Brevet FR2791170A1 — publié le 20000922

L'invention concerne un procédé et un dispositif de contrôle de la pré- sence d'un joint d'étanchéité métallique dans une connexion et en particulier dans un connecteur d'une ligne de mesure de température par thermocou- ple dans la cuve d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. Les réacteurs nucléaires à eau sous pression comportent une cuve renfermant le coeur du réacteur nucléaire, dans laquelle circule l'eau de re- froidissement sous pression du réacteur nucléaire qui traverse le coeur du réacteur nucléaire à l'intérieur de canaux de circulation délimités entre les éléments combustibles du coeur. Pour assurer un contrôle du fonctionnement du réacteur nucléaire, il est nécessaire d'effectuer des mesures de température de l'eau de refroidis- sement du réacteur nucléaire, ceci en différents points du coeur du réacteur. En particulier, ce contrôle est nécessaire dans le cas d'un incident ou d'un accident modifiant le fonctionnement du circuit de refroidissement du réacteur nucléaire. Il est alors nécessaire d'évaluer en continu la tempéra- ture dans le coeur du réacteur nucléaire, pour suivre son évolution. Cette fonction est particulièrement importante dans le cas d'un accident majeur tel que la rupture d'une tuyauterie du circuit primaire de refroidissement, à l'intérieur de l'enceinte de sécurité du réacteur nucléaire. Il est donc néces- saire de disposer de moyens de mesure de la température du coeur du réacteur nucléaire qui puissent fonctionner de façon fiable pour indiquer une répartition exacte de la température dans le coeur. Les températures du coeur du réacteur nucléaire sont mesurées par des sondes de mesure de température, telles que des thermocouples, qui sont disposées au-dessus du coeur du réacteur nucléaire. Le câble relié à la sonde ou les fils du thermocouple traversent le couvercle de fermeture de la cuve, de manière étanche, à l'intérieur de dispositifs de traversée tubulaires du couvercle de cuve appelés adaptateurs. Les thermocouples sont intégrés à des colonnes de thermocouples qui sont introduites à l'intérieur des adaptateurs de traversée du couvercle de la cuve. A l'extérieur de la cuve, dans l'enceinte de confinement du réacteur nucléaire, les fils de thermocouple sont reliés chacun, par l'intermédiaire d'une connexion et d'un câble de liaison, à une unité de traitement et d'enregistrement des signaux de température qui est destinée à fournir en permanence des indications sur les températures à la sortie du coeur et sur leur répartition. Le câble de liaison, qui constitue avec le thermocouple une ligne de mesure, traverse la paroi de l'enceinte de sécurité du réacteur nu- cléaire de manière étanche, par l'intermédiaire d'un dispositif de pénétration. De manière à assurer une connexion étanche entre le thermocouple et le câble de liaison, un joint d'étanchéité métallique, généralement en ar- gent, est disposé entre les connecteurs mâle et femelle constituant ladite connexion. Dans le cas d'un accident sur le circuit primaire se traduisant par une fuite d'eau de refroidissement et un dégagement de vapeur dans l'enceinte de confinement, les joints d'étanchéité des connecteurs permettent aux con- nexions d'être étanches et d'assurer la validité des mesures de température délivrées par les thermocouples. Pour effectuer le rechargement du coeur du réacteur nucléaire, par remplacement d'assemblages de combustible usés ou défectueux, il est né- cessaire d'arrêter et de refroidir le réacteur nucléaire et d'enlever le couver- cle de la cuve pour donner accès au coeur du réacteur nucléaire. Pour per- mettre l'enlèvement du couvercle de la cuve, il est nécessaire de décon- necter les lignes de mesure, pour séparer les cables de mesure solidaires du couvercle de la cuve des câbles de liaison traversant l'enceinte de confi- nement du réacteur nucléaire. A la fin des opérations de rechargement du réacteur nucléaire, le couvercle de la cuve est remis en place et les con- nexions des lignes de mesure de température sont rétablies. Lorsqu'on réa- lise la connexion de chacune des lignes de mesure, il est nécessaire de mettre en place, à l'intérieur de chacun des connecteurs, un joint d'étanchéité neuf. Du fait de l'accessibilité réduite et des conditions radiologiques liées à l'opération de connexion, la mise en place d'un joint neuf dans certains con- necteurs peut être omise accidentellement. Dans ce cas, lors d'un accident éventuel survenant ultérieurement sur le circuit primaire du réacteur nu- cléaire, la vapeur d'eau se dégageant dans l'enceinte de confinement du réacteur nucléaire peut venir en contact avec les broches des connecteurs