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