Défauts Externes Et Internes Dans Le Transformateur [PDF]

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Défauts externes et internes dans le transformateur   Il est essentiel de protéger les transformateurs à haute capacité contre défauts électriques externes et internes.

Défauts externes dans le transformateur de puissance Court-circuit externe du transformateur de puissance Le court-circuit peut se produire dans deux ou troisphases du système d'alimentation électrique. Le niveau de courant de défaut est toujours suffisamment élevé. Cela dépend de la tension qui a été court-circuitée et de l'impédance du circuit jusqu'au point de défaut. La perte de cuivre du transformateur d’alimentation en panne est augmentée de manière abrupte. Cette perte de cuivre croissante provoque un échauffement interne dans le transformateur. Un courant de défaut important génère également de fortes contraintes mécaniques dans le transformateur. Les contraintes mécaniques maximales apparaissent lors du premier cycle de courant de défaut symétrique.

Haute perturbation de tension dans le transformateur de puissance Perturbation haute tension dans le transformateur de puissance sont de deux sortes, 1. Surtension transitoire 2. Fréquence de surtension

Surtension transitoire Une surtension et une surtension à haute fréquence peuvent survenir dans le système électrique pour l'une des causes suivantes:   

Mise à la terre si le point neutre est isolé. Opération de commutation de différents équipements électriques. Impulsion de lumière atmosphérique.

Quelles que soient les causes de la surtension, ilest après tout une onde progressive ayant une forme d’onde élevée et raide, ainsi qu’une haute fréquence. Cette onde se propage dans le réseau électrique lorsque, une fois dans le transformateur de

puissance, elle provoque une rupture de l’isolation entre les spires adjacentes à la borne de ligne, ce qui peut créer un court-circuit entre les spires.

Fréquence de surtension Il peut toujours y avoir une chance de système surtension due à la déconnexion soudaine d'une charge importante. Bien que l’amplitude de cette tension soit supérieure à son niveau normal mais que sa fréquence soit la même qu’elle était dans des conditions normales. Une surtension dans le système provoque une augmentation de la contrainte sur l'isolation du transformateur. Comme nous le savons, la tension

, une tension accrue entraîne une augmentation proportionnelle du flux de travail. Cela provoque donc une augmentation de la perte de fer etaugmentation proportionnellement importante du courant magnétisant. Le flux d'augmentation est dévié du noyau du transformateur vers d'autres pièces structurelles en acier du transformateur. Les boulons à noyau qui transportent normalement peu de flux peuvent être soumis à une grande partie du flux dévié de la région saturée du noyau le long. Dans de telles conditions, le boulon peut être rapidement chauffé et détruire son propre isolant ainsi que celui des enroulements.

Sous effet de fréquence dans le transformateur de puissance Comme, tension

car le nombre de tours dans le bobinage est fixe. Donc,

A partir de cette équation, il est clair que si la fréquence diminue dans un système, le flux dans le cœur augmente, les effets sont plus ou moins similaires à ceux de la surtension.

Défauts internes dans le transformateur de puissance Les principaux défauts qui se produisent à l’intérieur d’un transformateur de puissance sont classés comme suit: 1. Rupture d'isolation entre enroulement et terre 2. Rupture d'isolation entre les différentes phases

3. Rupture d’isolation entre les spires adjacentes, c’est-à-dire une faille entre spires 4. Défaut du transformateur

Défauts de terre internes dans le transformateur de puissance Défauts internes à la terre dans un enroulement en étoile connecté avec un point neutre mis à la terre via une impédance Dans ce cas, le courant de défaut dépend dela valeur de l'impédance de mise à la terre et est également proportionnelle à la distance du point de défaut du point neutre, car la tension au point dépend du nombre de tours d'enroulement au point neutre et au point de défaut. Si la distance entre le point de défaut et le point neutre est plus grande, le nombre de tours sous cette distance est également plus grand. Par conséquent, la tension entre le point neutre et le point de défaut est élevée, ce qui provoque un courant de défaut plus élevé. Ainsi, en peu de mots, on peut dire que la valeur du courant de défaut dépend de la valeur de l'impédance de mise à la terre ainsi que de la distance entre le point en défaut et le point neutre. Le courant de défaut dépend également de la réactance de fuite de la partie de l'enroulement à travers le point de défaut et le neutre. Mais comparé à l'impédance de mise à la terre, il est très faible et il est évidemment ignoré car il vient en série avec une impédance de mise à la terre comparativement beaucoup plus élevée.

