PROTECTION TRANSFORMATEUR DE PUISSANCE

 

PROTECTION TRNSFORMATEUR

   Pour protéger les transformateurs contre les sur échauffement des ces enroulements, on utilisant des circuits de refroidissement, mais en cas d un  danger par exemple arc électrique on utilisant des relais de protection :

 

1  circuit de refroidissement

2  protections internes

2.1 Relais buchholz

2.2 DGPT2

2.3 Thermostat

    

1. CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT

     Dans la plupart des transformateurs, un fluide diélectrique (huile minérale, synthétiques, …) est utilise dans le circuit de refroidissement pour dissiper la chaleur du circuit magnétique et des enroulements.

Comment refroidir l’huile ?

L’huile est en mouvement dans un transformateur en fonctionnement, par un phénomène de convection* naturelle ou forcée (à l’aide de pompes ou de ventilateurs). Elle est refroidie par l’air ambiant grâce à des radiateurs ou des aéroréfrigérants  dans lesquels des ventilateurs forcent la circulation d’air.

* La convection : c’est par exemple l’air chaud qui monte ou l’eau la plus chaude qui va vers la surface.

Le refroidissement est caractérisé sur les transformateurs par lettres suivantes :

·         le type de fluide : A = Air, O = Huile, W = Eau

·         le type de circulation : N = Naturelle, F = Forcée, D = Dirigée

Exemples :

ONAN (Oil Natural Air Natural):

Circulations naturelles de l’huile dans le transformateur et de l’air sur ses surfaces extérieures.

ONAF (OIl Natural Air Forced):

Circulations naturelles de l’huile dans le transformateur et air ventilé sur ses radiateurs.

ODAF OFAF, ODWF (avec de l’eau !), …

      Le fer et le cuivre dissipent les pertes énergétiques sous forme de chaleur. Il en résulte une augmentation de température du système. Un équilibre va être atteint dans lequel la chaleur produite est évacuée jusqu’aux réfrigérants.

      Dans la grande majorité des transformateurs, la limite de température est fixée par la dégradation du papier, qui pour travailler dans de bonnes conditions doit être inférieure à 100°C. Une réfrigération efficace est donc essentielle.

        La capacité calorifique, ou chaleur spécifique, et la conductivité thermique de l’huile ont une influence importante sur le taux d’évacuation de la chaleur au sein du transformateur.

L’huile comme isolant

        Dans de nombreux équipements électrique l’huile permet l’isolation entre les éléments à des potentiels électriques différents qu’il est nécessaire d’isoler les uns par rapport aux autres.

        Les transformateurs sont souvent définis pour supporter des tensions supérieures à leur fonctionnement nominal pendant de brèves périodes. Ce qui implique de tenir les contraintes électriques dues à des transitoires ou des foudres, L’huile est nécessaire, et avec une contribution importante, à l’efficacité des isolants solides en pénétrant dans ceux ci et en remplissant les espaces entre couches de papier particulièrement.

Depuis les premiers transformateurs immergés à l’huile, le test de rigidité électrique était le seul indicateur de la qualité électrique de l’huile. Même aujourd’hui, alors que d’autres tests plus sophistiqués existent, ce test de rigidité électrique est toujours utilisé comme étant un des plus simples et des plus pratiques à être réalisé sur le terrain.

L’importance de l’huile pour la maintenance et le diagnostic

           Les propriétés de l’huile d’un transformateur permettent de définir un plan de maintenance adapté à l’état de santé de l’appareil. En effet, la composition chimique de l’huile évolue avec le temps et le vieillissement de l’appareil notamment de sa partie active.

Une petite quantité d’huile prélevée puis analysée en laboratoire permet d’avoir à moindre frais un bonne vision :

·         Des propriétés isolantes de l’huile

·         De la présence d’humidité dans les papiers

·         Du vieillissement de la partie active

·         De la présence d’éventuels défauts électriques ou thermiques à l’intérieur du transformateur

Pour cela, les laboratoires d’analyses réalisent des mesures physico-chimiques des propriétés de l’huile, Les principaux essais ou grandeurs mesurées sont :

·         Analyse des gaz dissous

·         Rigidité diélectrique ou tension de claquage

·         Teneur en eau

·         Acidité

·         Dérivés furaniques

·         Tangente delta ou facteur de dissipation

·         Comptage de particules

·         Analyse des métaux en présence

·         PCB

·         Teneur en additifs

2.RELAIS BUCHHOLZ

Historique

Cet appareil a été développé la première fois par Max Buchholz en 1921. Des relais Buchholz ont été utilisés sur les transformateurs de puissance au moins depuis les années 1940.