ne comportant pas de joint d'étanchéité. Dans ce cas, la ligne de mesure concernée n'est plus opérationnelle, la mesure de température étant alors totalement invalide. On ne dispose alors que d'informations incomplètes sur la répartition de la température dans le coeur, à la suite d'un accident sur le circuit de refroidissement. On ne connaissait pas jusqu'ici de procédé et de dispositif permettant d'effectuer de manière absolument sûre et très rapide le contrôle de la pré- sence de joints d'étanchéité métalliques dans les connexions des lignes de mesure du réacteur nucléaire ou plus généralement de lignes électriques. L'invention est donc relative à un procédé de contrôle de la présence d'un joint d'étanchéité métallique dans une connexion d'une ligne électrique d'un réacteur nucléaire qui permette de déterminer de manière très rapide et absolument sûre si des joints d'étanchéité ont été remis en place dans cha- cun des connecteurs de lignes électriques telles que des lignes de mesure de température, à l'issue d'une opération ayant entraîné le démontage du couvercle de la cuve du réacteur nucléaire ou d'une opération de contrôle des lignes de mesure de température. Dans ce but, on engage autour de la connexion un bobinage annu- laire, on déplace le bobinage suivant l'axe de la connexion, on alimente le bobinage en courant alternatif, on mesure l'impédance du bobinage et on compare l'impédance mesurée à une référence. L'invention est également relative au dispositif de contrôle comportant un bobinage de mesure réalisé de manière à pouvoir être engagé très faci- lement et très rapidement autour d'une ligne de mesure. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation d'un dispositif de contrôle suivant l'invention et sa mise en oeuvre pour le contrôle de la présence de joints d'étanchéité sur les lignes de me- sure de température d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. La figure 1 est une vue schématique en élévation et en coupe par- tielle d'une partie d'un réacteur nucléaire à eau sous pression et des lignes de mesure de température de ce réacteur. La figure 2 est une vue de dessus d'un dispositif de contrôle à courant de Foucault permettant de mettre en oeuvre le procédé de l'invention. La figure 3 est une vue en coupe suivant 3-3 du dispositif représenté sur la figure 2. Les figures 4A et 4B sont des représentations des signaux de la sonde à courants de Foucault, dans le cas du contrôle d'un connecteur ne renfermant pas de joint d'étanchéité. Les figures 5A et 5B sont des représentations des signaux de la sonde à courants de Foucault, dans le cas du contrôle d'un connecteur ren- fermant un joint d'étanchéité. Sur la figure 1, on a représenté la cuve d'un réacteur nucléaire dési- gnée de manière générale par le repère 1 qui renferme le coeur 2 du réac- teur nucléaire constitué par des assemblages de combustible 8 disposés verticalement et de manière adjacente. Le réacteur nucléaire comporte un ensemble de mesure de la tempé- rature de l'eau de refroidissement circulant dans la cuve 1 du réacteur, à la sortie des canaux de refroidissement, au-dessus du coeur 2. L'ensemble de mesure de la température à la sortie du coeur comporte une pluralité de sondes de mesure 3 qui peuvent être constituées par des thermocouples dont les soudures chaudes 7 sont disposées au-dessus du coeur, à la sortie des canaux de circulation d'eau de refroidissement. Les thermocouples 3 traversent le couvercle 6 de la cuve du réacteur nucléaire à l'intérieur de tubes de traversée 5 appelés adaptateurs. Les thermocouples 3 sont associés à des colonnes de thermocouples qui traver- sent de manière étanche le couvercle de la cuve 6, à l'intérieur des adapta- teurs 5. Les thermocouples 3 sont reliés, chacun, par l'intermédiaire de câbles de mesure 9, de connexions 10 et de câbles de liaison 12, à une unité 11 de traitement des signaux des sondes de mesure de température disposée dans un local du réacteur nucléaire situé à l'extérieur de l'enceinte de confi- nement délimitée par la paroi 13. Par exemple, I'unité de traitement 11 peut être disposée à l'intérieur de la salle de commande du réacteur nucléaire. Les câbles de liaison 12 de chacune des lignes de mesure 15 comportant une sonde de mesure ou un thermocouple traversent la paroi 13 de l'enceinte de sécurité, d'une manière totalement étanche, par l'intermédiaire d'un dispositif de traversée 14. Entre les deux éléments de la connexion 10, est disposé un joint d'étanchéité métallique 16, couvert par exemple d'un dépôt d'argent qui permet d'isoler de manière totalement étanche les broches des connecteurs mâle et femelle constituant ladite connexion. Avant