La surchauffe des transformateurs constitue un problème grave. La surchauffe entraîne une dégradation de l'isolation, des pannes imprévues et des temps d'arrêt coûteux. L'essai d'élévation de température permet d'éviter ces problèmes et garantit le fonctionnement sûr de votre transformateur. Le essai de montée en température permet de mesurer la température atteinte par un transformateur en conditions de pleine charge. Il permet de vérifier que le système de refroidissement du transformateur fonctionne correctement et que les températures restent dans les limites de sécurité prévues lors de la conception, ce qui évite tout dommage et garantit un fonctionnement fiable. Il est bon de connaître les principes de base, mais les détails ont leur importance, en particulier pour les différents types de transformateurs. En tant que fabricant chez KV Hipot, fournisseur mondial d’équipements de test fiables, nous comprenons ces nuances. Voyons ensemble comment ce test essentiel s’applique dans diverses situations et ce que les résultats signifient réellement pour l’état des équipements.

En quoi consiste l'essai d'élévation de température d'un transformateur de puissance ?

Les transformateurs de puissance traitent d'énormes quantités d'énergie. Si leur système de refroidissement tombe en panne, les conséquences peuvent être catastrophiques et entraîner des coupures de courant majeures. Ce test vérifie précisément leur capacité à rester à une température acceptable en situation de contrainte. Pour les transformateurs de puissance, l'essai d'élévation de température permet de vérifier l'efficacité des systèmes de refroidissement complexes (tels que l'huile, les radiateurs et les ventilateurs) sous charge nominale. Il garantit que le transformateur est capable de fournir de l'énergie de manière fiable sans surchauffe dangereuse. !

Approfondissement des essais de montée en température des transformateurs de puissance

Cet essai est sans doute le plus crucial pour les transformateurs de puissance de grande taille, en raison de la puissance considérable qu'ils prennent en charge et de la chaleur importante qu'ils génèrent. La vérification de la conception du système de refroidissement est une exigence incontournable. Méthodes d'essai : Il est essentiel de simuler les pertes à pleine charge. Parmi les méthodes couramment utilisées, on peut citer :

• Méthode du court-circuit : Un courant nominal circule dans les enroulements (l'un court-circuité, l'autre alimenté) afin de simuler les pertes dans le cuivre (pertes de charge). Cela provoque un échauffement des enroulements.
• Méthode en circuit ouvert : Une tension nominale est appliquée à l'un des enroulements (généralement celui de basse tension), tandis que l'autre est laissé ouvert afin de simuler les pertes dans le fer (à vide). Cela provoque l'échauffement du noyau. Souvent, ces résultats sont combinés ; pour les très grosses unités, on recourt à une méthode « dos à dos » (essai de Sumpner). Des capteurs de température mesurent la température de l'huile en haut du réservoir et la température moyenne des enroulements (calculée à partir de la variation de résistance) jusqu'à ce qu'elles se stabilisent. Pourquoi c'est essentiel : La norme CEI 60076-2 joue ici un rôle essentiel. L'essai permet de vérifier :
• La conception (radiateurs, pompes, ventilateurs) permet d'évacuer la chaleur produite.
• Les matériaux isolants ne se détérioreront pas prématurément sous l'effet d'une chaleur excessive.
• Le transformateur respecte les limites spécifiées en matière d'élévation de température (par exemple, une élévation moyenne de la température des enroulements de 65 °C par rapport à la température ambiante). Un dysfonctionnement signifie que le transformateur n'est pas en mesure de supporter de manière fiable sa charge nominale.AspectDétailImportanceObjectifValider le système de refroidissement en condition de pleine charge. Garantit la fiabilité et prévient les défaillances thermiques.Chaleur primairePertes dans le cuivre (enroulements), pertes dans le fer (noyau) : déterminent les besoins en refroidissementIndicateur cléTempérature maximale de l'huile, température moyenne des enroulements — Comparaison avec les limites de conception/normesStandardPar exemple, la norme CEI 60076-2 définit une procédure normalisée et des limites

Comment l'essai d'élévation de température s'applique-t-il aux transformateurs de courant ?

Même les transformateurs de mesure de plus petite taille, comme les transformateurs de courant, peuvent surchauffer. Cela nuit à leur précision et peut présenter un risque d'incendie à l'intérieur des armoires de commutation. Les contrôles permettent de s'assurer qu'ils fonctionnent en toute sécurité dans les limites de leurs spécifications. Transformateurs de courant (les CT) sont également soumis à des essais de montée en température. Cela permet de vérifier qu’ils peuvent supporter en continu leur courant primaire nominal et leur charge sans surchauffer, garantissant ainsi la précision des mesures et prévenir les dommages. 

