Quels sont les problèmes courants liés aux enroulements de transformateur et comment peuvent-ils être résolus ?

Enroulements du transformateurfaire une grande partie du gros travail à l’intérieur d’un transformateur. Ils transportent le courant, transfèrent l’énergie électrique et fonctionnent avec le système d’isolation pour assurer le fonctionnement sûr du transformateur. Pour cette raison, quand quelque chose ne va pas avec unenroulement du transformateur, le problème peut devenir grave assez rapidement.

Les problèmes d'enroulement peuvent provenir de forces de court-circuit-, d'une surchauffe, du vieillissement de l'isolation, de l'humidité, de défauts de fabrication ou même d'une manipulation brutale pendant le transport. Certaines failles apparaissent soudainement, tandis que d’autres se développent lentement au fil des années d’exploitation.

La bonne nouvelle est que de nombreux problèmes de bobinage peuvent être détectés avant qu’ils ne se transforment en panne majeure. Tests réguliers et pratiquesconseils d'entretien des transformateurspeut faire une grande différence.

Problèmes courants d’enroulement de transformateur

Un enroulement est quotidiennement exposé à des contraintes électriques et mécaniques. Toutefois, lors d'un court-circuit, les forces peuvent devenir plusieurs fois plus élevées que dans des conditions de fonctionnement normales. C’est à ce moment-là que les faiblesses existantes apparaissent souvent.

Déformation de l'enroulement du transformateur

Déformation d'enroulementest l'un des plus sérieuxproblèmes de transformateur, surtout après un court-circuit-à courant élevé.

Dans des conditions normales, les forces électromagnétiques à l’intérieur d’un transformateur sont bien contrôlées. Cependant, lors d'un défaut, le courant peut augmenter considérablement et les forces qui en résultent peuvent pousser ou tirer les enroulements hors de leur position d'origine.

Un enroulement peut se déplacer radialement, se déplacer axialement, se déformer, s'incliner ou être comprimé.Parfois, les dégâts sont évidents lors d’une inspection interne. D’autres fois, le transformateur continue de fonctionner et le problème n’apparaît que lors des tests électriques.

C’est là que les choses peuvent devenir délicates.

Un enroulement déformé peut avoir des jeux d'isolation plus petits que ceux initialement conçus. Les conducteurs peuvent se rapprocher, ce qui exerce une contrainte supplémentaire sur l'isolation des spires et l'isolation principale. Finalement, cela peut conduire à un court-circuit entre-tours ou même à un défaut d'enroulement-à-à la terre.

Après un court-circuit majeur-, c'est donc une bonne idée de vérifier le transformateur au lieu de simplement supposer que tout va bien.

Les méthodes de diagnostic courantes comprennenttests de résistance d'enroulement, tests de rapport de spire, analyse de réponse en fréquence (FRA) et tests d'isolation.

Défaillance d'isolation des tours et courts-circuits entre-tours

L'isolation entre les tours individuels est fine, mais elle a un rôle très important. Si cette isolation se brise, deux tours ou plus peuvent devenir électriquement connectés alors qu'ils ne devraient pas l'être.

C'est ce qu'on appelle uncourt-circuit entre-tours.

Au début, le défaut peut concerner seulement une petite section du bobinage. Le transformateur peut toujours sembler fonctionner normalement, ce qui peut rendre le problème facile à ignorer. Mais les spires court-circuitées peuvent transporter un courant de circulation élevé et générer une chaleur locale importante.

Cette chaleur endommage davantage l’isolation, ce qui peut aggraver rapidement le problème initial.

Défaillance de l'isolation des enroulementspeut être causé par une surchauffe à long terme-, un vieillissement de l'isolation, l'humidité, un mouvement mécanique, une décharge partielle, une contrainte électrique excessive ou des dommages physiques.

La réparation dépend de ce que trouvent les ingénieurs. Si les dommages sont très localisés, des composants d’isolation ou de bobinage peuvent parfois être réparés. Si le conducteur ou le système d'isolation a été gravement endommagé, le rembobinage est généralement l'option la plus sûre.

Et il y a ici une règle importante : corriger la cause, pas seulement le symptôme. Si une surchauffe a provoqué une défaillance de l'isolation, le problème de refroidissement ou de chargement doit également être résolu.

Panne de l’isolation principale

Les enroulements des transformateurs dépendent égalementisolation principalepour séparer l'enroulement du noyau, du réservoir, des autres enroulements et des composants mis à la terre.

