DETENDEURS-DEGLACEURS POUR CABLES AERIENS
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
La présente invention a pour objet de nouveaux dispositifs de protection mécanique, ci-après appelés « détendeurs-déglaceurs », qui sont destinés à être installés sur des câbles aériens (conducteurs ou câbles électriques, câbles de garde, câbles de télécommunications, torons porteurs, haubans, etc.) et sont calibrés de manière à opérer quand l'intensité des charges climatiques atteint un seuil prédéterminé en vue d'obtenir : a) une relaxation de la tension mécanique dans les câbles, avec une réduction correspondante des sollicitations longitudinales transmises aux composantes et aux structures de support de la ligne aérienne; et, optionnellement, b) un délestage de la glace présente sur les câbles, en totalité ou en partie, avec une réduction de la flèche.
BRÈVE DESCRIPTION DE L'ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Dans les régions froides, il est connu que les câbles aériens sont souvent exposés à des précipitations de glace atmosphériques (givre, verglas, neige collante). L'accumulation de glace sur ces câbles occasionne des surcharges mécaniques qui les déforment et peuvent parfois causer des bris mécaniques qui peuvent s'avérer catastrophiques.
Il a déjà été suggéré d'utiliser des dispositifs ou systèmes utilisant des impulsions électromagnétiques de forte intensité pour briser la glace ainsi formée sur les câbles. À titre d'exemples, on peut se référer aux demandes de brevets canadiens publiées nos 2.1 85.586 et 2.21 1 .034 tous deux au nom d'HYDRO-QUÉBEC.
Il a déjà été suggéré aussi d'utiliser des dispositifs purement mécaniques conçus pour frapper le câble dans le but de casser la glace (voir, à titre d'exemple, ce brevet des Etats-Unis no 2.453.361 au nom de
CH. CLEMENT), de secouer le câble dans le même but (voir le brevet des
Etats-Unis no 3.305.1 1 1 au nom de D.C. MEAD), ou même le décrocher totalement pour le laisser tomber au sol (voir le brevet des Etats-Unis no 2.931 .606 au nom de H. FRASER et al).
D'autres dispositifs mécaniques ont également été décrits dans plusieurs publications ou rapports techniques plus récents. Ainsi : dans la publication de MM. M. Gaudry, J. VIEILLE, J.C. ALBERTIN, intitulée « Improving the mechanical reliability of medium-voltage overhead
Unes : controlled extension devices, flexible insulators and anti-spinning masses », 1 2,h International Conférence on Electricity Distribution - CIRED,
Birmingham, UK, 1 993 (IEE Conférence Publication No. 373); et dans le rapport technique intitulé « Lignes aériennes de distribution
HTA - Dispositifs à allongement contrôlé », EDG, HN 66-S-51 , mars 1994, on trouve décrits des « dispositifs à allongement contrôlé, calibrés pour que leur déformation intervienne avant celle des autres éléments de la ligne ». Ces dispositifs, développés en France par l'EDF sont << installés sur les armements d'arrêt » des lignes aériennes moyenne-tension.
Dans un autre rapport technique de M. E. LEGROS intitulé « Load control devices on transmission overhead Unes », CIGRE, Sc22 WG 06, 1 997, on trouve un inventaire complet des dispositifs mécaniques de contrôle des charges sur les lignes aériennes de transmission. On cite notamment des « elongating fittings used in Japan » et des « devices which act on the length of the fittings (unfolding or sliding éléments) so as to increase the apparent length of the cable » D'un point de vue pratique, tous les dispositifs décrits dans cette publication et les rapports techniques ont été développés pour être installés sur les armements de support des conducteurs, et plus précisément sur les armements d'arrêt en fin de course des cantons, ou sur les armements de suspension, ce qui constitue un montage en série avec le câble protégé.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
La présente invention a pour objet un nouveau type de détendeur- déglaceur purement mécanique, destiné à être utilisé pour protéger un câble aérien. Ce nouveau détendeur-déglaceur peut avoir de nombreuses configurations comme il ressortira clairement à la lecture de la description détaillée qui va suivre. Quelle que soit sa configuration, le détendeur- déglaceur selon l'invention est différent de ceux existants, car il est conçu de manière à être installé : i) directement sur le parcours de portée du câble, sans interrompre sa continuité mécanique et électrique, ce qui fait qu'il est en parallèle avec le câble protégé; et ii) dans plusieurs portées d'un même canton de ligne aérienne.
De plus, son rôle ne se limite uniquement à la relaxation des sollicitations mécaniques, mais vise aussi le délestage de la glace accumulée sur les câbles aériens et la réduction de la flèche en conditions climatiques exceptionnelles.
Le détendeur-déglaceur selon l'invention est essentiellement caractérisée en ce qu'il comprend : un cadre de support; des moyens de retenue associés au cadre de support à des endroits appropriés pour forcer le câble à former localement une boucle; et un fusible mécanique calibré associé au cadre de support pour permettre à la boucle de se déformer dès que le câble est sujet à une tension mécanique qui excède une valeur limite prédéterminée due à une surcharge climatique.
Comme on peut le comprendre, les moyens de retenue inclus dans le cadre de support forcent le câble aérien à former localement une boucle. Le fusible mécanique calibré bloque le cadre ou les moyens de retenue et ainsi empêche le câble de se détendre tant que le fusible n'a pas cédé. La forme de la boucle imposée au câble peut être choisie en fonction des contraintes reliées à la rigidité en flexion du câble et aux besoins de
protection des brins du câble. Une boucle en double S, moins contraignante, est appropriée pour les conducteurs et les câbles électriques de puissance, tandis qu'une boucle en cercle fermé est possible pour les câbles porteurs en acier ou pour les haubans. Le cadre de support constituant le corps du dispositif doit bien sûr avoir une rigidité suffisante pour ne pas se comporter comme un ressort élastique avant que le fusible ne se déclenche.
