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Les transformateurs de puissance sont les grands et silencieux chevaux de trait de notre monde électrique. Ils élèvent ou abaissent la tension pour que nous puissions transporter l'énergie de l'endroit où elle est produite à l'endroit où nous l'utilisons. Mais un transformateur n'est bon que s'il est efficace et sûr. Un problème dans un seul transformateur de puissance peut entraîner de graves problèmes pour nos systèmes électriques. C'est pourquoi il est si important de tester les transformateurs. Dans cet article, je vais vous présenter les quatre principaux tests à effectuer pour vérifier un transformateur de puissance. Cet article n'est pas réservé aux grands ingénieurs. Il s'adresse à tous ceux qui veulent comprendre comment nous assurons la circulation de l'électricité. Nous verrons ce que font ces tests et ce qu'ils nous apprennent sur la santé et l'efficacité d'un transformateur.
Lorsqu'un transformateur électrique tombe en panne, ce n'est pas beau à voir. C'est pourquoi nous ne nous contentons pas de mettre en service un nouveau transformateur en espérant que tout ira bien. Nous le testons. Nous le testons souvent. Le test des transformateurs est un ensemble de vérifications que nous effectuons pour nous assurer qu'un transformateur électrique fonctionne correctement. L'objectif principal est d'éviter les pannes. Un défaut peut provoquer des coupures de courant et endommager l'équipement. Un bon test nous aide à trouver un petit défaut avant qu'il ne devienne un gros problème. L'ensemble du système électrique est ainsi plus sûr et plus fiable.
L'efficacité d'un transformateur est importante. Un transformateur inefficace gaspille de l'électricité en la transformant en chaleur. Cette énergie gaspillée coûte de l'argent. Sur la durée de vie d'un gros transformateur électrique, cela peut représenter beaucoup d'argent. Les tests que nous effectuons nous aident à calculer l'efficacité du transformateur. En vérifiant ses performances, nous pouvons nous assurer qu'il répond aux spécifications pour lesquelles il a été construit. Chaque test nous fournit une pièce du puzzle concernant l'état de santé du transformateur. Il s'agit d'une étape clé lorsque nous mettons en service un nouveau transformateur ou effectuons la maintenance d'un ancien. Il s'agit d'un élément essentiel de la transmission de l'énergie.
L'un des premiers tests que nous effectuons est celui de la résistance de l'enroulement. Cela peut sembler complexe, mais l'idée est simple. Chaque transformateur contient des bobines de fil appelées "enroulement". Nous avons un enroulement primaire et un enroulement secondaire. Le courant électrique circule dans ces bobines. Ces fils ont une très faible résistance électrique. Nous devons mesurer cette résistance pour nous assurer qu'elle est correcte.
Pour effectuer cette mesure, un ingénieur utilisera un outil spécial. Nous faisons passer un petit courant continu sans danger dans chaque enroulement du transformateur. L'outil mesure ensuite la chute de tension dans ce même enroulement. En utilisant la loi d'Ohm (résistance = tension / courant), l'outil peut calculer très précisément la résistance de l'enroulement. Nous effectuons ce test sur chaque enroulement et à chaque position du changeur de prises. Un changeur de prise nous permet de modifier légèrement le rapport de tension du transformateur. Chaque prise a sa propre connexion et nous devons toutes les tester. Un transformateur comporte de nombreuses connexions que nous testons.
Alors pourquoi mesurer la résistance ? Une mesure correcte de la résistance du bobinage nous apprend beaucoup de choses. Tout d'abord, elle nous indique que l'enroulement n'est pas cassé. Si le fil était coupé, la résistance serait infinie et aucun courant continu ne circulerait. Ce simple test confirme que le circuit électrique est complet. Plus important encore, ce test nous aide à repérer les mauvaises connexions. J'ai vu des cas où un boulon sur une borne n'était pas assez serré. Cela crée une forte résistance, ce qui provoque une chaleur excessive. Cette chaleur peut endommager l'isolation du transformateur.
Le test de résistance du bobinage permet de détecter des problèmes invisibles à l'intérieur du bobinage du transformateur. Par exemple, si certains fils d'un enroulement ont été endommagés pendant la fabrication, la résistance peut être plus élevée que prévu. En comparant la valeur mesurée à la valeur figurant dans le rapport de test de l'usine, nous pouvons déceler un problème. Pour les transformateurs triphasés, nous comparons également la résistance de l'enroulement de chaque phase. Les chiffres doivent être très proches. Si la résistance d'une phase est beaucoup plus élevée, c'est le signal d'alarme d'un défaut potentiel dans l'enroulement du transformateur. Il s'agit d'un test simple mais efficace.