Défauts internes à la terre dans un bobinage connecté en étoile avec un point neutre solidement mis à la terre Dans ce cas, l'impédance de mise à la terre est idéalement nulle. Le courant de défaut dépend de la réactance de fuite de la partie de l'enroulement qui rencontre le point défectueux et le point neutre du transformateur. Le courant de défaut dépend également de la distance entre le point neutre et le point de défaut dans le transformateur. Comme indiqué dans le cas précédent, la tension entre ces deux points dépend du nombre de tours d'enroulement rencontrés par un point et un point neutre défectueux. Ainsi, dans un enroulement connecté en étoile avec le point neutre solidement mis à la terre, le courant de défaut dépend de deux facteurs principaux: premièrement, la réactance de fuite de l'enroulement rencontre un point et un point neutre défectueux, et ensuite la distance entre le point défectueux et le point neutre. Mais la réactance de fuite de l'enroulement varie de manière complexe avec la position du défaut dans l'enroulement. On voit que la réactance décroît très rapidement pour le point de défaut s'approchant du neutre et que, par conséquent, le courant de défaut est le plus élevé pour le défaut près du neutre. Donc, à ce stade, la tension disponible pour le courant de défaut est basse et dans le même temps, la réactance s'oppose au courant de défaut également, de sorte que la valeur du courant de défaut est suffisamment élevée. Toujours au point de défaut éloigné du point neutre, la tension disponible pour le courant de défaut est élevée, mais dans le

même temps, la réactance offerte par la partie d'enroulement entre le point de défaut et le point neutre est élevée. On peut remarquer que le courant de défaut reste très élevé tout au long du bobinage. En d’autres termes, le courant de défaut conserve une magnitude très élevée sans rapport avec la position du défaut sur l’enroulement.

Défauts entre phases internes dans le transformateur de puissance Les défauts phase à phase dans le transformateur sont rares. Si un tel défaut se produit, il en résultera un courant important pour le fonctionnement du relais de surintensité instantané côté primaire ainsi que du relais différentiel.

Inter tourne défaut dans le transformateur de puissance Transformateur de puissance connecté avec extra électriquesystème de transmission à haute tension, est très susceptible d'être soumis à une tension d'impulsion élevée et de forte amplitude, frontale et haute fréquence en raison d'une surtension fulgurante sur la ligne de transport Les contraintes de tension entre les spires de l'enroulement deviennent si importantes qu'elles ne peuvent pas supporter la contrainte et provoquer une défaillance de l'isolation entre les spires en certains points. En outre, les enroulements BT sont sollicités en raison de la surtension transférée. Un très grand nombre de défaillances du transformateur de puissance sont dues à un défaut entre les tours. Un défaut entre les tours peut également se produire en raison d'efforts mécaniques entre les tours générés par un court-circuit externe.