Le fusible mécanique du dispositif qui bloque le redressement de la boucle, peut utiliser un élément local de connexion, calibré de manière à céder quand la tension mécanique présente dans le câble atteint la valeur limite prévue. Cet élément de connexion peut être conçu pour céder soit en traction, soit en cisaillement, soit en flexion. On comprendra ici que le choix du matériau utilisé pour l'élément de connexion permet de contrôler le mode de fonctionnement du détendeur-déglaceur, une fois la charge limite atteinte. Un matériau fragile conduit à une rupture brusque, qui induit un effet dynamique maximal. Un matériau parfaitement ductile conduit à une déformation graduelle et lente, qui minimise les effets dynamiques induits par le déclenchement du fusible mais qui risque de ne pas déglacer le câble. Les diverses combinaisons possibles, entre les propriétés de fragilité et celles de ductilité, offrent des options intermédiaires pour optimiser le mode de fonctionnement du dispositif.
Le déclenchement ou I' « ouverture » du détendeur-déglaceur selon l'invention produit les effets suivants.
Tout d'abord, il cause un redressement de la boucle du câble. Ce redressement est équivalent à l'ajout d'un supplément de longueur sur le câble. Pour une charge qui reste constante, en admettant que la glace n'est pas délestée, ceci augmente la flèche statique du câble. Sous les mêmes charges climatiques qu'avant le déclenchement, l'énergie mécanique emmagasinée dans le système diminue (l'énergie potentielle des charges diminue, avec la réduction correspondante de l'énergie de déformation du câble).
En plus de ces effets statiques, des effets dynamiques s'ajoutent. Il sont plus ou moins importants selon le type de déclenchement du fusible mécanique choisi, fragile ou ductile.
Enfin, en présence de glace sur le câble, l'énergie mécanique libérée par l'ouverture du dispositif de protection crée ainsi une onde de choc qui, combinée avec les effets d'inertie, peut être suffisante pour casser et délester le manchon de glace accumulé, totalement ou au moins en partie.
Ces effets conduisent à deux résultats bénéfiques pour le comportement du câble aérien. Premièrement, la tension mécanique dans le câble diminue, et ceci même si la glace est toujours présente sur le câble. Dans ce cas, la réduction de la tension est la conséquence directe de l'augmentation de la flèche du câble. Si la glace est délestée, la tension mécanique diminue davantage, suite à la réduction de la charge présente sur le câble. Le dispositif selon l'invention fonctionne donc toujours comme un détendeur, aussi bien que pour le câble lui-même, que pour les composantes et les structures de support de la ligne.
Deuxièmement, avec un dispositif conçu et calibré de manière optimale, favorisant les effets b) et c) ci-dessus tout en limitant l'effet a) il est également possible de délester la glace accumulée, sans ajouter trop de longueur apparente au câble, et réaliser ainsi une réduction de la flèche du câble après l'ouverture du dispositif, par rapport à la situation avec glace, juste avant le déclenchement. Le dispositif peut donc être calibré aussi en tant que déglaceur avec le rôle de limiter ou de réduire la flèche des câbles aériens en situation de charges climatiques exceptionnelles.
Le premier résultat ci-dessus évoqué est particulièrement utile pour la protection des composantes de lignes aériennes contre les détériorations induites par les surcharges mécaniques exceptionnelles.
Le deuxième résultat permet d'éviter le danger de contact ou d'arc électrique entre conducteurs ou entre conducteurs et câbles de garde, résultant d'une flèche exagérée sous charges climatiques exceptionnelles.
Le détendeur-déglaceur selon l'invention est donc particulièrement bien adapté pour assurer une protection économique et efficace des lignes aériennes électriques (transport, répartition et distribution) et de télécommunications (téléphone, câblo-distribution, etc.) contre les effets adverses des charges climatiques exceptionnelles, notamment la glace (verglas, givre, neige mouillée, etc.), le vent et/ou la chute d'arbres
L'invention, ses divers modes de réalisation possibles et ses nombreux avantages ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée mais non limitative qui suit, faite en se référant aux dessins annexés.
BRÈVE PRÉSENTATION DES DESSINS
La figure 1 est une vue de côté d'un détendeur-déglaceur selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention, spécialement conçu pour des câbles autoportants ou de gros diamètres; la figure 2 est une vue en perspective de dessous d'un détendeur- déglaceur selon un second mode de réalisation préféré de l'invention, spécialement conçu pour des câbles autoportants ou de gros diamètres; la figure 3 est une vue en perspective éclatée du dessous du détendeur-déglaceur illustré sur la figure 2; la figure 4 est une vue en perspective de dessous d'un détendeur- déglaceur selon un troisième mode de réalisation préféré de l'invention, spécialement conçu pour des câbles autoportants ou de gros diamètres; la figure 5 est une vue en éclaté du détendeur-déglaceur illustrée sur la figure 4; la figure 6 est une vue de côté d'un détendeur-déglaceur selon un quatrième mode de réalisation préféré de l'invention, spécialement conçue pour les câbles porteurs ayant un rôle de supports mécaniques; la figure 7 est une vue agrandie d'une portion du dispositif illustré sur la figure 6;
la figure 8 est une vue agrandie d'une variante possible du montage du dispositif illustré sur les figures 6 et 7; la figure 9 est une vue de côté d'une autre variante possible du dispositif illustré sur la figure 8, dans laquelle le câble ne forme plus une boucle fermée mais un double S; la figure 10 est une vue en perspective d'un détendeur-déglaceur selon un cinquième mode de réalisation préféré de l'invention, une fois installé; la figure 1 1 est une vue similaire à celle de la figure 10, montrant le même détendeur-déglaceur au début de son installation; la figure 12 est une vue en perspective d'une variante de réalisation du détendeur-déglaceur illustré sur les figures 1 0 et 1 1 ; la figure 1 3 est une vue en perspective éclatée de la variante de réalisation illustrée sur la figure 1 2, préalablement à son installation; les figures 14 et 1 5 sont des vues en coupe illustrant la façon dont peuvent être montés les rouleaux de support central du détendeur-déglaceur illustré sur les figures 10 à 1 3; la figure 1 6 est une vue en perspective d'un détendeur-déglaceur selon un mode de réalisation préféré de l'invention une fois installé, ce détendeur ne jouant toutefois par le rôle de déglaceur; la figure 1 7 est une vue d'une variante de réalisation du détendeur illustré sur la figure 1 6, dans lequel le ressort de traction est disposé dans un tube de protection; les figures 1 8 et 1 9 sont des vues en coupe de la jonction de deux des segments du tube de protection illustré sur la figure 1 7, cette jonction incluant des moyens de retenue donnant du détendeur la fonction supplémentaire du déglaceur; la figure 20 est une vue en perspective d'un détendeur-déglaceur selon un septième mode de réalisation préféré de l'invention, lorsqu'il est « au repos »; et
la figure 21 et une vue du détendeur-déglaceur illustré sur la figure 20, lorsqu'il est prêt du seuil de calibrage en vue d'obtenir un effet de déglaçage.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
Tel que précédemment indiqué, la présente invention a pour objet un détendeur-déglaceur dont la structure est conçue pour forcer le câble à protéger à former localement une boucle. Cette boucle qui peut être formée à n'importe quel endroit au long de la portée du câble, est maintenue par un cadre de support qui inclut des moyens de retenue et auquel est intimement associé un fusible mécanique.
