Procédures de test des transformateurs conformes aux normes IEEE C57 et GB 1094

1. Fondamentaux des essais de transformateurs

1.1 Vue d'ensemble
Les transformateurs sont parmi les équipements les plus critiques pour la transmission de l'énergie électrique. Leur qualité et leur fiabilité affectent directement la livraison sûre et fiable de l'électricité. La défaillance des transformateurs transformateurs ou des transformateurs clés de sous-station peut perturber la transmission de l'énergie, et la réparation ou le transport de ces unités de grande taille peut prendre plusieurs mois.

Pendant cette période d'indisponibilité, l'approvisionnement en électricité est compromis, ce qui a un impact négatif sur la production industrielle et agricole ainsi que sur la consommation d'électricité résidentielle, entraînant des pertes économiques significatives.

Alors que les exigences en matière de fonctionnement sûr et fiable des transformateurs continuent de s'accroître, les technologies d'essai des transformateurs ont considérablement progressé au cours des deux dernières décennies. Parmi les développements notables, on peut citer :

• Les essais de court-circuit sur les grands transformateurs à tension nominale,

• Les techniques de mesure et de localisation des décharges partielles,

• L'application des fonctions de transfert pour la détection des défauts d'impulsion,

• L'utilisation de la technologie numérique pour la mesure des pertes,

• L'introduction des méthodes d'intensité sonore dans la mesure du bruit,

• L'analyse spectrale pour le diagnostic de la déformation des enroulements, et

• L'utilisation de plus en plus répandue de l'analyse des gaz dissous (DGA) dans l'huile de transformateur.

1.2 Normes d'essai des transformateurs
Pour garantir que les transformateurs répondent aux normes requises en termes de qualité et de fiabilité de la transmission de l'énergie, des normes nationales ont été établies pour les transformateurs et leurs procédures d'essai :

• GB 1094.1–1996 : Transformateurs de puissance – Partie 1 : Généralités

• GB 1094.2–1996 : Transformateurs de puissance – Partie 2 : Élévation de température

• GB 1094.3–1985 : Transformateurs de puissance – Partie 3 : Niveaux d'isolement, essais diélectriques et distances de sécurité en air

• GB 1094.5–1985 : Transformateurs de puissance – Partie 5 : Résistance au court-circuit

• GB 6450–1986 : Transformateurs de puissance à sec

1.3 Éléments d'essai des transformateurs

1.3.1 Essais de routine

• Mesure de la résistance des enroulements

• Mesure du rapport de tension et de la perte de charge

• Mesure de l'impédance de court-circuit et de la perte de charge

• Mesure du courant à vide et de la perte à vide

• Mesure de la résistance d'isolement entre les enroulements et la terre

• Essais diélectriques de routine — voir le tableau 1-3 pour les éléments d'essai d'isolement de routine en usine

• Essais de changeur de rapports sous charge

1.3.2 Essais de type

• Essai d'élévation de température.

• Essais de type d'isolement (voir le tableau 1).

1.3.3 Tests Spéciaux

• Mesure de l'impédance en séquence nulle pour les transformateurs triphasés.

• Test de résistance au court-circuit.

• Mesure du niveau sonore.

• Mesure des composantes harmoniques du courant à vide.

2. Mesure du Rapport de Tension et Vérification de la Désignation du Groupe de Connexion

2.1 Vue d'ensemble
La mesure du rapport de tension est un test de routine pour les transformateurs. Il est effectué non seulement en usine pendant la fabrication, mais aussi sur site avant que le transformateur ne soit mis en service.

2.1.1 Objectif de la Mesure du Rapport de Tension

• S'assurer que les rapports de tension à toutes les positions de dérivation se situent dans la tolérance admissible spécifiée par les normes ou les exigences techniques contractuelles.

• Vérifier que les bobines ou sections de bobines connectées en parallèle (par exemple, les sections dérivées) ont un nombre identique de spires.

• Confirmer que les connexions aux contacts de dérivation sont correctement câblées.

Le rapport de tension est un paramètre de performance critique d'un transformateur. Comme ce test utilise une tension faible et est simple à réaliser, il est effectué plusieurs fois pendant la fabrication pour garantir la conformité avec les spécifications de conception.

3. Mesure de la Résistance en Courant Continu des Bobinages

3.1 Objectifs et Exigences
Conformément à la norme GB 1094.1–1996 “Transformateurs de puissance – Partie 1 : Généralités,” la mesure de la résistance en courant continu est classée comme un test de routine. Par conséquent, chaque transformateur doit subir ce test pendant et après la fabrication.

Les principaux objectifs de la mesure de la résistance en courant continu sont d'inspecter les aspects suivants :

• Qualité des soudures ou des connexions mécaniques entre les conducteurs de bobinage – vérification des mauvaises jonctions ;

• Intégrité des connexions entre les conducteurs et les embases, et entre les conducteurs et le changeur de dérivation ;

• Fiabilité des soudures ou des connexions mécaniques entre les fils de connexion ;

• Si les dimensions et la résistivité des conducteurs répondent aux spécifications ;

• Équilibre de la résistance entre les phases ;

• Calcul de la montée en température des bobinages, qui nécessite la mesure de la résistance à froid avant le test de montée en température et la résistance à chaud immédiatement après la coupure de l'alimentation pendant le test.