 

       Dans le domaine de la distribution et de la transmission l'électricité, un relais Buchholz est un dispositif de sécurité monté sur les transformateurs et inductances de puissance à bain d'huile. Le relais Buchholz est utilisé sur ce type de systèmes comme dispositif de protection sensible aux événements qui se produisent lors d'un défaut diélectrique (défaut d'isolement) à l'intérieur de l'équipement.

  Fonctionnement

     La plupart des transformateurs haute tension sont placés dans une cuve remplie d'huile, et comportent un relais Buchholz pour détecter les anomalies internes, toutes ces anomalies pouvant provoquer une alarme ou envoyer un signal de déclenchement.

       Quand un arc électrique ou une surchauffe se développe à l'intérieur des enroulements, il y a dégagement de gaz par vaporisation de l'huile. Ces relais ont deux modes différents de détection.

·        Sur une accumulation lente de gaz, due probablement à une surcharge, le gaz s'accumule dans la partie supérieure du relais tandis que le niveau d'huile diminue. Une détection par flotteur est utilisée dans ce cas pour générer un signal d'alarme. Ce système détecte aussi les fuites d'huile.

·        Si un arc se forme, l'accumulation de gaz est rapide, et l'huile s'écoule rapidement dans le vase d'expansion. Cet écoulement d'huile actionne un commutateur fixé à une palette située dans le chemin de circulation d'huile. Ce commutateur normalement actionnera un disjoncteur pour arrêter (isoler) l'appareil avant que le défaut ne crée plus de dommages.

Remarque

    Les relais de Buchholz ont une vanne de test pour permettre au gaz accumulé d'être retiré pour l'essai. Le gaz inflammable trouvé dans le relais indique certain défaut interne tel que surchauffe ou arc, tandis que l'air trouvé dans le relais indique juste que le niveau d'huile est bas ou qu'il y a une fuite.

                                     Contacts du buchholz

2.3. DGPT2

            Un DGPT2 est un relais de protection de transformateur immergé, similaire au relais Buchholz.

Son nom signifie Détection Gaz Pression Température 2 seuils.

Il est équipé de divers détecteurs qui lui permettent de signaler un défaut de présence gaz, de pression ou de température anormale.

Le détecteur de température a deux seuils de détections.

DGPT2

2.4 THERMOSTAT

       Une température trop élevée à l'intérieur du transformateur, qu'elle soit provoquée par les pertes cuivre ou fer, accélère le vieillissement de l'isolation. Celle-ci déterminant la durée de vie du transformateur, il est particulièrement important de connaître la température maximale qu'atteignent les différentes parties du transformateur, à savoir : enroulement, huile, isolation. La durée de vie du transformateur est de l'ordre de 20 ans ou de 30 ans selon les sources, la charge durant son exploitation influence fortement cette valeur.

Le point le plus chaud des enroulements appelé « point chaudanglais 11 », se trouve en général dans la partie haute de ceux-ci. Il est en général difficile de déterminer son emplacement avec précision. La norme CEI définit des valeurs maximales d'échauffement pour l'huile et les enroulements.

Par ailleurs, lors d'un événement de court-circuit la température des enroulements augmente subitement à cause du fort courant apparaissant pour une durée de 1 s maximum. Cette durée est très faible en comparaison des constantes de temps thermiques, la chaleur n'a pas le temps de s'évacuer dans l'isolation. Pour avoir un ordre de grandeur, l'huile a une constante de temps comprise entre 4 et 6 heures, tandis que pour les enroulements elle varie entre 2 et 6 minutes .Il faut donc qu'à la fois les enroulements et l'isolation adjacente soient prévus pour résister à ces pics de température de courte durée. La norme 60076-5 prévoit que les enroulements de cuivre ne doivent pas dépasser les 250 °C, ceux d'aluminium les 200 °C.

THERMOSTAT POUR TRANSFO

                                                                                      ELMRZOUQY Mohamed
                                                                 agent de maitrise en exploitation électrique
                                                                                                 MAROC

·