Quel que soit son mode de réalisation, le déclenchement du fusible relâche la boucle formée sur le câble, et le supplément de longueur apparente ainsi obtenue conduit à une augmentation de la flèche et à une réduction correspondante de la tension mécanique du câble. Lorsque le fusible est conçu pour s'ouvrir totalement, comme ça peut être le cas en présence d'une charge donnée de glace, l'énergie mécanique ainsi libérée par l'ouverture brusque du détendeur-déglaceur crée une onde de choc qui, combinée avec les effets d'inertie, peut être suffisante pour produire le délestage de la glace accumulée, totalement ou au moins en partie.
Il convient de mentionner ici qu'il existe de nombreux dispositifs conçus pour être fixés à un câble de façon à le forcer à former une courbe ou une boucle. À titre d'exemples, on peut se référer aux brevets des Etats- Unis suivants : 2.1 69.1 1 1 au nom de E. H. RUGG
5.092.662 au nom de M.L. HIVNER
5.336.846 au nom de I. SACHS ou
5.399.814 au nom de H. J. STRABER et al
Toutefois, aucun de ces dispositifs connus n'inclut un fusible mécanique qui est activé en cas de surcharge.
Les trois premiers modes de réalisation préférés de l'invention illustrés sur les figures 1 à 5, sont illustratifs d'une première série de détendeurs-déglaceurs respectivement numérotés 1 , 1 1 et 21 , qui sont destinés aux conducteurs et câbles aériens autoportants et/ou de plus gros diamètre nécessitant des précautions quant à la forme de la boucle et au type d'attache utilisé. L'élément commun des détendeurs-déglaceurs de cette première série est le fait que chacun d'entre eux assure trois points d'appui, positionnés en triangle, ce qui force le câble à former une boucle en double S. Dans le premier mode de réalisation illustré sur la figure 1 , le détendeur-déglaceur 1 comprend un cadre de support 3 ayant la forme d'un tube rigide en forme du double S, pourvu d'une fente 5 pour l'introduction latérale du câble (non illustré). Cette fente peut être située sur une même face latérale du dispositif tel qu'il est illustré ou en double hélice (ouverture vers le haut aux extrémités et vers le bas au milieu, avec transition graduelle entre les deux, de manière symétrique). Une fois installé, le câble est maintenu en place sur trois zones de contact à l'intérieur du tube (au centre vers le bas et aux extrémités vers le haut). Ces zones constituent en fait les moyens de retenue ci-dessus évoqués. Le tube constituant le cadre de support 1 3 est affaibli localement, en un ou plusieurs endroits 7 de préférence disposé au milieu ou près du milieu du tube 3. Le ou les endroits affaiblis 7 sont calibrés de manière à céder en flexion. Quand la tension mécanique dans le câble atteint la valeur prédéterminée, le ou les endroits affaiblis se transforment en rotules plastiques et le tube se redresse, en introduisant du jeu dans la longueur apparente du câble. Les endroits affaiblis 7 jouent donc le rôle de fusible mécanique.
Dans le second mode de réalisation illustré sur les figures 2 et 3, le détendeur-déglaceur 1 1 comprend un cadre de support rigide, formé de deux bandes plates et parallèles 1 3, 1 3' qui sont non rectilignes mais en forme de double S et sont attachées à leurs extrémités uniquement par deux
pièces courbées fixes 1 5, 1 5'. Une troisième pièce courbée mobile 1 7 est située au milieu du cadre. Tel qu'il est illustré, les trois pièces sont positionnées en triangle et offrent au câble « C » des surfaces d'appui à double courbure qui jouent le rôle de moyens de retenue. La pièce courbée et mobile 17 située au milieu du cadre est retenue sur ce denier par le biais d'une bande pliée 1 9 ayant des ailes de sections affaiblies. Les ailes de sections affaiblies de la bande 1 9 sont calibrées de manière à céder en traction quand la tension mécanique dans le câble atteint la valeur prédéterminée. Les ailes de sections affaiblies cèdent alors de manière fragile ou ductile, en fonction du matériau choisi. Une fois la pièce mobile 17 détachée du cadre, le câble « C » se redresse sous l'effet de la tension, ce qui introduit du jeu dans sa longueur apparente. La pièce courbée 17 maintenue en place par la bande pliée 19 joue donc ici le rôle de fusible mécanique. Dans le troisième mode de réalisation illustré sur les figures 4 et 5, le détendeur-déglaceur 21 comprend un cadre de support rigide constitué de deux bandes plates parallèles 23, 23' qui sont en forme de triangle et dont deux des extrémités adjacentes sont attachées par une goupille supportant une poulie 25 et deux autres des extrémités adjacentes sont attachées par une autre goupille supportant une pièce courbée 27. Une troisième goupille 29 relie les extrémités restantes des triangles 23,23'. Cette troisième goupille 29 sert aussi de support à une pièce courbée mobile 31 qui, avec la poulie 25 et la pièce 27, offrent au câble des surfaces d'appui à double courbure et jouent le rôle de moyens de retenue. De par leur montage sur des goupilles, la poulie 25 et les deux pièces 27 et 31 peuvent tourner ou pivoter tout en assurant en même temps la liaison entre triangles. La forme en triangle de ce cadre assure une rigidité maximale, avec des membrures de section transversale réduite.
