Mesure de vibrations pour la détection d'anomalies mécaniques

Pour remplir correctement ses fonctions d'ouverture et de fermeture sous diverses conditions de courant et tension, le disjoncteur doit manœuvrer très rapidement. En effet, la durée des manœuvres d'un disjoncteur à haute tension est de l'ordre de quelques centièmes de seconde (i.e. 3 à 6 cycles). Les différents composants du mécanisme d'opération sont alors soumis à des vitesses et accélérations élevées. En fin de course, des contraintes élevées sont aussi exercées sur tous les composants car les contacts doivent s'arrêter brusquement avec un minimum de rebondissement. Tout ce processus génère alors des accélérations et décélérations élevées qui mettent à rude épreuve les différents composants du mécanisme d'opération.

Comme l'oreille humaine peut détecter un moteur qui ne tourne pas rond ou l'oreille d'un chien peut détecter des bruits insolites dans une plage de fréquence encore plus grande, la méthode de diagnostics vibro-acoustiques se révèle une méthode très efficace pour détecter des anomalies mécaniques sur les disjoncteurs. Des accéléromètres positionnés judicieusement combinés à un système d'acquisition capable d'échantillonner le signal à des fréquences de plus de 150 kHz peuvent fournir de l'information précieuse sur la condition mécanique du mécanisme d'opération. Les vibrations générées lors des manœuvres du disjoncteur se traduisent donc en un signal d'accélération ayant un riche contenu fréquentiel et d'amplitude variable selon les différents événements mécaniques se produisant lors des manœuvres. Par la suite, il suffit de comparer le signal mesuré avec un signal de référence correspondant à une signature normale prise lors de la mise en service du disjoncteur ou sur un autre mécanisme du même type, mais en bon état. Un logiciel dédié a été développé pour faire cette analyse en déterminant des écarts en amplitude (ΔA) et en temps (Δt) qui sont comparés à des niveaux d'alarme.

La figure 1 montre un exemple de signaux vibratoires mesurés sur un mécanisme à ressorts défectueux. Dans cet exemple, on peut clairement observer un événement décalé par rapport au signal de référence nous permettant de soupçonner une anomalie mécanique. En effet, suite au démontage du mécanisme, on a observé un engrenage sévèrement déformé. L'expérimentation de la méthode à Hydro-Québec a permis de détecter d'autres anomalies mécaniques sur des disjoncteurs à haute tension:

- début de dévissement ou d'arrachement d'une bielle de commande;

- bas niveau d'huile dans l'amortisseur de fermeture d'un mécanisme à ressorts;

- début de dévissement d'un contact auxiliaire de fermeture.