Traverses en Composite Renforcé de Fibres pour Ligne de

Transcription

Traverses en Composite Renforcé de Fibres pour Ligne de Transmission
par FRP Transmission Innovations Inc.
Introduction:
Traditionnellement, les structures de lignes de transmission utilisent du bois traité, de l’acier ou
du béton comme matériau de construction.
Récemment, il est devenu évident qu’il est difficile d’obtenir de grandes quantités de bois de
construction pour le cadre en H des lignes de transmission, en particulier après des vents violents
et/ou des blizzards, quand soudain de grandes cargaisons de bois de construction sont nécessaires
à la restauration. De plus, cette forte demande entraine l’inflation du prix de ces produits.
La qualité du bois de construction a diminuée ces dernières années étant donné que seulement du
bois de seconde pousse est disponible, rendant les éléments de grande taille rares. Beaucoup de
nouvelles traverses en bois s’affaiblissent rapidement et selon certains services publics, les
nouvelles traverses sont moins fiables que certaines vieilles traverses ayant été sur le terrain
depuis longtemps.
Les services publics ont commencèrent à utiliser de l’acier galvanisé comme alternative aux
traverses en bois. Cela fonctionna bien pour certaines applications. Malheureusement, l’acier est
conducteur d’électricité, tout comme le bois qu’il remplace, donc son utilisation lorsque
l’installation est sous tension est très dangereuse. Les délais de procuration de l’acier sont
d’environ 6 mois et le prix de l’acier a considérablement augmenté ces dernières années en
raison de la forte demande. Les traverses en acier sont aussi très lourdes comparé à celles en
bois. La plupart du temps, des profilés creux (HSS) sont utilisés et leur corrosion interne est
difficile à contrôler.
Au cours de la dernière décennie, des nouveaux matériaux techniques sont apparus en tant
qu’alternative aux anciens matériaux classiques. Les polyuréthanes bi-composants sont
maintenant reconnus pour leur solidité et leur dureté supérieure et ils permettent aux fabricants
de produire de manière rentable des profilés plus légers, solides et résistants. [2] Ces matériaux
de haute-technologie sont très prometteurs pour les anciens buts de Transmission Innovations
Inc. : fournir un support fiable, rentable et durable pour conducteurs, sous des conditions
météorologiques extrêmes.
-1-
www.transmissioninnovations.com
Photo 1. Cadre en H en Bois
L’Histoire du Développement des Traverses en Polymère Renforcé
de Fibres Pour les Cadres en H
British Columbia Hydro and Power Authority (BC Hydro) – le troisième plus grand service
public de Colombie-Britannique dont le siège est à Vancouver, Colombie-Britannique, Canada –
a identifié le besoin de remplacer les traverses en bois et en acier pour les cadres en H par
quelque chose de nouveau. Ce besoin fut rendu public et plusieurs idées et options furent
soumises à BC Hydro.
FRP Transmission Innovations Inc. présenta et recommanda son offre de traverses. Après une
consultation et une évaluation initiales, un accord de collaboration à long terme de vingt ans fut
instauré pour unir la recherche et le développement de BC Hydro et FRP TII, en premier pour les
nouvelles traverses en polymère renforcé de fibres (PRF) et plus tard pour d’autres produits
requis pour le système de transmission de BC Hydro.
Deux nouveaux modèles furent développés pour les cadres en H : un pour les configurations de
138 kV and un autre de taille plus grande pour une géométrie jusqu’à 287 kV. Pour des tensions
plus élevées, une traverse plus grande peut aussi être utilisée pour les lignes de 340 kV.
-2-
Image 2. Images de l’analyse par méthode des éléments finis (MEF) [1] d’une traverses 287 kV
Un programme d’essai complet fut élaboré et développé par BC Hydro, plusieurs traverses furent
installées sur le terrain, permettant d’acquérir de l’expérience dans l’installation sur le terrain,
fournissant l’opportunité aux équipes de montage des lignes de donner leur avis et d’évaluer les
performances et facilités de construction.
Programme de Test
Un programme complet de tests électriques, mécaniques, structuraux et de vieillissement
accéléré fut développé et utilisé par Powertech, une filiale de recherche de BC Hydro. Ce
programme de test a comparé les traverses faites de bois, d’acier, de composite de Polymère
Renforcé de Fibres (PRF) et d’autres composites spécialisés et les résultats furent publiés dans
un rapport [3]. Ce programme de test démontre clairement les bénéfices des traverses en
composite PRF. Les résultats du test ont aussi démontré leur résistance à la foudre, leur capacité
à porter de lourdes charges structurelles et leur longue durée de vie.
Expérience d’installation sur le terrain