d'effectuer le démontage du couvercle 6 de la cuve 1, par exemple pour effectuer le rechargement du coeur 2 du réacteur, on ouvre la ligne de mesure 15, en déconnectant les connecteurs de ces lignes de me- sure. Après avoir effectué une opération telle que le rechargement à l'intérieur de la cuve du réacteur nucléaire, on remet le couvercle 6 de la cuve en place et on ferme les lignes de mesure 15 en connectant les parties mâle et femelle des connexions 10. Chacune des connexions 10 doit être équipée d'un nouveau joint d'étanchéité 16. Après avoir reconnecté l'ensemble des lignes de mesure et avant le redémarrage du réacteur nucléaire, il est nécessaire de vérifier que chacune des connexions 10 a bien été équipée d'un joint d'étanchéité 16. Pour cela on met en oeuvre le procédé de l'invention qui consiste à engager autour de la connexion 10 un bobinage électrique de forme annu- laire constituant une sonde à courants de Foucault. On alimente la sonde à courants de Foucault en courant électrique alternatif, généralement à haute fréquence, et on mesure l'impédance du bobinage pendant qu'on le déplace dans la direction axiale de la connexion avec la sonde. L'impédance du bo- binage est influencée par l'absence ou par la présence d'un élément métalli- que tel que le joint métallique 16 à l'intérieur de la connexion. En comparant les signaux d'impédance mesurés à un signal de référence relatif à une con- nexion renfermant un joint métallique d'étanchéité, on parvient sans peine et très rapidement, au vu d'un enregistrement de l'impédance, à déterminer si un joint d'étanchéité est effectivement présent dans la connexion. Une des difficultés de mise en oeuvre du procédé selon l'invention est relative à la mise en place d'un bobinage à courants de Foucault dans une position encerclante autour d'une connexion d'une ligne de mesure qui a été raccordée et qui n'est pas accessible par l'une ou l'autre de ses extrémités. Sur les figures 2 et 3, on a représenté un dispositif de contrôle suivant l'invention comportant une sonde à courants de Foucault qui peut être faci- lement mise en place dans une position encerclante autour d'une connexion d'une ligne de mesure après le raccordement de cette ligne de mesure. Le dispositif à courants de Foucault, représenté sur la figure 2, com- porte principalement le capteur proprement dit désigné de manière générale par le repère 17 et un appareil à courants de Foucault 18 relié au capteur 17 par un câble de mesure et d'alimentation 19 passant à l'intérieur d'une gaine souple. L'appareil à courants de Foucault 18, qui est un appareil du com- merce, [par exemple l'appareil RD TECH TC 6700 ou l'appareil HOCRING PHASEC 2200], permet le traitement et la mémorisation des signaux de me- sure. Cet appareil comprend des moyens de visualisation ou d'affichage de la réponse du capteur à courants de Foucault 17 déplacé dans la direction axiale de la connexion. Le capteur 17 comporte un bobinage électrique 20 constituant un capteur à courants de Foucault présentant une forme globale annulaire (ou torique). Le bobinage annulaire 20 est interrompu par une fente de direction sensiblement radiale 21 s'étendant dans la direction circonférentielle entre deux parties d'extrémité circonférentielles du bobinage et débouchant dans l'espace interne du bobinage. Le bobinage 20 est fixé, par l'intermédiaire de flasques, entre un corps inférieur de sonde 22 et un corps supérieur 23 qui présentent eux-mêmes la forme d'anneaux toriques interrompus par une fente radiale de même largeur que la fente 21 du bobinage 20. La largeur de la fente 21 et des fentes correspondantes des corps 22 et 23 de la sonde est de quelques millimètres, par exemple 4 ou 5 mm. Le bobinage 20, le corps inférieur de sonde 22 et le corps supérieur de sonde 23 en matériau métalli- que sont fixés à l'extrémité d'un manche creux 24 fermé à sa partie supé- rieure par une plaque support 25 dont l'extrémité est fixée sur le corps supé- rieur 23 de la sonde. Le bobinage électrique 20 du capteur à courants de Foucault est ali- menté par un câble coaxial 26 passant à travers l'ouverture du manche 24 de direction longitudinale. Des diodes électroluminescentes 27 sont fixées sur le manche 24 et sur la plaque support 25 du capteur 17 et reliées à un conducteur 28. Les fentes radiales d'ouverture du bobinage 20 et des corps de sonde 22 et 23 sont superposées dans la position assemblée du capteur 17. L'ensemble constitué par le bobinage 20 et les corps de sonde 22 et 23 pré- sente donc une ouverture radiale permettant d'engager un élément d'un diamètre inférieur à la largeur de la fente 21, tel qu'un câble d'une ligne de mesure, à l'intérieur de l'espace