont utilisés pour la fabrication d'attaches de friction, leur longueur ne dépassant pas présentement 3 à 4 mètres. L'invention nécessite d'augmenter cette longueur à quelques centaines de mètres, ce qui constitue une application vraisemblablement inusitée de fils préformés d'une longueur de 300 à 400 mètres.
Le dispositif de déglaçage selon l'invention fonctionne par l'application d'impulsions électromagnétiques pour le déglaçage de toute surface à contour fermé d'un élément structural, conducteur ou isolant, de sections cylindriques, tubulaires, rectangulaires, carrées, etc.
Le dispositif selon l'invention forme en quelque sorte une gaine antigivre ou une enveloppe déglaçable par impulsions électromagnétiques constituée de fils préformés 6, 8, 24 épousant la surface extérieure de l'élément structural 4 qu'elle doit protéger. La rigidité intrinsèque des fils préformés 6, 8, 24 dans l'assemblage et l'agencement particulier des fils conducteurs isolés préformés 6, 8 par paires (e.g. 5, 7, 9 dans la Figure 4) fait en sorte que le dispositif constitue une unité déglaçable en elle-même totalement indépendante de l'élément structural 4 autour duquel elle doit être placée. La capacité à épouser la surface recouverte par la gaine vient de la mise en forme préalable des fils 6, 8, 24 qui doivent préférablement être préformés de façon à pouvoir s'adapter aux dimensions précises de l'élément structural 4 ainsi qu'à la forme particulière de sa surface. Ainsi, toute surface fermée d'un élément structural peut être recouverte d'une telle gaine, rigide, déglaçable, constituée de fils préformés 6, 8, 24 à sa forme particulière. La technique utilisée pour le préformage est celle jugée la plus adéquate, compte tenue du matériau choisi pour les fils 6, 8, 24. Le matériau des fils 6, 8, 24 se doit d'être suffisamment élastique et rigide pour pouvoir conserver sa forme préalable après sa mise en place sur l'élément structural 4 et Tors de l'activation du système de déglaçage. Il n'est pas nécessaire que les fils 6, 8, 24 soient tous d'un même matériau.
La capacité de déglaçage du dispositif selon l'invention provient des fils conducteurs 6, 8 préformés qui sont intégrés par paires dans la gaine antigivre. Ces fils 6, 8 doivent être isolés électriquement des autres fils conducteurs et de l'élément structural 4 de façon à pouvoir véhiculer l'impulsion de courant nécessaire au déglaçage. Dans chaque paire, les fils isolés 6, 8 sont disposés de façon à être adjacents l'un à l'autre et à ce que le sens du courant dans l'un soit inverse à celui circulant dans l'autre. De cette façon, le courant engendré lors de l'activation de la source d'impulsions (non-illustrée), produira entre les deux fils 6, 8 adjacents une force électrique répulsive proportionnelle au carré du courant et inversement proportionnelle à leur espacement. Ainsi, en faisant passer une impulsion de courant très élevé (e.g. 8 000 A) entre deux fils 6, 8 parallèles du dispositif, il se produit pendant une fraction de seconde une très grande force de répulsion entre les deux fils 6, 8. Pour limiter la puissance de la source d'impulsions, le déglaçage peut être réalisé de manière séquencée, i.e. en envoyant les impulsions non pas dans toutes les paires 5, 7, 9 simultanément, mais successivement dans l'une après l'autre. Toute source d'impulsions appropriée peut être utilisée. Les fils 28, 30 de la source d'impulsions peuvent être reliés aux fils conducteurs 6, 8 du dispositif par l'entremise de joints de compression 32 ou de joints soudés (non-illustrés) ou tout autre type de connecteurs appropriés.
La gaine antigivre est assemblée sur l'élément structural 4 à déglacer en laissant un certain jeu 26 entre les fils 6, 8, 24, tel qu'illustré à la Figure 4. C'est ce jeu 26 qui permet le déplacement des fils 6, 8 sous l'effet des impulsions de courant, qui viennent alors frapper les autres fils 6, 8, 24 qui leur sont parallèles. Ce brusque mouvement permet de casser la couche de glace en surface de la gaine antigivre. Par ailleurs, la forme particulière qui est imposée aux fils 6, 8, 24 lors du préformage permet de réaliser une gaine antigivre de grande rigidité mécanique qui, Jprs de l'injection des impulsions de courant, ne peut se déplacer dans certains cas que vers l'extérieur, et ainsi casser de façon efficace la glace. À la fin de chaque impulsion, les fils 6, 8, 24 reprennent leur position initiale en raison de la très grande élasticité de l'alliage utilisé.
Le dispositif de déglaçage selon l'invention permet d'appliquer la méthode des impulsions électromagnétiques pour le déglaçage de toute surface tubulaire, qu'elle soit conductrice ou isolante.