À mesure que l’isolation vieillit, sa résistance électrique et mécanique peut diminuer. L'humidité aggrave les choses, en particulier dans les transformateurs immergés dans l'huile. Une huile isolante contaminée ou dégradée peut également réduire les performances diélectriques globales.

La déformation du bobinage est une autre cause potentielle. Si l'enroulement bouge après un court-circuit, les distances d'isolation peuvent devenir plus petites que prévu. Cela crée un stress électrique supplémentaire et augmente le risque de rupture d’isolation.

Selon l'état, les réparations peuvent impliquer un traitement de l'huile du transformateur, un séchage sous vide, le remplacement des composants isolants, la réparation du bobinage ou le rembobinage complet de la section endommagée.

Un enroulement de transformateur gravement endommagé doit normalement être réparé par un personnel de réparation de transformateur qualifié plutôt que par une réparation rapide sur place.

Instabilité radiale des enroulements de transformateur

L'instabilité radiale décrit le mouvement indésirable d'un enroulement vers le centre ou loin du centre du transformateur.

Ceci est étroitement lié aux forces de court-circuit-. Lorsqu'un courant de défaut important circule dans les enroulements, de fortes forces électromagnétiques agissent sur les conducteurs. Si la structure mécanique n’est pas suffisamment solide, le bobinage peut se déformer ou se déformer.

Par exemple, un enroulement interne peut être poussé vers l’intérieur, tandis qu’un enroulement externe peut être forcé vers l’extérieur. Une fois que le bobinage perd sa forme originale, sa résistance mécanique peut également être réduite.

Une deuxième panne pourrait alors causer encore plus de dégâts.

La réparation d'une déformation radiale dépend de sa gravité. Des mouvements mineurs peuvent nécessiter des tests et une inspection détaillés. Une déformation plus grave peut nécessiter un démontage interne, une restauration mécanique ou une réparation du bobinage. Si les conducteurs sont gravement endommagés, un rembobinage peut être nécessaire.

Du point de vue de la conception, un support de conducteur approprié, des entretoises, des structures de serrage et des calculs de court-circuit-sont essentiels.

Instabilité axiale des enroulements de transformateur

L'instabilité axiale est un autre problème mécanique courant.

Au lieu de se déplacer vers l’intérieur ou vers l’extérieur, le bobinage se déplace le long de son axe vertical.Lors d'un court-circuit, les forces électromagnétiques peuvent pousser les sections d'enroulement vers le haut ou vers le bas. Dans certains cas, les sections d'enroulement peuvent être comprimées, étirées, inclinées ou déplacées.

Un support mécanique faible, un serrage insuffisant ou une perte de pression de serrage au fil du temps peuvent augmenter le risque.

Le mouvement axial n’est pas seulement un problème mécanique. Une fois les sections d’enroulement déplacées, les barrières isolantes et les dégagements peuvent également changer. Cela peut éventuellement contribuer àdéfaillance de l'isolation des enroulements.

Lors d'une inspection, les techniciens peuvent vérifier la hauteur du bobinage, les blocs d'extrémité, les entretoises, la pression de serrage et la position du bobinage par rapport aux autres composants internes.

L’objectif n’est pas simplement de tout resserrer au maximum. Une pression de serrage trop élevée peut également endommager l'isolation. La structure mécanique doit être restaurée conformément aux exigences de conception originales du transformateur.

Surchauffe des bobinages : un problème à ne pas ignorer

Tous les problèmes de bobinage ne commencent pas par un court-circuit dramatique.

La surchauffe est une autre cause fréquente de détérioration des enroulements. Les transformateurs fonctionnant sous de lourdes charges produisent naturellement plus de chaleur, mais une température excessive peut également résulter d'un mauvais refroidissement, de radiateurs bloqués, de pannes de ventilateurs ou de pompes, de températures ambiantes élevées ou de courants harmoniques.

La surchauffe à long terme-accélère le vieillissement de l'isolation. Dans les transformateurs à huile-, cela peut également accélérer la détérioration de l'huile et produire des gaz qui peuvent être détectés par l'analyse des gaz dissous (DGA).

Lorsqu'un transformateur chauffe plus que prévu, vérifiez la charge, le système de refroidissement, l'état de l'huile, la ventilation et les mesures de température. Réduire la charge peut aider à court terme, mais ce n'est pas une solution permanente si le problème de refroidissement sous-jacent persiste.