Défaut de base dans le transformateur de puissance Dans n'importe quelle partie du noyau, la stratification est endommagée,ou la stratification du noyau est pontée par tout matériau conducteur qui provoque un courant de Foucault suffisant pour s'écouler, de sorte que cette partie du noyau devient surchauffée. Parfois, l’isolation des boulons (utilisée pour serrer la stratification du noyau) échoue, ce qui permet également à un courant de Foucault suffisant de circuler à travers le boulon et de provoquer un échauffement excessif. Cette défaillance de l'isolant dans le laminage et les boulons à noyaux provoque un échauffement local important. Bien que ces échauffements locaux entraînent une perte de cœur supplémentaire, mais ne puissent créer aucune modification notable du courant d'entrée et de sortie dans le transformateur, ces défauts ne peuvent donc pas être détectés par le schéma de protection électrique normal. Cela est souhaitable pour détecter la condition de surchauffe locale du noyau du transformateur avant que tout défaut majeur ne se produise. Une surchauffe excessive entraîne la dégradation de l'huile isolante du transformateur avec dégagement de gaz. Ces gaz s’accumulent dans le relais Buchholz et actionnent Buchholz Alarm.

 2  3

Conditions de défaut du transformateur Un certain nombre de conditions de défaut de transformateur peuvent survenir pratiquement à tout moment suite à certaines situations particulières. Ceux-ci incluent les 5 défauts internes les plus courants suivants et quelques défauts externes:

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Défauts de terre Défauts de base Défauts entre tours Défauts phase à phase Défauts de réservoir Facteurs externes

 Défauts à la terre Un défaut sur un enroulement de transformateur entraînera des courants qui dépendent de la source, de l'impédance de mise à la terre du neutre, de la réactance de fuite du transformateur et de la position du défaut dans les enroulements. Les connexions des enroulements influencent également l'amplitude du courant de défaut. Si le neutre est solidement mis à la terre, le courant de défaut est contrôlé par la réactance de fuite, qui dépend de l'emplacement du défaut.

La réactance diminue à mesure que le défaut se rapproche du point neutre . En conséquence, le courant de défaut est le plus élevé pour un défaut proche du point neutre. Dans le cas d'un défaut dans un enroulement connecté en ∆, la plage de courant de défaut est inférieure à celle d'un enroulement connecté en Y, la valeur réelle étant contrôlée par la méthode de mise à la terre utilisée dans le système.

Les courants de défaut de phase peuvent être faibles pour un enroulement connecté en ∆ en raison de l'impédance élevée au défaut de l'enroulement ∆. Ce facteur doit être pris en compte lors de la conception du schéma de protection d'un tel enroulement.

Défauts de base Les défauts du noyau dus à une rupture d'isolation peuvent permettre à un courant de Foucault suffisant de circuler pour provoquer une surchauffe, qui peut atteindre une ampleur suffisante pour endommager l'enroulement.

Figure 1 - Dommages à l'intérieur de la pile d'enroulements de bobine du transformateur rempli d'huile (crédit photo: forensic.cc)

Défauts entre tours Les défauts entre tours se produisent en raison de contournements d'enroulement causés par des surtensions de ligne . Un court-circuit de

quelques spires de l'enroulement donnera lieu à des courants élevés dans les boucles court-circuitées, mais les courants aux bornes seront faibles.

Figure 2 - Défaut entre les tours du transformateur (

4. Défauts phase à phase Les défauts phase à phase sont rares mais entraîneront des courants importants de magnitudes similaires aux défauts de terre 

5. Pannes du réservoir Les défauts du réservoir entraînant une perte d'huile réduisent l' isolation des enroulements  et produisent des échauffements anormaux.

Les défauts courants dans le transformateur sont: (1) Défaut inter-tours (2) Rupture d'isolement entre l'enroulement HT et l'enroulement BT (3) Rupture d'isolement entre l'enroulement HT et la terre (4) Rupture d'isolement entre l'enroulement BT et la terre (5) Défaillance d'isolement d'autres enroulements, le cas échéant, par exemple enroulement tertiaire (6) Défaut dû à une augmentation excessive de la température due à une perte de refroidissement (7) Défaut dû à l'échauffement / aux étincelles en raison d'une mauvaise mise à la terre du noyau ou de joints électriques desserrés (8) Défaut dû à une détérioration de la qualité de l'huile ou à une perte d'huile (9) Panne de traversée (10) Défaut dû à des surtensions du système ou à des surtensions dues à la foudre / commutation