Dans ce troisième mode de réalisation, le fusible mécanique peut être constitué par la goupille 29 (ou celle servant de support à la pièce 27), dont la résistance au cisaillement est choisie de façon à céder quand la
tension mécanique du câble atteint une valeur prédéterminée (« shear-pin »). Ceci libère la pièce 31 (ou la pièce 27) et amène le câble retenu par celle-ci à se redresser.
Alternativement, le fusible peut être constitué par une section affaiblie disposée sur la longueur des côtés horizontaux supérieurs des triangles 23, 23' dont la résistance à la traction serait conçue pour se briser au-dessus d'une certaine valeur critique. En vue de minimiser les parties à remplacer après la rupture du fusible, les côtés horizontaux des triangles 23, 23' pourraient être remplacés par des cordes ou câbles, toujours calibrés de façon à se briser au-dessus d'un seuil donné de traction, avec le nœud central du triangle réalisé sous forme de rotule (voir le cinquième mode de réalisation décrit ci-après).
Le quatrième mode de réalisation et sa variante illustrée sur les figures 6 à 9 sont illustratifs d'une deuxième série de détendeurs-déglaceurs 41 destinées principalement aux câbles porteurs, ayant un rôle de supports mécaniques dans la structure des lignes aériennes. Ces câbles, généralement en acier, supportent sans détérioration une forme plus serrée de la boucle, par exemple une boucle en cercle complet, et les attaches peuvent être simplifiés comparativement à ceux de la première série. Les dispositifs de la deuxième série peuvent être utilisés aussi sur certains conducteurs aériens, avec des attaches appropriées.
Dans tous les dispositifs de cette seconde série, la boucle formée par le câble est maintenue en place par des attaches 45, 45' fixées en deux points du câble, avant et après la boucle. Ces attaches qui jouent le rôle de moyens de retenue, peuvent être reliées par une tige 43 ou par un morceau de câble.
Les détendeurs-déglaceurs de la deuxième série peuvent former les boucles de plusieurs formes : des boucles en cercle fermé ou même en double cercle fermé, avec l'avantage d'un jeu important dans la longueur du câble pour un diamètre réduit du cercle de boucle (voir la figure 6);
- des boucles en double S, similaires à celles des dispositifs de première série (voir la figure 9) .
Les deux attaches 45, 45' qui retiennent la boucle peuvent se réaliser de plusieurs manières. Ainsi, on peut utiliser des attaches de type « coincement », avec une partie conique qui presse latéralement les deux câbles attachés, à l'intérieur d'une pièce de serrage (voir les figures 6 et 7).
Alternativement, on peut utiliser des attaches de type « fil en spirale », préfaçonnées ou non, avec deux parties de fil enroulé autour du câble de chaque côté de boucle et qui transmettent la tension mécanique par frottement et autoblocage (voir les figures 8 et 9).
Le fusible mécanique 57 utilisé dans le dispositif 41 peut être réalisé de plusieurs façons. Pour tout type d'attache, la tige ou le câble 43 qui relie localement les deux attaches peut être calibré pour céder en traction, quand la tension mécanique dans le câble avec boucle atteint la valeur limite (voir figures 6 et 7). Pour les attaches avec fil en spirale, la force de glissement du câble dans la spirale peut être calibrée pour remplir ce rôle de fusible mécanique (voir figures 8 et 9).
Comme on peut donc le constater, le détendeur-déglaceur 41 peut adopter plusieurs formes. Ainsi, sur les figures 6 et 7, il réalise une boucle en cercle complet, avec des attaches 45, 45' à « coincement ». La fonction fusible est remplie par la rupture en traction de la tige ou du câble d'attache 43 au niveau d'une zone d'affaiblissement 47. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 8, le dispositif réalise aussi une boucle en cercle fermé, mais cette fois-ci les attaches 45 sont de type « fil en spirale ». Le rôle de fusible est rempli par le glissement contrôlé du câble dans les parties en spirale.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 9, le dispositif réalise une boucle en double S, avec des attaches et un fusible similaires à ceux du dispositif illustré sur la figure 8. Le cinquième mode de réalisation et sa variante illustrés sur les figures 10 à 1 5 sont illustratifs d'une troisième série de détendeur-
déglaceurs 51 qui ont en commun les caractéristiques structurelles suivantes :
1 ) le cadre de support 53 a la forme d'un triangle dont les trois côtés sont rigides et reliés de façon pivotante les uns aux autres au niveau de leurs extrémités;
2) un fusible mécanique 55 de type goupille (« shear pin ») retient deux segments qui forment le côté supérieur 57 du triangle; et, optionnellement,
3) des consoles intégrées 59, 59' sont solidaires avec les deux côtés inférieurs 61 , 61 ' du triangle et qui facilitent la formation de la boucle du câble par la simple application de deux forces F égales et opposées de réaction entre les extrémités des deux consoles.
En plus d'éliminer le besoin d'outils spéciaux pour l'installation, l'usage de consoles permet de former la boucle du câble de manière naturelle, avec un minimum de contraintes, ce qui élimine le risque d'endommagement des brins du câble.
En fonction de la position de montage choisie, le dispositif peut ainsi servir à créer une boucle plus ou moins prononcée sur le parcours du câble, en fonction des besoins de la portée particulière à protéger. Ceci permet de limiter la gamme de dimensions dans laquelle les détendeurs-déglaceurs sont à être offerts pour répondre aux besoins variés.
La variation de la géométrique du triangle se réalise par l'insertion de la goupille 55 dans des trous 63 différents, parmi les deux séries de trous disponibles sur les segments de ce côté supérieur 47 du cadre. Dans le dispositif illustré sur les figures 10 et 1 1 , la boucle du câble est supportée latéralement par trois rouleaux 65, 65' et 67 montés sur des goupilles et ayant une position excentrique par rapport au plan du cadre triangulaire. Ces rouleaux qui jouent le rôle de moyens de retenue facilitent grandement l'installation du dispositif sur le câble mais conduit à une configuration asymétrique par rapport au plan du câble. D'autres moyens du même genre pourraient bien sûr être utilisés, tels de simples tiges ou
crochets sur lesquels le câble pourrait « glisser ».