Analyse approfondie de l'élévation de température des transformateurs de courant

Même si leur puissance est bien inférieure à celle des transformateurs de puissance, la production de chaleur dans les transformateurs de courant reste un sujet de préoccupation. Ceux-ci étant souvent intégrés dans des armoires avec d'autres équipements, la dissipation thermique revêt une importance particulière. Sources de chaleur : La principale source de chaleur est constituée par les pertes I²R dans les enroulements primaire et secondaire, dues au courant de charge et au courant traversant les équipements connectés (compteurs, relais). Les pertes dans le noyau sont généralement minimes, mais y contribuent néanmoins. Procédure d'essai : Le courant nominal primaire est fait passer dans le transformateur de courant, la charge maximale spécifiée étant connectée aux bornes secondaires. Les températures sont surveillées (souvent au niveau du boîtier ou des bornes, parfois au niveau des enroulements si possible) jusqu’à ce qu’elles se stabilisent. L’élévation de température doit rester dans les limites spécifiées par les normes (telles que la norme CEI 61869-2) pour la classe d’isolation du transformateur de courant. Importance :

• Précision : Une température excessive peut modifier la résistance des enroulements et, éventuellement, altérer les propriétés magnétiques du noyau, ce qui peut entraîner des mesures de courant imprécises.
• Sécurité : Une surchauffe peut endommager l'isolation du transformateur de courant et présenter un risque d'incendie à l'intérieur des appareillages de commutation ou des tableaux de commande fermés.
• Longévité : Comme tout appareil électrique, une surchauffe réduit la durée de vie du transformateur de courant. Ce test permet de s'assurer que le transformateur de courant fonctionne de manière fiable et sûre tout au long de sa durée de vie.

Le test d'élévation de température est-il différent pour les transformateurs de type sec ?

Les transformateurs de type sec ne contiennent pas d'huile pour le refroidissement. Cela signifie que la chaleur doit être évacuée par un autre moyen, ce qui pose des défis particuliers. Des essais doivent permettre de vérifier que leur méthode de refroidissement par air est suffisante. Oui, bien que le principe soit le même (vérification de la température en charge), le contrôle des transformateurs de type sec porte principalement sur l'efficacité de la circulation de l'air et le respect des limites de température propres à chaque classe d'isolation, puisqu'ils ne contiennent pas d'huile. 

Approfondissement des essais de montée en température des composants de type « sec »

Les transformateurs à sec reposent entièrement sur l'air pour leur refroidissement, soit par convection naturelle (AN – Air Natural), soit par circulation d'air forcée (AF – Air Forced) à l'aide de ventilateurs. L'essai d'élévation de température permet de valider cette méthode de refroidissement. Principales différences :

• Pas de mesure du niveau d'huile : De toute évidence, il n'y a pas de température maximale de l'huile à mesurer. L'accent est principalement mis sur les températures des enroulements.
• Le niveau d'isolation est essentiel : Les modèles à sec utilisent des systèmes d'isolation solides conçus pour résister à des températures plus élevées (par exemple, classe F – 155 °C, classe H – 180 °C de température totale). L'essai permet de vérifier que la température au point chaud de l'enroulement ne dépasse pas ces limites en charge (en tenant compte de la température ambiante, de l'élévation de température et de la marge admise pour le point chaud).
• Mesure des points chauds : La mesure du point le plus chaud des enroulements est une opération à la fois cruciale et complexe. Parmi les méthodes utilisées, on peut citer l'utilisation de thermocouples intégrés lors de la fabrication ou des calculs basés sur les mesures de la résistance moyenne des enroulements.
• Impact du boîtier : Si le transformateur est encastré, l'essai doit tenir compte de l'impact du boîtier sur la circulation de l'air et la dissipation thermique. Méthode d'essai : Des techniques similaires de simulation des pertes (court-circuit, circuit ouvert) sont utilisées. Des capteurs surveillent les températures des enroulements et, parfois, la température du noyau ou de l'air ambiant à l'intérieur du boîtier. Pour les unités AF, le fonctionnement du ventilateur est vérifié. L’objectif est de s’assurer que la température du point le plus chaud reste inférieure à la limite du système d’isolation pour l’élévation de température spécifiée (par exemple, une élévation de 80 °C, 115 °C ou 150 °C).

Que signifie concrètement “ élévation de température ” pour un transformateur ?

La mention “ augmentation de 65 °C ” sur une plaque signalétique peut prêter à confusion. Cela signifie-t-il que le transformateur fonctionne à 65 °C ? Il est essentiel de bien comprendre ce terme pour interpréter correctement les résultats des essais et les caractéristiques techniques. L'élévation de température correspond à la différence entre la température mesurée d'un élément spécifique (comme les enroulements ou l'huile) en charge et la température de l'air ambiant. Il ne s'agit pas de la température de fonctionnement finale. 

