Mesure de la résistance d'isolement des enroulements d'un transformateur

MI 3205 TeraOhmXA 5kV

L'analyse de l'isolation, le plus souvent par la mesure de la résistance, est une méthode de base pour évaluer l'état ou la "condition" d'une machine électrique et sa capacité à fonctionner dans des limites acceptables, et pour identifier les problèmes nécessitant une maintenance ou une réparation plus complète. Tous les matériaux d'isolation utilisés dans les machines et installations électriques modernes sont soumis à des températures élevées et fluctuantes, à des agents chimiques, à des éléments atmosphériques, à des forces mécaniques et à d'autres facteurs qui dégradent leurs propriétés diélectriques à des degrés divers.

La mesure de la résistance est une méthode simple, rapide et relativement peu coûteuse pour évaluer l'étendue de la dégradation et la nécessité d'une réparation. Cependant, certaines machines sont plus faciles à entretenir et à réparer que d'autres, et il est parfois plus viable, d'un point de vue pratique et économique, de continuer à les faire fonctionner, même si c'est dans des conditions modifiées. Les transformateurs en sont un bon exemple et les mesures de résistance d'isolement sur les enroulements primaires et secondaires peuvent constituer un bon guide.

Prolonger la durée de vie d'un transformateur

La plupart des défaillances de transformateurs, du moins sur les transformateurs de distribution moyenne tension (MT) et basse tension (BT), sont associées à une détérioration de la résistance d'isolement causée par un mauvais fonctionnement (surcharge) ou par le vieillissement général (et prévisible) du matériau d'isolement. Quelle que soit la cause exacte (même si elle peut être importante pour l'une ou l'autre raison), les opérateurs de transformateurs sont souvent intéressés par la prolongation de leur durée de vie autant que possible avant de les remplacer par de nouveaux.

Examinons un exemple concret de la manière dont cela a été réalisé à l'aide du testeur d'isolation haute tension MI 3205 TeraOhmXA 5kV. Une grande compagnie d'électricité était en train de moderniser une partie du réseau de distribution souffrant de coupures fréquentes dues à des surcharges en remplaçant les vieux transformateurs par des transformateurs plus récents et de meilleure qualité.

Il restait 37 transformateurs 20/0,4 kV 680 kVA (Dy5) qui, malgré leur âge, étaient parfaitement utilisables et pouvaient être utilisés pour l'extension prévue du réseau à plusieurs zones auparavant mal desservies. Cependant, 15 à 25 ans de fonctionnement, dont une partie dans des conditions de travail surchargées et lorsque le thermomètre affichait 40 °C à l'ombre, ont eu raison de certains d'entre eux, en particulier les plus anciens. Une évaluation de la qualité avant la remise en service était donc plus que justifiée.

La mesure de la résistance d'isolement des enroulements primaires et secondaires a été choisie comme méthode de référence. Il existe bien sûr d'autres méthodes et outils d'évaluation plus complets et plus complexes, mais la méthode choisie a été jugée suffisante et a pu être réalisée à l'aide des trois MI 3205 TeraOhmXA 5kV déjà utilisés pour vérifier l'isolation des câbles et dont le fonctionnement leur était familier.

Calcul des chiffres

L'analyse de la résistance d'isolement (des enroulements) dans les transformateurs consiste en trois mesures de résistance distinctes : la résistance entre les enroulements primaire et secondaire, entre l'enroulement secondaire et la cuve principale et entre l'enroulement primaire et la cuve principale.

En règle générale, il est recommandé que la résistance d'isolement soit d'au moins 1 MΩ pour chaque kV de puissance nominale des enroulements - à température ambiante (20 °C). Dans notre cas, cela correspond à 20 MΩ. Cependant, la résistance recommandée augmente fortement avec la température de fonctionnement. Elle fait plus que doubler pour chaque tranche de 10 °C supplémentaire. À 70 °C, la température choisie par les ingénieurs de la compagnie d'électricité chargés de l'évaluation des transformateurs comme étant la plus élevée qu'ils prévoient, la résistance d'isolation des enroulements est de 635 MΩ.

Ceci sans tenir compte du facteur de sécurité, qui a été fixé à 30 %, ce qui donne un chiffre final de 825,5 MΩ. Les calculs préliminaires terminés, les ingénieurs se sont attelés aux mesures. Il y avait apparemment un petit problème - le MI 3205 TeraOhmXA 5kV peut produire 5 kV alors que les enroulements (primaires) sont prévus pour 20 kV.

L'extrapolation à la rescousse

Heureusement, ce n'est pas un problème pour deux raisons : la résistance du matériau d'isolation (des enroulements de transformateur) à des tensions spécifiques est connue (généralement présentée sous forme de graphique) et le MI 3205 TeraOhmXA 5kV prend en charge les tests de tension par paliers (par paliers de 100 V pour une plage de mesure de 1 à 5 kV). Les ingénieurs ont simplement effectué les trois mesures, en prenant soin d'utiliser correctement la borne de protection du testeur, pour chaque transformateur et ont tracé les résultats pour chaque mesure (de 1 kV à 5 kV), les ont extrapolés jusqu'à 20 kV et les ont comparés avec la fiche technique/le graphique du matériau. Les mesures ont naturellement pris un certain temps car la capacité de l'isolation était importante (le testeur peut gérer 3s/μF) - la décharge à la fin a été effectuée automatiquement (une autre fonction pratique du MI 3205 TeraOhmXA 5kV).

Des informations précieuses

De manière surprenante, 35 des 37 transformateurs ont passé les tests avec succès et ont été mis en service sur le réseau de distribution. Les deux autres étaient opérationnels, mais il a été calculé qu'ils ne pouvaient fonctionner en toute sécurité qu'à une température et une charge considérablement réduites et qu'ils ne convenaient donc pas à l'objectif de la compagnie d'électricité - ils ont été mis au rebut. La preuve qu'une simple analyse d'isolation telle que réalisée avec le MI 3205 TeraOhmXA 5kV peut être une méthode d'évaluation précieuse - pour les transformateurs MT et BT et d'autres machines électriques.