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Pour s’assurer du bon fonctionnement d’un transformateur, de nombreux composants (les enroulements, les parties isolantes, les cordons, le noyau magnétique) sont à tester. Il est également important d’effectuer des tests sur le fonctionnement diélectrique, magnétique, thermique ou mécanique du transformateur. Les accessoires ont aussi besoin de subir des évaluations. C’est notamment le cas des parafoudres, des régleurs en charge ou des traversées. Chaque partie, chaque composant, puis le transformateur dans son ensemble nécessitent de subir des tests. Ceux-ci s’effectuent sur place pour évaluer le bon fonctionnement de l’ensemble de l’appareil. Chacun des tests spécifiques s’additionne pour obtenir une évaluation globale. Ces diagnostics comportent des avantages, mais parfois quelques inconvénients. Certains tests sur place fournissent des informations sur de nombreux composants qui peuvent orienter sur d’autres examens plus spécifiques. Il est donc important de réaliser les tests de façon grouper pour obtenir une analyse ciblée additionnée à une étude finale dans la globalité du transformateur. Pour savoir quels tests privilégier, la détermination du but de ces derniers orientera le choix. Par exemple, les tests sont différents en cas d’un dépistage de routine, de diagnostic spécifique ou d’essai pour la mise en service.
Le noyau a un rôle important au sein d’un transformateur. Il permet de canaliser le flux à l’aide d’un tracé magnétique qu’il propose. Avec une conception de noyau plus élaboré et des matériaux à fort taux de perméabilité, le flux au noyau est mieux concentré, mieux diriger. Ainsi s’ouvre une ligne directrice avec peu de réticence au flux.
Un noyau de transformateur se compose de petites lames magnétiques de tôle. Ces dernières sont isolées les unes des autres électriquement, mais pas magnétiquement grâce à des matières isolantes très fines.
Au sein d’un transformateur, le noyau reste une source de chaleur. Plus sa taille est conséquente et plus le transformateur nécessite des canaux de refroidissement. En cas de soucis au niveau des tôles présentes dans le noyau, les courts-circuits consécutifs multiplient les possibilités de surchauffe de ce dernier ainsi que les pertes.
L’ensemble des structures mécaniques qui soutiennent le noyau sont isolées de ce dernier. Le noyau est alors rattaché au sol à un endroit spécifique. En cas de noyau plus conséquent, avec des segments séparés les uns des autres avec un système de refroidissement, un système de fixation permet de connecter les segments et de fixer l’élément final au sol solidement.
Le rôle du noyau n’est pas de transporter le courant, pourtant c’est un conducteur. Alors, il peut emmagasiner de la puissance, surtout avec un système d’enroulement interne lors de l’alimentation du transformateur. Ce dernier encourt un risque de surcharge et donc d’endommagement de l’ensemble du système et des composants.
Pour pallier un renforcement de la puissance du noyau, le lien vers la terre agit comme une protection. De plus, ce lien au sol préserve le transformateur en cas de problèmes liés à l’isolation entre le noyau et les enroulements. Pour s’assurer d’un contrôle d’un tel problème et de pouvoir réagir rapidement en cas de soucis, le lien à la terre du noyau est nécessaire. Cette attache s’effectue en un point unitaire avec le sol.
La majorité des problèmes en rapport avec les noyaux de transformateurs se retrouvent avec un défaut de contact avec le sol. Cela peut venir de problème d’isolation, de mauvaises conceptions du transformateur, d’une surchauffe ou d’un problème d’ancrage au sol du noyau. Différents tests électriques permettent d’obtenir de très nombreuses informations sur le noyau du transformateur. Ainsi, de nombreux problèmes à court, moyen ou long terme peuvent être évités.
Dans un transformateur, les enroulements correspondent à des conducteurs qui s’enroulent autour du noyau magnétique de l’appareil. Ils sont isolés les uns des autres par des feuilles de papier. Pour connecter les enroulements les uns aux autres, le conducteur d’enroulement fonctionne de manière isolée. Ce dernier connecte également un enroulement avec une borne de sortie ou un régleur en charge. Pour permettre un fonctionnement optimal, l’ensemble des enroulements et des cordons nécessitent un isolement parfait, mais également un maintien et une solution de refroidissement.
Selon les spécialistes, la majorité des défauts rencontrés dans les transformateurs sont liés à une anomalie des enroulements. La principale cause d’un dysfonctionnement de l’enroulement reste un problème d’isolation. Les causes sont multiples. Ce peut être une surchauffe, une surtension dans le système, des vibrations externes, l’humidité ou tout simplement un stress mécanique causé par différentes lacunes.
Généralement, l’isolation dans un transformateur est assurée par de l’huile associée à de la cellulose.
La cellulose est conçue de carton compressé et de papier. Elle compose l’isolation solide du transformateur avec une structure mineure et une autre majeure. La structure d’isolation mineure se compose d’enroulements. La majeure correspond aux attaches, aux entretoises, mais aussi aux différentes barrières dans l’appareil.