Le dispositif illustré sur les figures 1 2 et 1 3 est différent du précédent en ce qu'il bénéficie d'une configuration complément symétrique, ce qui assure un meilleur comportement au cours des variations de la tension mécanique du câble. Par contre, une telle configuration nécessite une conception spéciale du rouleau central ci-après appelé aussi « rotule », qui doit être démonté à l'installation pour permettre le passage du câble en- dessous de celui-ci. Après le passage du câble, la rotule 67 est installée et ensuite fermée par un boulon axial. Ceci peut se réaliser de la manière illustrée sur la figure 14, avec la rotule centrale 67 montée sur trois barils concentriques qui peuvent être sortis de part et d'autre du plan médian du cadre. Ceci peut aussi être réalisé tel qu'il est illustré sur la figure 1 5, en divisant le rouleau central en deux moitiés symétriques, supportées en porte-à-faux de part et d'autre du cadre. À l'installation sur le câble, la rotule est ouverte de manière temporaire et ses deux moitiés sont séparées pour laisser passer le câble vers le bas. Ensuite, la rotule est refermée avec un boulon.
Les détendeurs-déglaceurs des trois premières séries ci-dessus décrites, nécessitent tous certaines interventions sur la ligne, après un événement climatique exceptionnel, susceptible de conduire au déclenchement d'une partie des dispositifs de protection mécanique installés. L'état des dispositifs doit être vérifié, et les composantes avec rôle de fusible mécanique qui ont cédé sont à remplacer.
Le sixième mode de réalisation et sa variante illustrés sur les figures 1 6 à 19 sont illustratifs d'une quatrième série de détendeurs-déglaceurs qui ont la particularité d'être automatiques et capables d'offrir des solutions qui éliminent complètement tout besoin d'intervention sur les lignes après un événement climatique exceptionnel. Ces dispositifs ne comportent aucune composante qui se détruit par le déclenchement du dispositif, et donc aucune vérification ou aucun remplacement n'est requis, hormis la maintenance périodique habituelle. De plus, ces dispositifs sont conçus de
manière à revenir automatique dans la configuration initiale, une fois la charge exceptionnelle disparue. Il n'y a donc aucun délai pour remettre ces dispositifs de protection en situation opérationnelle. Toutes ces caractéristiques assurent au système de protection mécanique un coût minimal sur la durée de vie en service, et éliminent les délais et les désavantages reliés aux interventions de remise en état.
Les dispositifs faisant partie de cette quatrième série ont une structure de base similaire à ceux de la troisième série mais font appel comme fusible mécanique, à un ressort élastique pour emmagasiner l'énergie mécanique au cours de l'augmentation de la charge appliquée au câble. Ils peuvent ensuite utiliser cette énergie emmagasinée pour venir dans leur position initiale, une fois disparue la charge additionnelle qui a provoqué le déclenchement du dispositif.
Dans le sixième mode de réalisation 71 illustré sur les figures 1 6 et 17, le cadre de support 73 a également la forme d'un triangle. Toutefois, une partie du côté supérieur 75 est remplacée par un ressort de traction 77 qui est soumis directement à la tension présente dans le câble. Pour toute charge additionnelle par rapport à celle d'installation, la tension du câble et celle transmise au ressort 77 augmentent ensemble, et le ressort s'allonge en conséquence. Ceci conduit à une augmentation correspondante de la flèche du câble, qui va subir une tension réduite par rapport à celle du même câble n'ayant pas ce dispositif de protection. Ce type de dispositif est différent de tous ceux présentés auparavant, dans le sens qu'il entre en fonction dès qu'une modification de la charge appliquée au câble intervient. II s'agit donc en tant que limitateur en continu de la tension mécanique du câble, avec une pénalité reliée à l'augmentation de la flèche, qui apparaît aussi dès le début de l'accroissement de la charge.
Le dispositif 71 sert donc seulement de détendeur, car sa fonction de déglaceur est pratiquement inexistante, à cause de l'allongement graduel du ressort, sans effet d'impact. Par contre, la simplicité de sa construction
et la fiabilité de son mode de fonctionnement procurent des avantages importants.
Pour que le détendeur 71 puisse assurer le retour de la boucle du câble à sa position initiale, son ressort 77 doit bien sûr garder une excentricité suffisante par rapport à la rotule centrale 79 et ceci même après une élongation extrême du ressort. Cet objectif peut se réaliser en attachant le ressort de traction 77 plus loin de la rotule centrale 79, par exemple sur des consoles d'installation 81 , 81 ' intégrales aux deux bras inclinés du cadre triangulaire, ou par l'ajout d'un bras (non illustré) qui garderait le centre du ressort à une distance constante de la rotule centrale. Une autre solution consiste à remplacer le ressort de traction 77 par un ressort de torsion (non illustré) placé à la rotule centrale 79 et sollicité par le moment de flexion développé suite à la rotation relative entre les deux bras inclinés du cadre triangulaire. L'usage d'un tel ressort de torsion présente l'avantage de conduire à un dispositif ayant un aspect visuel amélioré puisqu'il est réduit à deux bras en forme de « V ». En plus, un tel usage a aussi pour avantage d'éliminer les effets de non-linéarité géométrique reliés au ressort sollicité en traction.
Le détendeur 71 peut aussi utiliser d'autres types de fusible à la place du ressort 77 précédemment décrit. Ainsi, par exemple, on pourrait utiliser un effet de compression à la place de celui de traction (avec les extrémités du ressort attachées de manière inversée par rapport au cadre, à l'aide d'une tige axiale passant par l'intérieur du ressort). Ceci aurait l'avantage de limiter la course du ressort, en le protégeant contre l'endommagement par déformation excessive. On pourrait aussi utiliser conjointement un ressort de traction (ou de compression) et un ressort de torsion, en vue d'augmenter la capacité d'emmagasiner l'énergie mécanique. Il convient de noter que le rôle de ressort élastique peut être joué par le cadre de support lui-même. Un tel cadre pourrait être réalisé sous forme de V, sans côté supérieur, et avec les deux bras inclinés flexibles et attachés de manière rigide à un nœud central. Le degré de flexibilité de ces
deux bras, à la flexion dans le plan du support pourrait être choisi et contrôlé pour assurer l'effet de ressort voulu. Une telle solution présenterait plusieurs avantages : simplicité, aspect visuel, fiabilité de fonctionnement et nombre minimal de composantes. En pratique, le ressort 77 du détendeur 71 peut être inséré dans un tube télescopique 83 pour les ressorts de traction ou compression) ou une boîte appropriée (pour le ressort de rotation), en vue d'assurer sa protection mécanique et/ou contre la corrosion (voir la figure 1 7) .