interne du bobinage 20 et des corps de sonde 22 et 23. Pour réaliser le contrôle de la présence d'un joint d'étanchéité 16 dans un connecteur 10 d'une ligne de mesure 15, comme représenté sur la figure 1, on engage, par l'intermédiaire des fentes du bobinage 20 et des corps de sonde 22 et 23, la partie d'extrémité du capteur 17 en forme d'anneau interrompu, autour du câble de liaison 12 ou autour du câble de mesure 9 de la ligne de mesure15. On alimente le bobinage électrique 20 de la sonde en courant alter- natif à haute fréquence, par exemple en un courant ayant une fréquence d'excitation de 7 kHz. On déplace ensuite, de manière manuelle, le capteur 17, le long de la ligne de mesure 15, en direction de la connexion 10. On engage la partie d'extrémité de forme annulaire interrompue du capteur 17, autour de la con- nexion 10, dans une position encerclante. On déplace le capteur 17 encer- clant la connexion 10, dans la direction longitudinale de la ligne de mesure, de manière à balayer la connexion sur toute sa longueur dans sa direction axiale. Préalablement à l'engagement du capteur en position encerclante autour de la ligne de mesure 15, on effectue un équilibrage de l'appareil à courants de Foucault 18, le capteur étant dans l'air, en l'absence de tout élément dans l'espace interne du bobinage 20. On effectue également un étalonnage de la sonde, en déplaçant le capteur suivant la longueur d'une connexion de référence comportant un joint d'étanchéité métallique 16. On obtient ainsi, par l'intermédiaire de l'appareil à courants de Foucault 18, le signal étalon caractéristique d'une connexion comportant un joint d'étanchéité. Les signaux correspondants ont été représentés sur les figures 5A et B. Durant le déplacement du capteur 17 du dispositif de contrôle à cou- rants de Foucault dans une position encerclante autour d'une connexion 10 placée sur une ligne de mesure 15, comme décrit plus haut, on enregistre, par l'intermédiaire de l'appareil à courants de Foucault 18, le signal repré- sentatif de l'impédance du bobinage 20 du capteur dans une position encer- clante par rapport à la connexion 10. Les courbes des figures 4A et 5A représentent le signal d'impédance de la sonde à courants de Foucault dans un plan XY, dans le cas o la con- nexion 10 ne renferme pas de joint d'étanchéité et dans le cas o la con- nexion 10 renferme un joint d'étanchéité. Le signal représenté sur la figure 5A est identique au signal de réfé- rence qui représente l'impédance du bobinage engagé sur une connexion de référence contenant un joint d'étanchéité. Le signal représenté sur la figure 4A se distingue parfaitement du si- gnal de référence de la figure 5A par le fait qu'il ne comporte pas de partie négative en-dessous de l'axe X. Les figures 4B et 5B représentent respectivement les composantes actives X et les composantes réactives Y des signaux d'impédance dans le cas d'une connexion dépourvue de joint d'étanchéité et dans le cas d'une connexion équipée d'un joint d'étanchéité, respectivement. Dans le cas de la présence d'un joint dans la connexion, le signal de la composante réactive présente une partie négative due à la présence du joint. Dans le cas o la composante active et réactive du signal ne présente pas de partie négative, on peut en déduire que la connexion ne comporte pas de joint d'étanchéité. Le procédé suivant l'invention permet donc de réaliser de manière très rapide et très simple le contrôle de la présence d'un joint dans la con- nexion. La mise en place en position encerclante du bobinage du capteur autour de la connexion peut être réalisée de manière très rapide et très sim- ple grâce à la réalisation du bobinage sous la forme d'un anneau fendu. Bien que le mode de réalisation du détecteur qui vient d'être décrit soit un mode de réalisation préférentiel, il est possible de réaliser le détecteur sous une autre forme de manière à permettre sa mise en place en position encer- clante autour d'une connexion d'une ligne de mesure. On peut par exemple utiliser un détecteur dont le bobinage comporte deux parties complémentaires, par exemple en forme de demi-anneaux, qui sont reliées à l'une de leurs extrémités par une articulation, de sorte que le bobinage peut être placé dans une position ouverte par écartement des deux parties articulées en forme de demi-anneaux ou dans une position fer- mée en rabattant l'une contre l'autre les deux parties du bobinage en forme de demi-anneaux. Le bobinage du détecteur est engagé en position ouverte autour de la connexion de la ligne de mesure puis refermé de manière à en- cercler la connexion. On réalise alors la mesure d'impédance, comme pré- cédemment, en alimentant le