Test de performances d'isolation et d'élévation de température d'un transformateur immergé dans l'huile de 1 000 kVA

Dans la distribution d'énergie, la fiabilité d'un transformateur est établie par des tests. Pour un transformateur immergé dans l'huile de 1 000 kVA-, deux propriétés déterminent la durée de vie et la sécurité de l'unité : l'intégrité du système d'isolation et l'échauffement sous charge nominale. Les deux sont vérifiés par des tests standard, principalement ceux définis dans la norme CEI 60076, et tous deux doivent être examinés attentivement lorsqu'un transformateur est spécifié pour un service extérieur ou industriel.

Pourquoi les tests d'isolation et d'élévation de température sont importants

Le système d'isolation d'un transformateur immergé dans l'huile combine une isolation liquide (huile de transformateur) et une isolation solide (papier de cellulose et carton pressé). Il doit résister non seulement à la tension de fonctionnement continue, mais également aux surtensions transitoires- dues à la foudre et aux surtensions de commutation. Les tests d'échauffement, à leur tour, prouvent que le transformateur peut supporter sa charge nominale sans que l'isolation ne se dégrade prématurément : la chaleur générée par la perte de charge dans les enroulements et par l'absence de perte de charge dans le noyau doit être dissipée par le système de refroidissement afin que la température du point chaud reste dans les limites qui protègent l'isolation en papier.

Le système d'isolation d'un transformateur immergé dans l'huile de 1 000 kVA

L'huile remplit deux fonctions : elle isole les enroulements les uns des autres et du réservoir, et elle transporte la chaleur vers la surface de refroidissement. L'isolation solide (papier, carton pressé et autres produits cellulosiques) constitue la structure mécanique et diélectrique de l'isolation du bobinage. Deux détails de fabrication sont essentiels à la qualité de l’isolation :

Le remplissage d'huile sous vide poussé-élimine l'air et l'humidité de l'isolation avant que l'huile ne soit admise, éliminant ainsi les poches d'air qui pourraient déclencher une décharge partielle.

L'enroulement de précision contrôle la tension et l'espacement des couches des conducteurs afin que l'isolation en papier soit appliquée uniformément et que l'enroulement soit mécaniquement stable.

L'huile minérale de haute-pureté avec une rigidité diélectrique élevée constitue une barrière solide contre les pannes électriques, et la stabilité à l'oxydation de l'huile maintient les performances d'isolation stables pendant de nombreuses années de service.

Test d'élévation de température selon CEI 60076

Pendant le test d'échauffement, le transformateur est chargé avec sa perte totale (pas de-charge plus perte de charge) de sorte que les températures à l'état stable-sont atteintes, et l'augmentation de la température de l'huile supérieure-et l'augmentation moyenne de la température de l'enroulement sont mesurées. La CEI 60076 fixe les limites typiques :

Augmentation de la température de l'huile supérieure- : 60 K au-dessus de la température ambiante.

Élévation moyenne de la température des enroulements : 65 K au-dessus de la température ambiante.

Ces limites correspondent à une température de point chaud de conception-qui empêche l'isolant cellulosique de devenir cassant, qui constitue le principal mécanisme de vieillissement du système d'isolation. Un transformateur qui reste dans ces limites pendant le test offrira la durée de vie attendue à sa charge nominale. Pour des températures ambiantes plus élevées, l'élévation admissible doit être réduite en conséquence ou la surface de refroidissement agrandie.

Composants qui contrôlent les performances thermiques

Pour réussir le test d'échauffement, plusieurs parties du transformateur doivent être conçues comme un système :

Radiateurs et ailettes de refroidissement : leur surface est calculée à partir de la perte totale et de la température ambiante, et ils constituent le principal chemin d'évacuation de la chaleur dans le refroidissement ONAN (Oil Natural, Air Natural).

Huile de transformateur : le fluide caloporteur- ; sa viscosité et ses propriétés thermiques déterminent le taux de circulation naturel.

Le réservoir : conçu pour favoriser l'effet thermosiphon, où l'huile chaude monte et l'huile froide revient, maintenant une circulation continue à travers les radiateurs.