De par son principe de fonctionnement, le détendeur 71 peut contribuer à réduire ou éliminer le phénomène de galop en limitant la valeur de la tension mécanique dans le câble. Ainsi, il est bien connu que le phénomène de galop génère des variations importantes de la tension mécanique dans les câbles affectés, variations plus importantes pour les modes impaires ( 1 ,3,5...) que les modes paires (2,4,6,...). Avec un détendeur 71 tel qu'illustré sur les figures 1 6 et 1 7, ces variations sont reprises principalement par l'élasticité du ressort, limitant ainsi la variation de tension dans le câble. Les deux bras inclinés sont ainsi soumis à un mouvement de vibration dont la fréquence est le double de celle du galop.
Le détendeur 71 peut en pratique inclure aussi des éléments elastomères (non illustrés) dans sa rotule centrale 79 afin d'ajouter de l'amortissement sous l'effet des vibrations. Cet amortissement additionnel est bénéfique aussi pour toutes les autres formes de vibrations éoliennes du câble.
Le détendeur 71 peut en outre inclure un système de signalisation visuelle (non illustré) conçu pour indiquer le niveau de la tension mécanique présente dans le câble sur lequel le détendeur est monté. Un tel système permet de mettre en évidence la variation de distance entre les deux rouleaux supérieurs qui supportent la boucle du câble.
Le dispositif 71 précédemment décrit peut enfin être modifié de façon à être plus complet et de là être capable d'atteindre en même temps
tous les objectifs d'une bonne protection mécanique, ceci impliquant notamment les possibilités : i) de se réenclencher automatiquement, une fois la surcharge disparue, ii) de ne pas déclencher qu'une fois la limite prédéterminée de la surcharge atteinte; et iii) de produire, par leur déclenchement, un impact suffisante pour un délestage, au moins partiel, de la glace accumulée sur le câble. En vue d'atteindre ces trois objectifs, le dispositif 71 peut être équipé d'un système de blocage/déblocage/reblocage monté en parallèle avec le ressort 79 (que celui-ci soit un ressort de traction, de compression ou de torsion).
Dans le cas où le dispositif 71 utilise un ressort de traction tel qu'illustré sur la figure 1 7, le système de blocage/déblocage/reblocage peut être intégré au tube 83 qui est monté autour du ressort et est formé de trois segments 85, 87 et 89.
Deux des segments, tels que ceux numérotés 85 et 87 sont conçus de manière à offrir une grande résistance initiale ou un glissement axial relatif dans le sens de l'ouverture du tube et ceci jusqu'à une valeur de déblocage, tout en offrant une résistance aussi réduite que possible dans le sens contraire à savoir celui de fermeture du tube. Le glissement dans le sens d'ouverture ne devient donc possible que lorsque la tension prise par l'ensemble du tube atteint la valeur de déblocage calibrée, choisie en fonction du rôle qu'on veut donner au dispositif de protection. Une fois l'ouverture débloquée, la résistance opposée au glissement dans ce sens tombe à une valeur réelle, reliée aux seules forces de frottement.
Le troisième segment 89 est vissé au second segment 87 dans la direction axiale. Ceci donne la possibilité de varier leur longueur apparente par une rotation relative autour de l'axe longitudinal. Ceci permet de régler à l'installation la longueur totale du tube et donc de contrôler l'allongement
et la tension initiale de montage du ressort qui est placé dans le tube et attaché aux extrémités des segments 85 et 89
Les figures 1 8 et 1 9 illustrent deux façons possibles d'obtenir la connexion ci-dessus décrite entre les segments 85 et 87. Les deux utilisent des lamelles flexibles 91 avec rôle de ressorts, créées au début du segment
87 par des fentes radiales 93 coupées de manière axisymétrique, sur une longueur adéquate dudit segment 87.
Dans le montage illustré sur la figure 1 8, le segment 85 du tube comporte plusieurs rainures circonférentielles 95 ayant chacune deux coupes coniques, avec des pentes très différentes. La pente 97 qui bloque l'ouverture est très raide, tandis que celle 99 qui freine la fermeture est aussi faible que possible, en vue de faciliter le réenclenchement. Le segment 87 du tube contient, à son extrémité, une seule protubérance 1 01 circonférentielle, de profil complémentaire à celui des rainures 95 du segment 85. Le glissement relatif entre les segments 85 et 87 devient possible, dans un sens comme dans l'autre, une fois que les lamelles flexibles 91 se déforment suffisamment (par flexion vers l'axe du tube) pour permettre le passage. Les forces radiales qui peuvent provoquer cette déformation des lamelles 91 sont de même intensité, indépendamment du sens du glissement. La différence de sens apparaît en fonction de la pente des rainures : une pente raide nécessite une force axiale importante pour conduire à une composante radiale donnée, tandis qu'une pente réduite permet de développer la même composante radiale avec une force axiale petite. La présence de plusieurs rainures 95 sur le segment 85 assure la possibilité d'un réenclenchement dans une position légèrement différente de celle initiale (sur une rainure différente).
Dans le montage illustré sur la figure 1 9, le segment 85 du tube comporte une seule rainure circonférentielle 103, de profil rectangulaire, et les lamelles 91 du segment 85 se terminent par des moitiés de sphères 105. Quand ces sphères 105 se trouvent à l'intérieur de la rainure 103, l'ouverture est pratiquement bloquée, et ce jusqu'à ce que la tension dans
le tube 83 atteint une valeur calibrée. Avant l'ouverture, la force de traction transmise par le câble est reprise par le tube 83. Une fois les sphères 1 03 sorties de la rainures 101 , la résistance au glissement axiale, dans un sens comme dans l'autre, tombe à une valeur réduite, reliée exclusivement au frottement entre les segments 85 et 87.