Le test suivant est le test du rapport des tours, ou test TTR. Il s'agit d'un autre test fondamental pour tout transformateur. Un transformateur fonctionne en ayant un nombre différent de tours de fil sur son enroulement primaire et secondaire. Le rapport de ces spires détermine le rapport de tension. Par exemple, si l'enroulement primaire a 100 tours et l'enroulement secondaire 10 tours, le rapport des tours est de 10 à 1. Si vous mettez 100 volts CA dans le primaire, vous obtiendrez 10 volts CA dans le secondaire.
C'est ce que vérifie le test du nombre de tours. Nous utilisons un instrument spécial appelé testeur de rapport des tours. L'ingénieur connectera l'instrument aux enroulements haute tension et basse tension du transformateur de puissance. L'ensemble de test applique une tension alternative faible et sûre à l'un des enroulements et mesure soigneusement la tension qu'il obtient sur l'autre enroulement. À partir de cette mesure, il peut calculer le rapport exact des tours. Nous effectuons ce test pour chaque position de prise, car chaque prise modifie le nombre de tours dans le circuit. Ce test permet de vérifier le fonctionnement du noyau du transformateur.
La principale raison d'effectuer un test du rapport des tours est de vérifier que le transformateur produira la tension de sortie correcte. Si le rapport est erroné, les niveaux de tension dans le système électrique seront erronés. Cela peut entraîner toutes sortes de problèmes pour les équipements qui y sont connectés. Ce test est un excellent moyen de détecter une erreur de fabrication ou un dommage dû au transport. Un choc mécanique important peut entraîner le déplacement de l'enroulement ou un court-circuit.
Un court-circuit entre les spires d'un enroulement est un défaut très grave. Il signifie que le courant prend un raccourci, en sautant certaines des spires. Cela modifie le rapport des spires. Le test du rapport de tours est très sensible et peut détecter même un court-circuit dans une seule spire. Une détection précoce peut éviter une défaillance catastrophique du transformateur par la suite. Nous comparons le rapport mesuré pour chaque phase et chaque prise avec les valeurs indiquées sur la plaque signalétique. Conformément aux normes internationales telles que la CEI, la valeur mesurée doit être très proche de la valeur attendue, généralement à 0,5% près. Il s'agit d'un test d'intégrité vital pour le transformateur.
Un transformateur de puissance contient beaucoup de haute tension. Nous devons nous assurer que cette tension reste à sa place. C'est le rôle du système d'isolation du transformateur. L'isolation est généralement constituée d'un papier spécial et d'une huile qui entoure le bobinage. Elle empêche la haute tension de passer à un autre enroulement ou à la cuve métallique mise à la terre du transformateur. Si l'isolation est défectueuse, il y a un court-circuit, et c'est une très mauvaise journée.
Le test de résistance d'isolation permet de vérifier la qualité de cette isolation. Une bonne isolation a une résistance électrique très élevée. Une mauvaise isolation, peut-être due à l'humidité ou au vieillissement, aura une résistance plus faible. Ce test nous aide à déterminer la qualité de l'isolation. Nous mesurons la résistance d'isolement entre les différents enroulements et entre chaque enroulement et la terre. Ce test nous donne une idée de l'état de l'ensemble du système d'isolation du transformateur. C'est l'un des tests de sécurité et de fiabilité les plus importants que nous effectuons sur un transformateur.
Pour effectuer un test de résistance d'isolement, un ingénieur utilise un outil souvent appelé Megger. Cet outil applique une tension continue spécifique, par exemple 1000 ou 5000 volts, à l'isolation pendant une durée déterminée, souvent pendant une minute. La tension est suffisamment élevée pour tester l'isolation, mais pas assez pour endommager un transformateur sain. Pendant que la tension est appliquée, l'instrument mesure la faible quantité de courant qui circule. Ce courant est appelé courant de fuite.
À partir du courant mesuré, l'outil calcule la résistance de l'isolation. Une valeur de résistance élevée (en millions ou milliards d'ohms) est une bonne chose. Elle signifie que l'isolation est propre, sèche et qu'elle fait son travail. Une faible valeur de résistance d'isolation est un signe d'avertissement. Elle signifie souvent que de l'humidité s'est infiltrée dans l'huile et le papier du transformateur, ce qui constitue un problème majeur pouvant entraîner une défaillance. Nous enregistrons cette valeur et la suivons dans le temps. Si nous constatons que la résistance diminue à chaque test de maintenance, nous savons que l'isolation du transformateur vieillit et qu'elle peut nécessiter une intervention. Ce test permet d'éviter une défaillance du transformateur de puissance.
