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Jérôme Delemontez
CHAMPSELECTROMAGNtTIQUES
Isabelle Magne
Évaluationdes différentes procéduresde magnétoscopiedans l'hydraulique
EDF, Recherche & développement
EDF, Division technique générale
es roues Pelton sont undes types de turbine utilisés dans les centraleshydrauliques en France.Ces roues sont forgéesou moulées en acier
___ inoxydable martensi-
tique. Les zones fortement soliicitéesd'une roue Pelton correspondent auxzones de raccordement des augetssur la jante (zones d'attaches) et surles échancrures (impact du jet surle bol) (Cf. Figure 1), Les défauts quisont recherchés sont du type fissurede fatigue.Le niveau de champ magnétiqueà imposer sur la surface pourun contrôle par magnétoscopie(Cf. Encadré) efficace dépend de lanuance de l'acier et du révélateur
iiitrlii;J·e'EXCfTlpl dl roue Pelton
et le ) 2 controter
utilisé et varie de l'ordre de 2400 à4800 Atm.Plusieurs méthodes sont possiblespour imposer ce champ magnétique. Nous présentons ici les deuxméthodes utilisées à EDF pour lecontrôle des roues Pelton,La méthode dite « par touche »
consiste à faire passer localement du courant dans la piéce aumoyen de deux électrodes appeléestouches, qui sont tenues par l'opérateur (Cf. Figure 2). Cette méthodenécessite au moins une dizaine de
133
positions pour contrôler l'augetd'une roue,La méthode par spire consiste àimposer plus giobalement un ftuxmagnétique dans la piéce. Cetteméthode ne nécessite que trois positions pour contrôler l'auget d'uneroue (Cf, Figure 3).Des simulations des deux méthodesavec le logiciel Flux3D ont permisde vérifier que le niveau de champmagnétique nécessaire au contrôleétait atteint et homogéne sur la surface à examiner.
ÉTUDES DE CAS
ENCADRE
La magnétoscopie
•720 1000 0,72
62 1000 0,062
35 1000 0.Q35
18 857 0,021
0,84
IOMH: H'" -' si, ou H est l'intensité duLJ H '
j_1H: Rj
champ magnétique à la fréquencej et H~ est la valeur déclenchantl'action (VA) à la fréquence j,Les résultats montrent que la priseen compte des harmoniques nechange pas le résultat par rapport àla mesure 50 Hz seule (Cf, Tableau 1).
Cest pourquoi seule la composante50 Hz sera présentée dans la suitede cet article,
CONTROLE DE LA ZONED'ATTACHE
Les tableaux 2 et 3 présentent desexemples de valeurs de champmagnétique mesuré au niveau del'opérateur pour la méthode partouche et la méthode par spire,pour différents types de roues.On observe quelques dépassements
Différents filtres ont été utilisés avecl'EFA-300, permettant d'évaluer lacomposante 50 Hz et les harmoniques (150 Hz, 2S0 Hz, 3S0 Hz).En effer. le générateur utilisé pourla méthode par spire émet des harmoniques, ce qui n'est pas le cas dugénérateur utilisé pour la méthodepar touche. Une approche simplifiéeet conservatrice pour prendre encompte les harmoniques dans l'évaluation de l'exposition est de sommer les composantes fréquentiellesselon la formule:
50
150
250
350
Total
FRÉQUENCE(Hz)
POSITIONDE MESURE
Têtede l'opérateur
sur le côté(interprétation après
la magnétisation)
L'exposition au champ magnétiquea été mesurée avec un mesureurEFA-300 (Narda), équipé d'une sondede mesure triaxiale de diamétre3 cm.L'exposition a été mesurée au postede travail avec des opérateurs réalisant habituellement des contrôlespar magnétoscopie, afin d'étudier laposition réelle de travail. De plus,les opérateurs ont porté sur euxdes mesureurs EMDEX Il High Field(Enertech USA), réglés pour enregistrer le champ magnétique toutesles 3 secondes, afin de vérifier lesmesures réalisées avec l'EFA-300.