Quel que soit le montage choisi, le ressort intérieur peut être installé avec une certaine tension initiale, en vue d'éliminer les jeux entre les segments et de faciliter le réenclenchement. L'intérieur du tube 83 fermé aux extrémités, peut être rempli de graisse, en vue de réduire le frottement et d'assurer une protection contre la corrosion et la pollution des pièces.
Les solutions indiquées pour les dispositifs avec ressort de traction s'appliquent de manière similaire à ceux avec ressort de compression et peuvent être adaptées aussi pour les dispositifs réalisés avec ressort de torsion. Dans ce dernier cas, le ressort de torsion qui se trouve au niveau de la rotule 79 (voir figures 1 6 et 1 7), est remplacé par une boîte plate, de forme circulaire, qui renferme un ressort de torsion. Deux séries de disques concentriques sont montés dans la boîte et leur mouvement de rotation relative est bloqué par des rainures radiales « mâle/femelle » faites dans ceux-ci avec deux pentes très différentes. Les deux disques sont pressés un contre l'autre par des ressorts latéraux. La résistance opposée à la rotation relative dans un sens est donc très différente de celle de l'autre sens, ce qui réalise la fonction de blocage/déblocage/reblocage désirée.
Le système de blocage du ressort ajouté au dispositif selon le sixième mode de réalisation ci-dessus décrit joue donc le rôle d'un fusible mécanique qui ne s'endommage pas au déclenchement, et qui de plus est capable de se remette automatiquement à la position initiale.
Enfin, le septième mode de réalisation illustré sur les figures 20 et 21 est illustratif d'une cinquième série de détendeur-déglaceur regroupant des dispositifs mixtes, qui font appel à une combinaison de composantes ayant des rôles différents. Le dispositif 1 1 1 illustré sur ces figures est similaire à celui illustré sur la figure 1 6, basé sur un ressort de traction. Il
utilise toutefois un fusible mécanique du même type que ceux des dispositifs illustrés sur les figures 1 1 à 1 3. Ce fusible est réalisé par une goupille de cisaillement 1 1 3 qui relie deux segments 1 1 5 attachés aux côtés latéraux du cadre et montés initialement dans une position lâche. Ce concept mixte conduit à un mode de fonctionnement en trois étapes, au cours de l'augmentation de la tension mécanique supportée par le câble. Dans une première étape, pour des valeurs réduites de la tension dans le câble, les deux segments reliés par goupille restent dans une position « brisée » (voir figure 20) et toute la tension mécanique est transmise au ressort; le dispositif fonctionne donc de manière similaire à celui de la figure 1 6. Dans la deuxième étape, une fois les deux segments redressés dans une configuration rectiligne sous une tension augmentée, la tension du câble est transmise au fusible mécanique et l'élongation du ressort et l'augmentation correspondante de la flèche s'arrêtent (voir figure 21 ). Le dispositif 1 1 1 devient alors similaire à ceux des figures 1 1 à 1 3. Dans la troisième étape, quand la tension mécanique atteint la valeur prédéterminée, le fusible cède de manière brusque, avec un impact capable de délester la glace. Le ressort reprend ensuite toute augmentation ultérieure de tension, de manière similaire au dispositif de la figure 1 6.
Applications et avantages de l'invention
Les détendeurs-déglaceurs selon l'invention dont plusieurs modes de réalisation préférés viennent d'être décrits, sont conçus pour être installés en portée, directement sur un câble aérien qui doit être protégé par relaxation des sollicitations mécaniques et/ou par délestage de la glace qui pourrait s'accumuler. Une position asymétrique est recommandée, avec le dispositif placé près d'un des supports de la portée, en vue de ne pas réduire le dégagement vertical.
Dans le cas d'un canton de ligne aérienne, on peut installer un dispositif dans chaque portée, plusieurs dispositifs dans la même portée, ou un dispositif toutes les « n » portées, ceci en fonction des caractéristiques
de la ligne, en particulier le type d'attache des câbles aux structures de support, avec ou sans possibilité de balancement ou de glissement contrôlé sur les supports intermédiaires, et aussi en fonction du type et de l'intensité des effets recherchés. Les détendeurs-déglaceurs selon l'invention peuvent servir à protéger une variété de structures incluant des câbles aériens en tant qu'élément jouant un rôle structural (conducteurs nus ou câbles électriques isolés autoportants, câbles porteurs, haubans de support, etc), notamment : des lignes aériennes de distribution de l'électricité; des lignes aériennes de télécommunication; des lignes aériennes de transport de l'électricité; des antennes haubanées de télécommunication; ou toute autre structure avec haubans.
Sur les lignes de distribution avec usage en commun, on peut utiliser des détendeurs-déglaceurs 1 , 1 1 et 21 selon les trois premiers modes de réalisation ci-dessus décrits (voir figures 1 à 5) pour protéger les conducteurs électriques. Sur le toron porteur des câbles de télécommunication, on peut utiliser un dispositif 41 selon le quatrième mode de réalisation ci-dessus décrit (voir figures 6 à 9). De tels dispositifs peuvent aussi servir à relaxer les haubans des poteaux haubanés, d'angle ou de fin de course, avec le résultat bénéfique d'une réduction générale de la tension mécanique dans tous les câbles supportés par ces poteaux, qui vont s'incliner suite à l'argumentation de la longueur apparente des haubans, en condition de charges de glace exceptionnelles. Toutes ces protections serviraient aussi en cas de chute d'arbres sur la ligne.
Sur les lignes de transport, il est aussi possible et avantageux d'installer des détendeurs-déglaceurs selon l'invention sur les câbles de garde, en vue de réaliser une réduction de leur flèche en situation de glace exceptionnelle, suite à l'effet de délestage de la glace accumulée sur ces câbles.
On notera que les détendeurs-déglaceurs selon l'invention peuvent s'installer sur des lignes ou sur des éléments déjà existants. Dans le cas de cantons de lignes existantes, les câbles à protéger doivent être réinstallés et retensionnés sur leurs supports, après ajout d'une longueur additionnelle de câble à l'extrémité du canton, pour compenser les boucles formées.