Approfondir la question de la signification de la hausse des températures

Analysons ce concept fondamental. La “ hausse de température ” indique de combien de degrés le composant du transformateur est autorisé à dépasser la température de l'air ambiant lorsqu'il fonctionne à sa charge nominale. Calcul : Température finale ≈ Température ambiante + Élévation de température Exemple : Un transformateur présente une élévation de température moyenne des enroulements de 65 °C. Si la température ambiante est de 30 °C, la température moyenne des enroulements à pleine charge sera d'environ : 30 °C (température ambiante) + 65 °C (élévation de température) = 95 °C (température moyenne de l'enroulement) Notes courantes :

• À huile : On observe souvent une élévation moyenne de la température des enroulements de 65 °C par rapport à une température ambiante moyenne de 30 °C. L'élévation maximale de la température de l'huile peut également être fixée à 65 °C. Les anciennes normes prévoyaient une élévation de 55 °C.
• Type à sec : Des élévations de température plus importantes sont courantes en raison des systèmes d'isolation conçus pour des températures plus élevées, comme une élévation moyenne de la température des enroulements de 115 °C ou 150 °C par rapport à une température ambiante de 30 °C. Les normes définissent la température ambiante de référence (par exemple, 30 °C en moyenne journalière, 40 °C au maximum selon les normes CEI/IEEE). L'essai d'élévation de température permet de vérifier que le transformateur reste dans les limites de son élévation nominale dans ces conditions normalisées. Il s'agit d'une mesure de la capacité du transformateur à dissiper sa propre chaleur.

En quoi consiste un dispositif d'essai de montée en température type ?

Réaliser un essai d'élévation de température peut sembler compliqué. Connaître les composants de base et leur disposition permet de mieux comprendre comment cet essai mesure avec précision les performances thermiques du transformateur en conditions de charge. Un banc d'essai de montée en température comprend un transformateur, des sources d'alimentation réglables permettant de simuler les pertes en charge, des capteurs de température placés à des endroits stratégiques, ainsi que des instruments permettant de mesurer et d'enregistrer avec précision les températures et les paramètres électriques. 

Approfondir la configuration des tests

Pour réaliser un essai de montée en température fiable, il est nécessaire de mettre en place un dispositif et un équipement de mesure avec soin. Voici les éléments indispensables :

1. Transformateur sous essai (TUT) : Le transformateur lui-même, placé dans un environnement où la température ambiante est stable et contrôlée, à l'abri des courants d'air, sauf en cas de simulation de conditions spécifiques au site.
2. Sources de simulation des pertes :
   • Pour les pertes dans les enroulements (pertes sous charge) : Une source de courant alternatif à fort courant et basse tension, raccordée selon la configuration d'essai de court-circuit. Celle-ci simule la chaleur générée par le courant traversant la résistance de l'enroulement (pertes I²R). Chez KV Hipot, nous fournissons des ensembles d'essai à injection de courant primaire souvent utilisés à cette fin.
   • Pour les pertes dans le noyau (à vide) : Une source de tension alternative variable raccordée selon la configuration d'essai en circuit ouvert. Cela permet de simuler la chaleur générée par la magnétisation du noyau (pertes par hystérésis et par courants de Foucault).
3. Capteurs de température :
   • Thermocouples ou RTD : Conçu pour mesurer la température de l'air ambiant, la température de l'huile en haut de l'appareil (pour les modèles à remplissage de liquide) et, le cas échéant, les températures de surface.
   • Mesure de la résistance des enroulements : Permet de calculer la température moyenne des enroulements à partir de la variation de résistance par rapport à une valeur connue à froid. Un équipement de mesure de résistance de précision est nécessaire.
   • (En option) Capteurs à fibre optique : Peut être intégré directement dans les enroulements pour la mesure des points chauds.
4. Mesure et enregistrement : Des voltmètres, des ampèremètres et des wattmètres pour surveiller les entrées électriques, ainsi que des enregistreurs de données ou des systèmes de surveillance pour enregistrer les températures au fil du temps jusqu’à ce que la stabilisation soit atteinte (généralement lorsque le taux de variation est inférieur à 1 °C par heure). Les mesures de sécurité sont primordiales en raison des tensions et des courants en jeu.

À partir de quelle température un transformateur est-il considéré comme trop chaud ?

Il est normal de s'inquiéter lorsqu'un transformateur est très chaud au toucher. Connaître les limites de température réelles permet de distinguer la chaleur normale liée au fonctionnement d'une surchauffe potentiellement dangereuse qui nécessite une intervention. “La notion de ” trop chaud » dépend de la conception du transformateur et de son système d’isolation. Elle est déterminée en additionnant la température ambiante maximale, l’élévation de température nominale et une marge pour les points chauds, le tout ne devant pas dépasser la limite thermique de l’isolation. 