L’isolation solide offre trois avantages capitaux. Elle permet dans un premier temps d’obtenir des circuits de refroidissement de l’huile, de soutenir les enroulements grâce à un rôle mécanique et surtout d’isoler les composants à différentes tensions en stockant la charge électrique si le transformateur est sous alimenté.
Le liquide doit remplir tous les espaces vides pour compléter le rôle d’isolation de la cellulose. Ainsi, elle offre un refroidissement suffisant du transformateur et propose une puissance diélectrique, protégeant le noyau et l’ensemble des enroulements. De plus, l’huile permet de limiter l’oxydation des composants en réduisant le contact avec l’oxygène avec ces derniers.
Il est possible de tester l’huile qui permet de rendre compte de l’état du transformateur. Ainsi, elle fournit de nombreux éléments sur l’état des composants, mais également sur la capacité d’isolation au sein du transformateur.
Un parafoudre offre une protection en cas de surtension passagère. Il se raccorde avec le conducteur de phase, en amont de son raccord avec un transformateur. Pour offrir un chemin de faible impédance s’il existe une surtension occasionnelle, le parafoudre est raccordé à la terre. Dans le cas d’un fonctionnement normal, d’une tension attendue, ce composant offre une isolation séparant le sol et le conducteur de phase. On retrouve majoritairement deux types de parafoudre sur le terrain : à varistance et à oxyde métallique ils sont à inspecter régulièrement.
Parfois, dans des conceptions anciennes, on retrouve un parafoudre au carbure de silicium. Certains sont encore utilisés aujourd’hui et il demande la plus grande attention. En effet, il est préférable de changer ce parafoudre au bout de 25 ans. Le défaut de ce parafoudre est de laisser passer l’humidité avec l’usure. Il peut donc être nécessaire de le changer bien avant.
Dans un TCB, le TC est positionné autour de la bride de la traversée. Cette dernière peut se retrouver à l’extérieur ou directement dans la cuve principale. Le transformateur de courant type Bushing a un arrangement particulier. Il possède une partie principale toroïdale liée à un enroulement secondaire. La partie centrale de la traversée comporte uniquement la spire principale.
La majorité des tests s’effectue au niveau de l’enroulement secondaire qui est accessible au niveau du boitier de contrôle du TCB.
Généralement, les TCB sont installés pour permettre une transmission efficace. Ainsi, il protège un circuit ou dose la transmission. Toutefois, dans les deux cas, il n’est pas recommandé de saturer un TCB. En effet, il peut être endommagé si le courant de sortie secondaire possède une amplitude plus basse que prévu. Le TCB n’offre donc pas, dans ce cas, une réplique réduite du courant entrant. Le système de protection risque alors d’être détérioré.
En cas de défaut d’un transformateur de courant, ce dernier saturera plus rapidement et le TCB ne pourra plus effectuer la détection de défauts en matière de courant. Cette saturation est souvent liée à un magnétisme excessif et il faudra alors démagnétiser le noyau pour l’ôter du transformateur.
Pour faciliter le passage d’un conducteur amenant du courant au sein de la cuve du transformateur lié au sol, il existe une structure isolante, la traversée du transformateur. On retrouve généralement deux types de conception de traversées isolantes : avec le conducteur en son centre et avec un conducteur séparé ou tige de traction. Ces deux types peuvent être conçus en pièce de répartition capacitive (condensateur) ou solide.
Les traversées solides s’associent généralement à de basses tensions et sont composées de polyépoxyde ou de porcelaine. Pour améliorer l’isolation, la présence d’huile minérale est nécessaire. Elle permet une isolation supplémentaire entre le conducteur et la partie isolante solide. Ce peut être une huile spécifique à la traversée ou une huile commune avec le transformateur.
En cas de tension plus élevée, les traversées à répartition capacitive sont l’option idéale pour les enroulements présents dans les transformateurs à haute tension. Dans ce système, la succession de couches conductrices avec l’isolation s’effectue à des intervalles radiaux déterminés. Ainsi le sol reste lié avec le centre de la traversée grâce à la création d’éléments capacitifs. Ce système a pour objectif de limiter le champ de tension entourant le conducteur permettant la distribution d’une tension plus uniforme au sein du système d’isolation de la traversée.
De l’huile minérale est généralement nécessaire dans ce système pour parfaire l’isolation. En effet, la matière isolante utilisée dans une traversée à répartition capacitive se compose de papier spécifique. Ce dernier peut être lié à de la résine, de l’huile ou rester sec pour isoler la traversée.
De nombreuses causes de défaillances d’un transformateur sont liées à un défaut des traversées isolantes. Il est donc crucial de pouvoir étudier et analyser ces dernières pour ne pas compromettre toute une installation. Les nombreux tests permettent de détecter de nombreux défauts et complications du système comme de la corrosion, des courts-circuits au sein des couches de répartition capacitive, un défaut de lien au sol. De plus, il n’est pas rare de retrouver des problèmes d’humidité qui entre dans le système en cas de défaut des traversées isolantes.
De nombreux tests permettent de pérenniser un transformateur et de l’utiliser en toute sécurité. Faites confiance à des spécialistes pour effectuer de nombreux tests sur les transformateurs et vous proposer les solutions efficaces pour maintenir un niveau de performance de vos équipements.
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