L'utilisation des détendeurs-déglaceurs selon l'invention en tant que dispositifs de protection mécanique des câbles aériens, peut également être envisagée aussi en combinaison avec d'autres solutions, notamment :
- d'autres types de dispositifs ou de méthodes de protection mécanique contre les charges climatiques exceptionnelles; et/ou
- des solutions de renforcement des structures de support des câbles.
Ces approches mixtes ont de bonnes chances de combiner leurs avantages, pour arriver à une solution optimale du point de vue coût et performance.
Quel que soit le mode de réalisation choisi et les applications auxquelles elles sont destinées, les détendeurs-déglaceurs selon l'invention possèdent les avantages suivants :
1 ) protection économique et efficace des lignes aériennes électriques (transport, répartition et distribution) et de télécommunication
(téléphone, câblo-distribution, etc.) contre les effets adverses des charges climatiques exceptionnelles, notamment glace (verglas, givre, neige mouillée, etc.), vent et/ou chute d'arbres, par : relaxation de la tension mécanique dans le câble, avec réduction correspondante des sollicitations longitudinales transmises aux composantes et aux structures de support de la ligne aérienne; et
- délestage de la glace présence sur le câble, en totalité ou partiellement avec réduction de la flèche du câble;
2) limitation de la tension mécanique dans tout câble aérien ayant rôle de support structural (par exemple, les câbles de support des téléfériques, téléskis, les haubans des diverses structures, etc.);
3) réduction ou élimination des phénomènes de galop sur les lignes aériennes électriques (transport, répartition et distribution) et de télécommunication (téléphone, câblo-distribution, etc.), ainsi que tout autre câble aérien; réduction des efforts transmis aux éléments de support suite aux phénomènes de galop; et
4) visualisation du niveau de tension mécanique présente dans un câble en particulier le contrôle de la tension d'installation des lignes aériennes électriques (transport, répartition et distribution) .
En plus des avantages précédents, les détendeurs-déglaceurs selon l'invention, quels que soient leurs modes de réalisation, offrent une combinaison gagnante de caractéristiques avantageuses. 1 ) Les conducteurs protégés, une fois relaxés par le déclenchement de ces dispositifs, restent en service et continuent à remplir leur fonction électrique, de manière temporaire, en attendant leur remise en place après la tempête.
2) En condition de service normal, la présence des détendeurs- déglaceurs n'affecte en rien les performances des lignes ou des structures protégées.
3) Le déglaçage des câbles aériens protégés au moyen des détendeurs-déglaceurs se réalise en utilisant l'énergie potentielle de la glace accumulée sur ces câbles, sans aucune source d'énergie externe. 4) Les dispositifs ont un fonctionnement complètement indépendant et automatique, leur déclenchement étant contrôlé par des fusibles mécaniques intégrés et par l'action des charges climatiques exceptionnelles, sans aucune intervention externe.
5) Le coût unitaire des détendeurs-déglaceurs est réduit, si une production de masse s'organise.
6) La plupart des dispositifs utilise un fusible mécanique sous forme d'une pièce détachable, facile à remplacer après le déclenchement. La partie endommagée par le déclenchement est donc réduite à sa plus simple expression et le coût de la remise en fonction est faible. 7) Le fusible mécanique sous forme de pièce détachable facilite aussi la réalisation d'une large gamme de calibrations, pour répondre à la variété de conditions d'utilisation rencontrées et pour offrir la possibilité d'une calibration optimale, adaptée à chaque application.
8) Enfin, l'installation des détendeurs-déglaceurs est facile, aussi bien sur des câbles aériens existants que sur des structures nouvelles. Certains de ces dispositifs ne contiennent aucune pièce de serrage et s'installent sans outils spécialisés.
En plus des avantages ci-dessus, les dispositifs des troisième, quatrième et cinquième séries ont les avantages supplémentaires suivants : 9) L'installation de tous ces dispositifs est grandement facilitée par la présence de consoles intégrées, qui servent à la formation naturelle de la boucle du câble, sans recourir à des outils spécialisés, ce qui élimine de plus les risques d'endommagement des brins du câble.
10) Pour la troisième série de dispositifs (voir figures 1 1 à 1 3), la conception de leur cadre triangulaire de support, avec plusieurs positions de montage permettant une géométrie variable, conduit à une large gamme de configurations possibles, tout en utilisant un nombre réduit de dimensions du cadre.
1 1 ) La présence d'un ressort dans les dispositifs de quatrième série (voir figures 1 6 et 17), destiné à emmagasiner l'énergie mécanique, conduit à des dispositifs de protection qui reviennent automatiquement à leur position initiale, sans aucune intervention extérieure. Les dispositifs de quatrième série peuvent donc être qualifiés de « détendeurs-déglaceurs automatiques ». 1 2) Les dispositifs de quatrième série ne contiennent aucune composante qui serait endommagée par le déclenchement de la protection,
donc aucun besoin de remplacer des composantes et aucune intervention humaine.
1 3) Les détendeurs-déglaceurs de la quatrième série peuvent contenir en outre un système de blocage, qui retarde le déclenchement de la protection jusqu'à ce que la tension dans le câble atteigne un niveau prédéterminé. Ceci permet de produire l'impact nécessaire à la fonction de délestage de la glace accumulée et évite l'augmentation de la flèche avant la charge exceptionnelle. De plus, ce type est capable de se réenclencher automatiquement. Les dispositifs détendeurs-déglaceurs des quatrième et cinquième séries du fait de leur capacité de limiter en continu la tension mécanique, peuvent servir à contrer les phénomènes de galop sur tout câble aérien.
14) Les mêmes dispositifs détendeurs-déglaceurs des quatrième et cinquième série peuvent aussi permettre de visualiser le niveau de tension mécanique présent dans le câble sur lequel la protection est installée. Cette capacité est particulièrement intéressante pour le contrôle direct, sans aucun autre instrument, de la tension d'installation de tous les câbles aériens.
Il va de soi que de nombreuses modifications pourraient être apportées aux modes de réalisation préférentiels qui viennent d'être décrits sans sortir du cadre de la présente invention.