Approfondir la question des températures maximales de sécurité

Il n'existe pas de température unique considérée comme “ trop élevée ” pour tous les transformateurs. La limite dépend de la conception de l'appareil, et plus particulièrement de son système d'isolation. Voici comment la température maximale de fonctionnement est généralement déterminée : Facteurs clés :

1. Température ambiante maximale : Les normes prévoient généralement une température maximale de l'air ambiant, souvent de 40 °C (par exemple, selon les normes IEEE/CEI). Les conditions sur site peuvent varier.
2. Élévation de température nominale : Il s'agit de la valeur indiquée sur la plaque signalétique (par exemple, élévation moyenne de la température des enroulements de 65 °C). Il s'agit de l'élévation de température maximale admissible. ci-dessus température ambiante à pleine charge.
3. Indemnité « Hot Spot » : Le point le plus chaud à l'intérieur du serpentin est toujours plus chaud que le moyenne température des enroulements mesurée par la résistance. Les normes prévoient une tolérance pour cette différence (par exemple, 10 °C ou 15 °C pour les transformateurs à huile, et éventuellement davantage pour les modèles à sec). Exemple de calcul (rempli d'huile, élévation de température de 65 °C) : Température maximale du point chaud = Température ambiante maximale + Élévation moyenne de la température de l'enroulement + Marge de sécurité pour le point chaud Température maximale au point chaud ≈ 40 °C + 65 °C + 15 °C = 120 °C Limite du système d'isolation : Cette température maximale calculée au point chaud doit être inférieure à la limite thermique du système d’isolation du transformateur (par exemple, généralement 105 °C ou 110 °C pour les anciens systèmes à huile minérale/papier, et plus élevée pour les systèmes plus récents ou les types à sec, comme 155 °C pour la classe F, 180 °C pour la classe H). Le dépassement de la limite thermique de l’isolation réduit considérablement la durée de vie du transformateur en raison d’un vieillissement accéléré.

Quelle est la valeur de l'élévation de température indiquée sur la plaque signalétique d'un transformateur ?

Les plaques signalétiques des transformateurs contiennent de nombreuses informations. Il est essentiel de bien comprendre l'indice d'élévation de température pour garantir une utilisation correcte et s'assurer que le transformateur ne subit pas de surcharge thermique dans son environnement d'exploitation. L'indice d'élévation de température indiqué sur la plaque signalétique précise l'augmentation maximale admissible de la température des enroulements (moyenne) et, le cas échéant, du fluide isolant (niveau maximal) par rapport à la température ambiante, en fonctionnement à pleine charge. 

Approfondissement des indices de hausse de température indiqués sur les plaques signalétiques

Cette valeur nominale constitue une information essentielle relative à la conception, vérifiée par l'essai d'élévation de température. Elle indique la quantité de chaleur que le transformateur est conçu pour supporter et dissiper. Explication des notes courantes :

• 65 °C (ou 65 K) : Ce terme désigne souvent l'élévation maximale de la température moyenne des enroulements par rapport à la température ambiante (généralement estimée à 30 °C en moyenne et 40 °C au maximum). C'est courant pour les transformateurs de distribution et de puissance modernes à remplissage liquide.
• 55 °C : Une norme plus ancienne, qui prévoit une élévation moyenne admissible de la température des enroulements plus faible. Ces transformateurs fonctionnent généralement à une température plus basse ou présentent une densité de puissance plus faible.
• 55/65 °C : Cela indique une double puissance nominale. Le transformateur peut fonctionner en continu avec une élévation moyenne de la température des enroulements de 55 °C à sa puissance nominale de base en kVA. Il peut également supporter une charge plus élevée (généralement 112% de la puissance nominale de base en kVA), ce qui entraîne une élévation moyenne de la température des enroulements de 65 °C.
• Hausse des cours du pétrole : Il arrive parfois qu'une augmentation distincte soit indiquée pour la température maximale de l'huile (par exemple, 65 °C ou 55 °C).
• Qualifications pour les moteurs à sec : Ces valeurs s'expriment à l'aide de lettres indiquant la classe d'isolation (comme F ou H) et des valeurs d'élévation de température associées (par exemple, une élévation moyenne de la température des enroulements de 115 °C ou 150 °C). Il est essentiel que des ingénieurs comme Muhammad ou des propriétaires d’usine comme Spencer comprennent bien ces caractéristiques. Cela leur permet de choisir un transformateur adapté à la charge prévue et aux conditions de température ambiante du site, évitant ainsi toute défaillance prématurée due à une surchauffe. Cela est directement lié aux essais en usine que nous réalisons et aux équipements fournis par KV Hipot.

Conclusion

L'essai d'élévation de température est essentiel pour évaluer l'état du transformateur. Il permet de vérifier les performances de refroidissement, de garantir un fonctionnement sûr dans les limites fixées, de prévenir les défaillances et d'optimiser la durée de vie et la fiabilité du transformateur.