MÉTHODE DE MESUREDE L'EXPOSITION
Clitijil,J:F)
La magnêtDscoDle est un procédé de contrôle non destructif permettantde s'assurer de l'absence de fissures à proximIté de la surfacede matériaux ferromagnétiques. en magnétIsant la surfacede ces maténaux et en projetant simultanément un révélateurSon principe est le suivant: un champ magnétique est créé ci l'intérieurd'une Dll~ce. Cl l'aide d'un courant alternatif ou continu. Ce champmagnétique est surtout concentré à proximité de la surface de la pièce.Ld JJré~el1u~ d'ulle discontinuité dans la piece. proche de la surface
ou débouchant. provoque une perturbation du champ magnetlQue.L'application de fines particules ferromagnétIques (révélateur) permetde former une image des dlscontinultes présentes sur la surfacede la PU?ce
Methode par touche.
CI4tijihJilExemple d'examen par la méthode
par spire.Exemples de mesure avec prise en compte des harmoniques roue à axe honzontal,
contrôle de la zone d'attache, 4800 A/m imposés sur le métal.
134 --
Exemples de contrôle de la zone d'attache par la méthode par touches.
CONTRÔLE DE LA ZONED'ÉCHANCRURE
Les tableaux 4 et 5 présentent desexemples de valeurs de champmagnétique mesuré au niveau del'opérateur pour la méthode partouche et la méthode par spire,pour différents types de roues.On observe quelques dépassementsde la VA basse (1000 wT) au niveaude la téte de l'opérateur pour laméthode par touche, en particulier
C$bi:i!#ü"i
ÉVOLUTION DES MÉTHODESDE TRAVAIL
Le tableau 6 compare les méthodespar touche et par spire pourle contrôle des roues Pelton.La méthode par spire permet deréduire l'exposition de l'opérateur auchamp magnétique 50 Hz, mais elleprésente également d'autres avantages comme une meilleure reproductibilité des contrôles, moins demanipulations â faire, des contrôlesplus rapides et, plus généralement,une meilleure posture de travail.Au vu de ces résultats. une évolution des méthodes de travail pourle contrôle des roues Pel ton surle parc EDF a été décidée dans lecadre de l'application de la directive2013/35/UELes opérateurs utilisant toujours laméthode par touche ont été sensibilisés â la question de l'exposition auchamp magnétique et des posturesâ proscrire ont été définies (pas decâbles sur les épaules, mettre générateur et câbles au sol)Un déploiement généralisé de laméthode par spire a été lancé.Les opérateurs sont formés au nouveau dispositif et sensibilisés âl'exposition au champ magnétiqueAvec cette méthode, l'exposition auchamp magnétique est diminuéeen ajustant les valeurs de champmagnétique â appl iquer et en supprimant le contact opérateur - câblespendant la phase de magnétisation.Il est amSI demandé aux opérateursde réaliser la phase d'interprétationaprés la phase de magnétisation afinde réduire l'exposition.
si les câbles sont suspendus ouposés sur les épaules de l'opérateurAu contraire, l'exposition de la tétede l'opérateur reste inférieure â laVA basse avec la méthode par spire,du moment que l'opérateur ne seplace pas juste en face de la spire.L'analyse de l'ensemble des mesuresobtenues a donc permis de définirdes modifications et une évolutionde la méthode de travail afin deréduire l'exposition des opérateursau champ magnétique.
343
270
164
197
591
610
282
778
850
720
490
20
60
1100
150à 200
•
•
Tête
Main
Tête
Tête
Tête de l'opérateursous la roue
Tête de l'opérateurau-dessus de la roue
Tête de l'opérateurappliquant le révélateur
Tête de l'opérateurà l'extérieur de la roue
Tête de l'opérateurappliquant le révélateur
Main
,
POSITION, DE MESURE
Tête de l'opérateur debout pilotantle générateur injectant le courant
dans les spires
Tête de l'opérateur appliquantle révélateur
POSITIONDE MESURE
eii;i:liji·!i·)
Tête de l'opérateur sur le côté(interprétation après la magnétisation)
Tête de l'opérateur sur le côté(interprétation après la magnétisation)
Tête de l'opérateur accroupi appliquantle révélateur
Au sol
POSITIONDES CÂBLES
Sur les épaules
Suspendus au-dessuset sur les épaules
Suspendus sous la roue
4800 A/m
3400 A/m
4000 A/m
4000 A/m
TYPEDE ROUE
Roue à axehorizontal(0 environ
2,5 ml
Roue à axevertical
Roue à axehorizontal(01,49 ml
Roue à axehorizontal(0 environ
2,5 m)
Roue à axehorizontal(02,67 m)
Exemples de contrôle de la zoned'attaches par la méthode par spire.