Des installations sur le terrain furent réalisées dans le cadre du programme de remplacement des
traverses classiques. Les commentaires des équipes de montage de lignes furent collectés alors
qu’ils installaient plusieurs cadres en H de 138 kV, 230 kV et 287 kV. Des grues classiques ainsi
que des hélicoptères furent utilisés durant ces installations sous tension.
-3-
Image 1. Installation Sous Tension d’une Traverse PRF par Grue
Image 2. Installation Sous Tension d’une Traverse en PRF par Hélicoptère
Image 3 Un Technicien de Maintenance de Ligne de Transmission sur une Traverse en PRF
Installe du Matériel sur la Ligne Sous Tension
-4-
Le résultat fut que les équipes de montage des lignes aprécièrent travailler avec les nouvelles
traverses. Voici quelques-unes des raisons qu’ils ont exprimées:
1. Poids léger. Elles sont faciles à soulever à deux personnes et faciles à déplacer à terre.
2. Des hélicoptères légers ont pu être utilisés pour les soulever, permettant une installation
rentable.
3. Les traverses en composite renforcé de fibres ne conduisent pas l’électricité. Lorsqu’elles
sont installées sur les lignes sous tension, elles ne risquent pas de provoquer des
secousses électriques et n’entrainent pas de défaillance si un contact est fait de la phase
intermittente au poteau ou de la phase à phase, contrairement aux traverses en bois ou en
acier. Il n’y pas d’induction dans une traverse en PRF, il n’y a donc pas de danger d’ordre
électrique. L’équipe se sent à l’abri d’éclairs accidentels produits par le conducteur sous
tension ou toute autre source de contact électrique de la traverse.
4. La surface est lisse mais non-glissante. Le personnelle peut s’assoir dessus et avoir une
position confortable grâce à l’embase qui peut soutenir leurs jambes. Ils n’y a pas
d’échardes ou autre éléments de surface qui peuvent potentiellement blesser le personnel.
5. Facile à percer et à couper sur le terrain si besoin.
6. Du matériel identique à celui utilisé pour installer les traverses en bois ou en métal est
utilisé pour installer les traverses en PRF. Le seul outil qu’ils ont trouvé utile mais non
nécessaire est une rallonge pour qu’ils puissent serrer les boulons à l’extérieur de
l’embase avec une rotation de 360 degrés.
Performance à long terme
L’utilisation de nouveaux matériaux et composants soulève toujours la question de leurs
performances à long termes. Des tests de vieillissement réalisés par un laboratoire indépendant
ont confirmé que les traverses en composite polyuréthane bi-composants de FRP TII ont une
durée de vie de plus de 75 ans. Cette durée de vie est bien meilleure que celle des traverses en
bois ou celles en acier galvanisé sans intervention supplémentaire contre la corrosion une fois
que le revêtement galvanisé s’enlève, qui est d’environ 35 ans dans la majorité des
environnements urbains.
Fabrication
FRP TII est une compagnie canadienne qui a une alliance stratégique avec Creative Pultrusions
Inc. (www.creativepultrusions.com) aux États-Unis. Cet établissement réputé fabrique des
produits de haute qualité par pultrusion et est spécialisé dans la pultrusion de résines de
polyuréthane par injection sous haute pression. CPI est en activité depuis quarante ans et
fabrique nos traverses, créant des produits de haute technologie, durables et de haute qualité
-5-
américaine. L’usine se situe dans la ville rurale d’Alum Bank en Pennsylvanie. L’établissement
fonctionne 24h/24, 7j/7 et ne ferme que pour les vacances et les opérations de maintenance. Les
installations sont climatisées et bien entretenues par le personnel d’ingénierie des installations.
L’usine est également bien située par rapports aux axes de transport, ce qui rend simple la
réponse aux demandes d’approvisionnement urgente et l’aide pour les services publics en
urgence de reprise.
Image 4. Schéma du Processus de Pultrusion Utilisé pour la Fabrication de Traverses
Image 5. Perçage en Usine de Traverse de Cadre en H 287 kV pour la Connexion de Matériel
-6-
Rentabilité de l’utilisation de traverses en PRF
La majeure partie du coût de remplacement de traverses provient des coûts de déplacement de l’équipe
(qui peuvent être très élevé si le site n’est accessible que par hélicoptère). Les traverses en bois doivent
être remplacées tous les 25 à 40 ans selon les conditions environnementales et la qualité d’origine du bois.
Les traverses en PRF permettent d’éviter jusqu’à 2 cycles de remplacement par rapport aux traverses en
bois. Dans l’analyse globale du coût de cycle de vie, ceci présente une économie importante.
Vous trouverez ici un calcul du coût de cycle de vie très simplifié. Des modèles plus spécifiques aux sites,
juridictions et services publics peuvent être facilement développés.
Exemple d’économie avec une espérance de vie de 75 ans pour les traverses en PRF TI
Hypothèses:

Les traverses en bois coûtent toujours le même prix que les traverses en PRF.

Pendant 25 ans, une traverse en bois doit être remplacée tous les 25 ans.

Le prix du remplacement d’une traverse en bois ou en PRF est d’environ $25 000
(Remplacement prévu et non d’urgence. En cas d’urgence, le coût du remplacement peut
facilement être doublé).

Installation initiale : $25 000

Premier remplacement de la traverse en bois, 25 ans après l’installation initiale (le prix
est le même que celui de l’installation initiale)

Démantèlement de la traverse traitée avec des produits chimiques dans une décharge
spéciale : $500

Deuxième remplacement de la traverse en bois, 50 ans après la première installation (le
prix est le même que celui de l’installation initiale): $25 000

spéciale : $500

Troisième remplacement de la traverse en bois, 75 ans après la première installation (le
prix est le même que celui de l’installation initiale): $25 000

spéciale : $500
-7-
Image 6. Coût Cumulé des Traverses en Bois et en PRF aux cours de 75 ans
Première Installation
Premier remplacement de la
traverse en bois, au bout de 25
ans
Élimination de la traverse en
bois traité chimiquement
Deuxième remplacement de la
ans
Troisième remplacement de la
ans
Premier remplacement de la
traverse en PRF, au bout de 75
ans
Recyclage de la traverse en PRF
Somme
Traverse en Bois Traité
Traverse en composite PRF
$25,000
$25,000
$25,000
$500
$25,000
$500
$25,000
$500
$25,000
$101,500
$100
$50,100
Utiliser des Traverses en PRF TII et éviter 2 cycles de remplacement peut permettre aux services
publics d’économiser plus de $50 000 sur une seule structure.
Sur 1 000 structures, cela représente $50 millions d’économie sur 75 ans. Les économies
couvrent de nombreuses fois le prix des traverses PRF de TII.
-8-
Avantages de la gestion des installations
Les traverses PRF TII peuvent être fabriquées en un temps relativement court tout en offrant des
structures de haute qualité et en grande quantité nécessaire aux services publics. Les délais
actuels peuvent être aussi bas que 3 semaines.
Les traverses en PRF TII sont inertes et ne donnent pas lieu à des fuites de produits chimiques
dans l’environnement. Dans les zones écologiquement sensibles, l’utilisation de traverses en PRF
TII est très importante. Certains groupes environnementaux ont adopté les traverses en PFR TII
dans des tourbières, des zones humides et d’autres régions similaires.
Dans le cas où les traverses en PRF TII doivent être jetées (l’option préférée est le recyclage),
elles peuvent être envoyées à la décharge générale [4]. Aucune partie des traverses ne risque de
contaminer l’environnement.
Le vandalisme est un problème pour certaines opérations de transmission. Les traverses en PRF
TII se sont avérées très résistantes aux dommages par projectile balistique (coups de feu). Lors
des tests, de nombreuses balles leur ont simplement rebondi dessus. Même à très courte portée,
les dégâts de balle de grande taille dans les traverses n’ont pas entraîné de défaillance structurelle
[5].
Dans des environnements chauds et humides où le bois traité ne dure pas très longtemps et où
l’acier se corrode très rapidement, les traverses en PRF TII présentent une alternative très
intéressante.
Protection des rapaces
Dans certaines zones de transmission, la protection des rapaces est une préoccupation
particulière : lorsqu’ils atterrissent sur les traverses de transmission en acier, leurs ailes se
glissent entre les phases du conducteur et la traverse de métal, ce qui entraine des blessures et la
perte de la faune. Les services publics doivent payer des amendes conséquentes. La mort et les
dégâts de la faune sont des défis de l’ordre des relations publiques. L’utilisation des traverses en
PRF, grâce à leur nature isolante, permet d’éviter ce genre d’accidents et de problèmes.
Conclusion:
Les Nouvelles Traverses en Composite Polymère Renforcé de Fibres ont été élaborées
conjointement par FRP Transmission Innovations Inc. et BC Hydro. Ces nouveaux composants
structuraux ont été testés en détail en laboratoire et sont utilisés depuis plusieurs années sur le
terrain, se montrant très prometteurs pour une utilisation large à travers le monde.
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Bibliographie
[1] BCTC 287kV H-Frame Crossarm Finite Element Analysis Report, 2008 par Creative
Pultrusion Inc.
[2] J. K. T. S. a. A. D. Michael Connolly, Processing and Characterization of Pultruded, 2006.
[En ligne]. Disponible : http://www.huntsman.com/pu. [Consulté le 25 février 2013].
[3] Powertech Laboratories, Testing and Performance Evaluation of BC Hydro Cross Arm
Alternatives – Transmission Innovations Cross Arms, BC Hydro, Vancouver, ColombieBritannique, Canada, 2011.
[4] FRP Transmission Innovations, Recycling and Disposal Information of FRP Transmission Innovation
Cross Arms, Cross Bracings and Poles, FRP TII, Vancouver, Colombie-Britannique, Canada, 2012.
[5] FRP TII, Ballistic Withstand Test of Cross Arms, FRP TII, Vancouver, Colombie-Britannique,
Canada, 2013.
Pour plus d’informations, visitez le site internet de FRP Transmission Innovations Inc. à
l’adresse suivante:
Copyright © 2012 FRP Transmission Innovations Inc.
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