3.2 Méthodes de Mesure
Selon la norme JB/T 501–91 “Guide pour les essais des transformateurs de puissance,” il existe deux méthodes standard pour mesurer la résistance en courant continu des bobinages de transformateurs :

• Méthode du pont (par exemple, pont de Kelvin double)

• Méthode volt-ampère (V-A)

4. Test à Vide

4.1 Vue d'ensemble
La mesure des pertes à vide et du courant à vide est un test de routine pour les transformateurs. Les caractéristiques magnétiques complètes d'un transformateur sont déterminées par le test à vide.

Les objectifs de ce test sont :

• Mesurer les pertes à vide et le courant à vide ;

• Vérifier si la conception et le processus de fabrication du noyau répondent aux normes et spécifications techniques applicables ;

• Détecter d'éventuels défauts du noyau, tels que des surchauffes localisées ou des faiblesses d'isolation.

4.2 Pertes à Vide
Les pertes à vide sont principalement constituées des pertes par hystérésis et par courants de Foucault dans les tôles d'acier électrique. Elles incluent également des pertes supplémentaires, telles que les pertes parasites causées par le flux de fuite.

4.3 Courant à Vide
L'amplitude du courant à vide est principalement déterminée par la courbe B–H (magnétisation) de l'acier électrique utilisé dans le noyau.

5. Mesure des Pertes sous Charge et de l'Impédance en Court-Circuit

5.1 Vue d'ensemble du Test de Charge
La mesure des pertes sous charge et de l'impédance en court-circuit est un test de routine.

Les fabricants effectuent ce test pour :

• Déterminer les valeurs des pertes sous charge et de l'impédance en court-circuit ;

• Vérifier la conformité aux normes et aux accords techniques ;

• Détecter d'éventuels défauts dans les enroulements.

Pendant l'essai, une tension est appliquée à un enroulement tandis que l'autre est mis en court-circuit. Selon l'équilibre ampère-tours, lorsque le courant dans l'enroulement sous tension atteint sa valeur nominale, l'enroulement en court-circuit transporte également un courant nominal.

Bien que le flux magnétique principal dans le noyau soit très faible pendant cet essai, un flux de fuite important est généré en raison du passage d'un courant élevé. Ce flux de fuite provoque :

• des pertes par courants de Foucault dans les conducteurs des enroulements ;

• des pertes par courants circulants dans les conducteurs en parallèle ;

• des pertes supplémentaires dans les structures de serrage, les parois du réservoir, les écrans électromagnétiques, les cadres du noyau et les plaques de liaison.

Toutes ces pertes dépendent du courant et sont classées collectivement comme pertes en charge.

6. Essai de tenue au courant alternatif appliqué

6.1 Aperçu
Pour garantir que les transformateurs sont sûrs et fiables en fonctionnement sur le réseau, leur isolation doit non seulement répondre aux normes de performance, mais aussi posséder une rigidité diélectrique requise. La rigidité diélectrique détermine si un transformateur peut supporter les tensions de fonctionnement normales ainsi que les conditions anormales telles que les surtensions dues aux éclairs ou aux manœuvres.

Un transformateur n'est considéré prêt à être raccordé au réseau qu'après avoir réussi avec succès des essais tels que la tenue en tension à fréquence industrielle de courte durée, la tenue aux impulsions et les mesures de décharges partielles.

L'essai de tenue au courant alternatif appliqué évalue principalement la résistance de l'isolation principale entre les enroulements et la terre, ainsi qu'entre les enroulements.

• Pour les transformateurs entièrement isolés, cet essai valide complètement l'isolation principale.

• Pour les transformateurs à isolation graduée, il évalue uniquement l'isolation des dernières spires près de la culasse et l'isolation de certaines sections des connexions vers la terre. Il ne permet pas d'évaluer complètement la résistance de l'isolation entre enroulement et terre ou entre enroulements.

Pour les transformateurs à isolation graduée, un essai de tension induite est nécessaire afin d'évaluer de manière complète la résistance de l'isolation entre enroulements, vers la terre et pour les connexions associées.

7. Essai de tenue à la surtension induite

7.1 Aperçu
L'essai de tension induite est un autre essai diélectrique critique effectué après l'essai de tension alternative appliquée.

• Pour les transformateurs entièrement isolés, l'essai de tension alternative appliquée vérifie uniquement l'isolation principale, tandis que l'isolation longitudinale (spire à spire, couche à couche et section à section) est vérifiée par l'essai de tension induite.

• Pour les transformateurs à isolation graduée, l'essai de tension alternative appliquée ne vérifie que l'isolation du point neutre. L'essai de tension induite est essentiel pour évaluer :

• l'isolation longitudinale (entre spires, couches et sections) ;

• l'isolation entre enroulements et terre ;

• l'isolation entre enroulements et phase à phase.

Ainsi, l'essai de tension induite constitue une méthode fondamentale pour évaluer l'intégrité de l'isolation principale et longitudinale.

7.2 Exigences de l'essai
L'essai de tension induite est généralement réalisé en appliquant une tension double de la tension nominale aux bornes de l'enroulement basse tension, tous les autres enroulements restant ouverts. La forme d'onde de la tension appliquée doit être aussi proche que possible d'une sinusoïde pure.