En référence à la Figure 5, il est montré une coupe transversale d'une tige cylindrique 34 recouverte d'une gaine antigivre selon l'invention, constituée de fils conducteurs isolés 6, 8 préalablement préformés en spirale sinusoïdale correspondant au diamètre de la tige 34 auquel on ajoute 1 mm pour assurer un jeu 26 entre la tige 34 et la gaine antigivre. De cette façon, la gaine antigivre n'est pas solidaire de la tige 34 et ne peut être soumise aux contraintes mécaniques subies par la tige 34 dans l'assemblage. La même gaine antigivre peut être appliquée à tout élément cylindrique, par exemple un câble et un hauban déjà existant. L'exemple montré à la Figure 5 est celui d'un hauban en acier de 34 mm de diamètre dont la gaine est composée de fils d'aluminium 36 (e.g. alliage de la nuance 6021 T83) de 4,6 mm de diamètre recouverts de 1 mm d'un matériau isolant 38. Le pas du fil préformé 6, 8 est d'environ 10 fois la valeur du diamètre du hauban.
En référence à la Figure 6, il est montré une gaine antigivre placée sur un gros tube 40. Avec une fabrication appropriée des fils préformés 6, 8 de façon à épouser le contour cylindrique, il est possible de déglacer des tubes de gros diamètres sur de grandes longueurs.
En référence à la Figure 7, il est montré une gaine antigivre toroïdale constituée de fils 6, 8 enroulés avec un pas très court. Un tel arrangement convient parfaitement à un gros tube 40 de faible longueur. Dans cette variante, les fils conducteurs isolés 6, 8 vont, lors de la décharge de courant, se déplacer longitudinalement pour casser la glace.
Un alliage d'aluminium conducteur de grande résistance mécanique (par exemple, la nuance 6021 T83) convient fort bien à la fabrication des fils conducteurs 6, 8 préformés isolés servant au déglaçage. Pour leur recouvrement, on peut utiliser comme matériel isolant 20, 22 de préférence une matière plastique de grande résistance mécanique (par exemple, le polyéthylène réticulé ou son équivalent) de façon à pouvoir préformer les fils d'aluminium 6, 8 après leur recouvrement avec l'isolant 20, 22. Enfin, les dimensions des fils conducteurs isolés 6, 8 sont choisies compte tenu de l'alliage utilisé, de façon à maximiser l'impulsion de courant pour casser la glace sans engendrer de déformations permanentes au niveau des fils 6, 8, sous les conditions de températures susceptibles d'être rencontrées. Pour les fils préformés 24 autres que ceux servant au déglaçage de la gaine antigivre, tout matériau, alliage métallique conducteur ou matière plastique isolante peut être utilisé selon les besoins. Comme pour les fils conducteurs isolés 6, 8, la seule condition à satisfaire est que le matériau retenu soit suffisamment rigide pour briser la glace et suffisamment élastique pour pouvoir conserver l'intégrité de sa forme après la pose sur l'élément structural 4 et lors du déglaçage.
La source d'impulsions électromagnétiques utilisée pour engendrer les courants de déglaçage dans les fils conducteurs 6, 8 peut être composée de plusieurs unités (non-illustrées) de condensateurs montés en batterie, qui sont chargés à la tension requise pour obtenir une impulsion de 1 à 3 millisecondes avec une crête de courant de 6-8 kA dans les paires de fils conducteurs isolés 6, 8 servant au déglaçage. La décharge des condensateurs peut être commandée à l'aide d'un circuit utilisant des thyristors (non-illustré).
Un dispositif de détection de glace (non-illustré) peut être intégré au système de déglaçage pour activer automatiquement la source d'impulsions afin de casser une épaisseur donnée de glace, par exemple, 1 ou 2 mm. Sous l'action de la forte impulsion de courant, les fils 6, 8 se repoussent alors de façon brusque, ce qui a pour effet de briser la couche de glace en surface de la gaine antigivre en très petits morceaux, qui sont alors expulsés tout autour.
Des changements et des modifications aux réalisations décrites peuvent être apportées sans sortir de la portée ou l'esprit de l'invention. La portée de l'invention est considérée n'être limitée que par la portée des revendications annexées.