Parlons maintenant de l'efficacité et des pertes. Chaque transformateur a des pertes. Nous ne pouvons pas obtenir 100% de l'énergie que nous injectons. Une partie de l'énergie est perdue sous forme de chaleur. Ces pertes sont divisées en deux types : les pertes à vide et les pertes en charge. Le test de court-circuit permet de mesurer les pertes de charge d'un transformateur. Il s'agit des pertes qui se produisent dans l'enroulement lorsque le transformateur supporte une charge.
Au cours de ce test, nous court-circuitons les bornes de l'enroulement secondaire à l'aide d'une connexion épaisse à faible résistance. Ensuite, nous appliquons une faible tension alternative à l'enroulement primaire. Nous augmentons lentement cette tension d'alimentation jusqu'à ce que le courant nominal circule dans les enroulements. Comme le secondaire est court-circuité, nous n'avons besoin que d'une faible tension pour y parvenir. Nous mesurons ensuite la puissance entrant dans le transformateur. Cette puissance est égale aux pertes de charge, également appelées pertes de cuivre parce qu'elles se produisent dans l'enroulement de cuivre. Ce test nous permet également de déterminer l'impédance de court-circuit, un paramètre clé pour la protection du système. Cette impédance est liée à la résistance mécanique de l'enroulement.
Comprendre les pertes est essentiel pour comprendre l'efficacité d'un transformateur. Comme nous venons de le voir, les pertes de charge sont ce que nous mesurons avec le test de court-circuit. Elles sont dues à la résistance de l'enroulement. Plus le courant électrique circule dans le transformateur, plus ces pertes augmentent. Ces pertes font chauffer l'enroulement du transformateur. Nous devons également effectuer un test de montée en température pour nous assurer que le transformateur peut supporter cette chaleur.
L'autre type de perte est la perte à vide, également connue sous le nom de perte dans le noyau. Cette perte se produit dans le noyau du transformateur, qui est la partie magnétique du transformateur. Cette perte est causée par la variation du flux magnétique dans le noyau. Elle est présente en permanence, même lorsque le transformateur n'est pas chargé. Pour la mesurer, nous effectuons un essai à vide (ou en circuit ouvert). Nous appliquons la tension nominale à la fréquence nominale à un enroulement, tandis que l'autre enroulement est laissé ouvert. La puissance mesurée à l'entrée est la perte à vide. Un bon transformateur de puissance est conçu pour avoir des pertes à vide et en charge très faibles afin d'obtenir un meilleur rendement.
Oui, il existe de nombreux autres tests pour un transformateur de puissance. Les quatre que nous venons d'évoquer sont les tests "de routine" les plus courants que nous effectuons sur le terrain. Mais à l'usine, un nouveau transformateur subit encore plus de tests. Un test d'impulsion de foudre est un test de "type" effectué sur un nouveau modèle de transformateur. Il s'agit d'un test très spécialisé. Il teste l'isolation du transformateur en le frappant avec une impulsion de très haute tension qui a la forme d'un éclair. Ce test prouve que le transformateur peut survivre à une surtension sur les lignes électriques.
Un autre test est le test de résistance à la surtension induite. Dans ce test, nous induisons une tension alternative supérieure à la normale dans l'enroulement à une fréquence plus élevée. La fréquence plus élevée est utilisée pour éviter que le flux magnétique dans le noyau ne devienne trop élevé. Ce test met à l'épreuve l'isolation entre les spires et entre les différentes parties de l'enroulement afin de s'assurer qu'elle peut supporter des conditions de surtension temporaire sans défaillance. Il existe également des tests pour vérifier le déphasage dans les transformateurs triphasés et des tests pour vérifier le fonctionnement mécanique du changeur de prise en charge. L'ensemble de ces tests garantit qu'un transformateur de puissance est prêt pour une vie longue et fiable. Ce type de test approfondi des transformateurs est standard.
Voici les points les plus importants à retenir pour tester un transformateur de puissance :
Pour accélérer votre projet, vous pouvez étiqueter les piles de laminage avec des détails tels que tolérance, matériel, finition de la surface, la nécessité ou non d'une isolation oxydée, quantitéet bien d'autres choses encore.
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