Joints et joints : des matériaux résistants aux-températures-élevées empêchent les fuites pendant les cycles d'expansion et de contraction du service extérieur.

Spécifications techniques typiques

Paramètre technique	Valeur de spécification
Capacité nominale	1 000 kVA
Taper	Triphasé, immergé dans l'huile, abaisseur-
Haute tension (HT)	6 kV, 10 kV, 11 kV, 22 kV, 33 kV
Basse tension (BT)	0,4 kV, 0,415 kV, 0,48 kV
Niveau d'isolation	LI 75 / AC 28 (classe standard 10 kV)
Principale-augmentation de la température de l'huile	Inférieur ou égal à 60 K
Augmentation de la température du bobinage	Inférieur ou égal à 65 K
Méthode de refroidissement	ONAN
Poids d'huile	Environ. 550-650 kg
Poids total	Environ. 2450 kg

Options d'isolation avancées

Les progrès des matériaux permettent de pousser plus loin le système d’isolation sans compromettre la sécurité. Le papier thermiquement amélioré peut fonctionner à des températures légèrement plus élevées pour le même taux de vieillissement, ce qui augmente la capacité de surcharge de l'unité. Pour les installations soumises à des exigences élevées en matière de sécurité incendie ou d'environnement, les fluides esters (y compris les esters naturels et synthétiques) constituent une alternative à l'huile minérale : ils ont un point d'éclair nettement plus élevé et sont biodégradables, ce qui les rend adaptés aux endroits écologiquement sensibles tout en améliorant la durée de vie de l'isolation du transformateur.

FAQ

Quelle est la limite d'échauffement pour un transformateur immergé dans l'huile de 1 000 kVA ?

Selon la norme CEI 60076, les limites typiques sont de 60 K pour l'augmentation de la température de l'huile supérieure-et de 65 K pour l'augmentation moyenne de la température de l'enroulement au-dessus de la température ambiante de référence. La conception du transformateur doit maintenir les augmentations mesurées dans ces valeurs à la charge nominale.

Pourquoi le test d’échauffement est-il important ?

Le test vérifie que le système de refroidissement peut éliminer la chaleur générée par les pertes totales à charge nominale. Si l’échauffement est trop important, l’isolation en papier vieillit rapidement et la durée de vie du transformateur est raccourcie.

Quel est le niveau d'isolation LI 75 / AC 28 ?

Il s'agit du niveau d'isolation standard pour un transformateur de classe 10 kV : LI 75 signifie que l'enroulement résiste à une tension de choc de foudre de pointe de 75 kV, et AC 28 signifie qu'il résiste à une tension d'essai de fréquence de puissance de 28 kV-. Le niveau est défini dans la norme CEI 60076-3.

Comment fonctionne la méthode de refroidissement ONAN ?

ONAN signifie Oil Natural, Air Natural : l'huile circule naturellement par convection (thermosiphon) à travers le réservoir et les radiateurs, où la chaleur est évacuée par flux d'air naturel. Aucune pompe ni ventilateur n'est utilisé, le refroidissement est donc simple et fiable.

Le fluide ester peut-il remplacer l'huile minérale dans un transformateur de 1000 kVA ?

Oui. Les fluides esters sont utilisés comme alternative à l’huile minérale lorsque la sécurité incendie ou la protection de l’environnement sont essentielles. Ils ont un point d’éclair plus élevé et sont biodégradables, mais la conception du transformateur doit tenir compte de leurs différentes propriétés de refroidissement et diélectriques.

Quels tests de routine sont effectués sur un transformateur immergé dans l'huile de 1 000 kVA ?

Les tests de routine conformes à la norme CEI 60076 incluent la mesure de la résistance des enroulements, la vérification du rapport de spire et du groupe vectoriel, les tests de résistance à vide-de charge et à vide-de charge, la perte de charge et la tension d'impédance, les tests de résistance à source-séparée et de courant alternatif induit, ainsi que les tests diélectriques à l'huile. Les tests de type couvrent en outre l'échauffement et les chocs de foudre.