Claims

REVENDICATIONS
1. Un dispositif pour déglacer un élément structural allongé à contour fermé, comprenant: au moins une paire de fils électriquement conducteurs préformés pour s'enrouler, l'un à côté de l'autre, le long et autour de l'élément structural en suivant une trajectoire substantiellement hélicoïdale tout en épousant substantiellement le contour de l'élément structural avec un jeu prédéterminé entre les fils conducteurs et l'élément structural, les fils conducteurs ayant des premiers bouts pour recevoir des impulsions électromagnétiques, et des deuxièmes bouts opposés aux premiers bouts, les fils conducteurs étant de calibre à supporter un courant provoquant, entre les fils conducteurs de la paire, une répulsion ayant une intensité susceptible de briser de la glace ou du givre sur l'élément structural par un éloignement des fils conducteurs l'un de l'autre en réponse à la répulsion, les fils conducteurs ayant des propriétés de rigidité et d'élasticité telles que les fils conducteurs retrouvent leur forme autour de l'élément structural après l'éloignement causé par la répulsion; des moyens pour connecter électriquement les deuxièmes bouts des fils conducteurs de la paire ensemble; et des moyens pour isoler électriquement les fils conducteurs de la paire l'un de l'autre et de l'élément structural.
2. Un dispositif selon la revendication 1, comprenant des moyens pour combler un espace complémentaire à un espace occupé par ladite au moins une paire de fils sur le contour de l'élément structural.
3. Un dispositif selon la revendication 2, dans lequel les moyens pour combler comprennent des fils préformés substantiellement identiques aux fils conducteurs, s'agençant en parallèle avec les fils conducteurs pour former une gaine torsadée autour de l'élément structural.
4. Un dispositif selon la revendication 1, dans lequel les moyens pour isoler comprennent des gaines en matériau isolant recouvrant les fils conducteurs respectivement.
5. Un dispositif selon la revendication 1, dans lequel les moyens pour connecter comprennent un joint de compression ou un joint soudé.
6. Un dispositif selon la revendication 1, dans lequel le jeu est d'environ 1 mm.
7. Un dispositif selon la revendication 1, dans lequel les fils conducteurs ont une longueur pouvant atteindre jusqu'à environ 400 mètres.
8. Un dispositif selon la revendication 1, dans lequel le courant a une intensité d'environ 6 à 8 kA.
9. Un dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'élément structural est un câble ou un hauban.
10. Un dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'élément structural a un diamètre prédéterminé, et les fils conducteurs ont un pas d'environ 10 fois le diamètre de l'élément structural.
11. Un dispositif selon la revendication 1 , dans lequel les fils conducteurs ont un diamètre prédéterminé, et ont un pas correspondant substantiellement à deux fois ledit diamètre.
12. Un dispositif selon la revendication 1, dans lequel les fils conducteurs comprennent un alliage d'aluminium conducteur, et les moyens pour isoler sont des gaines de matière plastique recouvrant les fils conducteurs respectivement.
13. Une méthode pour déglacer un élément structural allongé à contour fermé, comprenant les étapes de: positionner au moins une paire de fils conducteurs le long de l'élément structural, les fils conducteurs étant préformés pour s'enrouler, l'un à côté de l'autre, le long et autour de l'élément structural en suivant une trajectoire substantiellement hélicoïdale tout en épousant substantiellement le contour de l'élément structural avec un jeu prédéterminé entre les fils conducteurs et l'élément structural, les fils conducteurs ayant des premiers et deuxièmes bouts opposés, les fils conducteurs étant pourvus de moyens pour isoler électriquement les fils conducteurs l'un de l'autre et de l'élément structural, les fils conducteurs étant de calibre à supporter un courant provoquant, entre les fils conducteurs de la paire, une répulsion ayant une intensité susceptible de briser de la glace ou du givre sur l'élément structural par un éloignement des fils conducteurs l'un de l'autre en réponse à la répulsion, les fils conducteurs ayant des propriétés de rigidité et d'élasticité telles que les fils conducteurs retrouvent leur forme autour de l'élément structural après l'éloignement causé par la répulsion; connecter électriquement les deuxièmes bouts des fils conducteurs ensemble; et appliquer des impulsions électromagnétiques entre les premiers bouts des fils conducteurs pour générer ledit courant dans les fils conducteurs.
14. Une méthode selon la revendication 13, comprenant l'étape additionnelle de positionner des fils préformés substantiellement identiques aux fils conducteurs, en les agençant en parallèle avec les fils conducteurs pour former une gaine torsadée autour de l'élément structural.
15. Une méthode selon la revendication 13, dans laquelle ladite au moins une paire comprend plusieurs paires de fils conducteurs, et l'étape d'appliquer des impulsions électromagnétiques est effectuée de manière séquentielle sur chacune des paires de fils conducteurs.
16. Une méthode selon la revendication 13, dans laquelle les impulsions électromagnétiques sont appliquées durant environ 1 à 3 ms avec une crête de courant d'environ 6 à 8 kA dans les fils conducteurs.
17. Une méthode selon la revendication 13, dans laquelle l'étape de connecter comprend une connexion des deuxièmes bouts au moyen d'un joint de compression ou d'un joint soudé.
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