de la VA basse (J 000 wT) au niveaude la téte de l'opérateur pour laméthode par touche, en particuliersi les câbles sont suspendus ouposés sur les épaules de l'opérateurAu contraire, l'exposition de la tétede l'opérateur reste inférieure â laVA basse avec la méthode par spire.
••
135
ÉTUDES DE CAS
Suspendus Tête 2300au-dessus
Au sol Tête 310
Suspendus Tète de l'opérateur sous la roue 502
sous la roue Tête de l'operateur appliquant le révélateur 268
Sur l'épaule Tête de l'opérateur au-dessus de la roue 1850
Tête de l'operateur sous la roue 365Suspendus
sous la roue Tête de l'opérateur appliquant le300révélateur
Exemples de contrôle de la zoned'échancrure par la méthode par touche.
Exemples de contrôle de la zoned'échancrure par la méthode par spire.
CONCLUSION
Comparaison des méthodesde magnétoscoPle pour le contrôle
des roues Pelton.
Le contrôle des roues Pelton parmagnétoscopie avait été Identifiécomme une exposition potentielleà des champs magnétiques élevés.L'évaluation de l'exposition desopérateurs a été réalisée par desmesures sur site, représentatives desdiverses situations réelles rencontrées. Cela a permis, d'une part. de serassurer quant au niveau des expositions et, d'autre part. de définir desmodifications et des évolutions desméthodes de travail afin de toujoursréduire les expositions des opérateurs au champ électromagnétique.Deux méthodes de magnétoscopleont été comparées: la méthode parpassage de courant (<< touche ») et laméthode par spire. La méthode parspire, PIUS fiexible, permet, selon lemode opératoire défini, de maintenir l'exposition de l'opérateur endessous de la VA basse de la directive 2D13/35/UE Elle est meilleureen termes de fiabilité du contrôle,mais aussi de pénibilité pour l'opérateur. Elle est en cours de déploiement sur l'ensemble du parc EDF,avec une sensibilisation des opérateurs sur l'exposition aux champsmagnétiques. _
340
155
250
60à 80
1000
•
1POSITION DE MESURE
POSITION DE MESURE
Tête de l'operateur positionné du côtéopposé à la spire (interprétation
après la magnétisation)
Tête de l'opérateur positionné du mêmecôté que la spire (interprétation
après la magnétisation)
Tête de l'opérateur positionné du mêmecôté que la spire, mais un peu
sur le côté (pas juste en face de la spire)(interprétation après la magnétisation)
Tête de l'opérateur appliquantle révélateur, les câbles étant suspendus
sous la roue
Tête de l'opérateur appliquantle révélateur
3400 A/m
3400 A/m
3400 A/m
3400 A/m
4000 A/m
POSITIONDES CÂBLES
CHAMPMAGNÉTIQUE
SUR LEMÉTAL
Roue à axevertical
Roue à axehorizontal(0 environ
2,5 m)
Roue à axehorizontal(0 environ
2.5 m)
Roue à axehorizontal(02,67 m)
Roue à axevertical
•
II·"t
MÉTHODE PAR TOUCHE METHODE PAR SPIRE
Reproductibilité des contrôles
Couverture de la zone à examiner
Nombre de manipulations de la tête d'aimantationpour couvrir la zone à examiner
Manipulations et postures de travail
Risque d'amorçage par arc électrique sur la pièce
Échauffement des càbles
Puissance du générateur
Phase d'interprétation et de détection des fissures
Exposition de l'opérateur au champ magnétique 50 Hz
1 dizaine
Oui
Oui (peut nécessiter l'interruptiondu contrôle)
Plus faible
Pendant la magnétisation
> VA basse pour certaines positions
+
+
1 à 3
+
Non
Non (intensité plus faible)car longueur plus importante
Plus importante
Après la phase de magnétisation(pas de contact avec les câbles)
~ VA basse
136