bobinage par un courant alternatif à haute fré- quence. On pourrait également utiliser un capteur dont le bobinage est mis en place autour de la connexion, avant de réaliser la connexion de la ligne de mesure. Le détecteur peut être retiré par la suite de manière destructive, par exemple par découpage. L'utilisation de détecteurs dont le bobinage peut être placé en position d'ouverture ou de fermeture ou de détecteurs à bobinage consommable ou encore de détecteurs d'autres types qui peuvent être mis en place autour d'un connecteur d'une ligne de mesure qui n'est pas accessible par l'une ou l'autre de ses extrémités peut être envisagée pour la mise en ceuvre de l'invention. Le bobinage du détecteur peut être constitué d'une seule bobine ou de plusieurs bobines, par exemple deux bobines en forme de portions d'anneau assemblées l'une à l'autre. Enfin, I'invention s'applique non seulement au contrôle des lignes de mesure de température des réacteurs nucléaires, mais encore à toute ligne électrique et plus particulièrement aux lignes de mesure d'un réacteur nu- cléaire qui ne sont pas accessibles par leurs extrémités. REVENDICATIONS 1.- Procédé de contrôle de la présence d'un joint d'étanchéité métalli- que (16) dans une connexion (10) d'une ligne électrique (15) d'un réacteur nucléaire, caractérisé par le fait qu'on engage autour de la connexion (10) un bobinage annulaire (20), qu'on alimente le bobinage (20) en courant électrique alternatif, qu'on déplace le bobinage suivant l'axe de la con- nexion, qu'on mesure l'impédance du bobinage (20) et qu'on compare l'impédance mesurée à une référence. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise un bobinage de forme annulaire comportant une discontinuité consti- tuée par une fente radiale (21) débouchant dans un espace interne du bobi- nage, de forme annulaire, qu'on engage le bobinage (20) autour d'une partie (9, 12) de la ligne électrique (15), par passage de la partie (9, 12) de la ligne électrique (15) à l'intérieur de la fente (21), qu'on déplace, le long de la ligne électrique (15), le bobinage (20) dans la direction de la connexion (10), jus- qu'à placer le bobinage (20) dans une position encerclante autour de la con- nexion (10), qu'on déplace le bobinage (20) dans une direction longitudinale axiale de la connexion (10) et qu'on enregistre au moins un signal d'impédance du bobinage (20) alimenté en courant alternatif, pendant son déplacement dans la direction longitudinale de la connexion (10). 3.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, ca- ractérisé par le fait qu'on enregistre une composante active (X) et une com- posante réactive (Y) du signal d'impédance et qu'on compare la partie active (X) du signal d'impédance et la partie réactive (Y) du signal d'impédance à des références établies par mesure d'impédance du bobinage placé dans une position encerclante autour d'une connexion de référence renfermant un joint d'étanchéité métallique. 4.- Procédé de contrôle suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la ligne électrique (15) est une ligne de me- sure de température dans une partie de sortie du coeur (2) d'un réacteur nu- cléaire à eau sous pression. 5.- Dispositif de contrôle de la présence d'un joint d'étanchéité métal- lique (16) dans une connexion (10) d'une ligne électrique (15) d'un réacteur nucléaire, caractérisé par le fait qu'il comporte un capteur à courants de Foucault (17) comprenant un bobinage (20) ayant une forme annulaire pré- sentant une discontinuité constituée par une fente radiale (21). 6.- Dispositif de contrôle suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que le bobinage (20) du capteur à courants de Foucault est fixé entre deux corps (22, 23) en forme d'anneaux discontinus interrompus par une fente radiale, les fentes radiales du bobinage (20) et des corps (22, 23) étant placées dans des positions superposées. 7.- Dispositif de contrôle suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que le bobinage (20) et les corps (22, 23) entre lesquels est disposé le bobinage (20) sont fixés à l'extrémité d'un manche (24) de forme creuse dans lequel passe un câble (26) d'alimentation du bobinage (20) et de re- cueil de signaux du bobinage (20). 8.- Dispositif de contrôle suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que le câble (26) d'alimentation et de recueil de signaux passant à l'intérieur du manche (24) du capteur (17) à courants de Foucault est relié à une première extrémité au bobinage (20) et à une seconde extrémité à un appareil à courants de Foucault (18) permettant le traitement et la mémori- sation des signaux du bobinage (20) du capteur (17) à courants de Foucault.