Comment diagnostiquer les problèmes d'enroulement du transformateur

Une bonne maintenance consiste à détecter les problèmes le plus tôt possible, sans attendre la panne d'un transformateur.

Test de résistance d'enroulementpeut révéler des différences entre les phases et identifier des conducteurs endommagés, des connexions desserrées ou d'autres anomalies d'enroulement.

Test du rapport de transformation du transformateurvérifie si le rapport de rotation réel correspond à la valeur attendue. Des changements inattendus peuvent indiquer des dommages au bobinage ou des problèmes de changeur de prises.

Analyse de réponse en fréquence (FRA)est particulièrement utile après qu'un transformateur a subi un court-circuit. Des changements dans la signature FRA peuvent indiquer un mouvement ou une déformation de l'ensemble enroulement et noyau.

Tests de résistance d'isolement et de facteur de puissancepeut fournir des informations supplémentaires sur l’état de l’isolation. Pour les transformateurs immergés dans l'huile-, DGA peut également aider à identifier la surchauffe, les arcs électriques et d'autres problèmes internes.

Aucun test ne raconte toute l’histoire. Dans la pratique, les ingénieurs comparent généralement les résultats actuels avec les données de tests en usine, les dossiers de maintenance antérieurs et d'autres résultats de diagnostic.

Conseils pratiques pour l’entretien des transformateurs

Quelques habitudes d'entretien simples peuvent éviter de nombreux problèmes de bobinage.

Tout d’abord, gardez les températures du transformateur sous contrôle. Évitez les surcharges inutiles et assurez-vous que les ventilateurs, les pompes, les radiateurs et les systèmes de ventilation fonctionnent correctement.

Deuxièmement, faites attention à l’isolation. Pour les transformateurs immergés dans l'huile-, une bonne qualité d'huile et un contrôle de l'humidité sont particulièrement importants. Des tests d'huile réguliers peuvent révéler une détérioration avant qu'elle ne devienne un problème majeur.

La protection contre les courts-circuits-est également importante. Une protection correctement coordonnée devrait éliminer rapidement les défauts externes. Plus un transformateur est exposé longtemps à un courant de défaut élevé, plus les contraintes mécaniques sur ses enroulements sont importantes.

Et après un défaut majeur, ne sautez pas l’inspection simplement parce que le transformateur fonctionne toujours. Un bobinage peut être endommagé mécaniquement sans présenter de symptôme extérieur évident.

Le transport et l’installation ne doivent pas non plus être négligés. De forts impacts pendant le transport peuvent déplacer les composants internes, tandis qu'une mauvaise installation peut introduire des contraintes mécaniques supplémentaires.

Quand faut-il réparer ou remplacer un enroulement de transformateur ?

Il n'existe pas de réponse-taille-convient-à tous. La décision de réparation dépend du type et de l’étendue des dommages.

La clé est de comprendre pourquoi le bobinage a échoué en premier lieu. Remplacer un bobinage endommagé sans corriger le problème d’origine pose problème.

Par exemple, si une surcharge répétée provoquait une surchauffe, un nouvel enroulement finirait par être confronté aux mêmes conditions.

Pensées finales

Les défaillances des enroulements du transformateur peuvent aller d'une isolation mineuredétérioration jusqu'à déformation mécanique grave nécessitant un remplacement complet du bobinage. Les principaux modes de défaillance comprennent la défaillance de l'isolation des spires, la rupture de l'isolation principale, l'instabilité radiale et l'instabilité axiale.

Les défauts de court-circuit-mérisent une attention particulière car ils peuvent produire d'énormes forces mécaniques à l'intérieur du transformateur. Même lorsque le transformateur continue de fonctionner par la suite, une déformation cachée de l'enroulement peut toujours être présente.

C'est pourquoi des tests réguliers, un refroidissement adéquat, une gestion de l'isolation, une protection contre les courts-circuits-et des inspections en temps opportun sont si importants.

Dans le monde réel, un peu de maintenance préventive peut faire beaucoup de bien. En surveillant lesenroulement du transformateur, en vérifiant les résultats de tests inhabituels et en inspectant l'équipement après des défauts majeurs, les opérateurs peuvent souvent détecterproblèmes de transformateuravant qu’ils ne se transforment en échecs coûteux.

Pour les propriétaires de transformateurs, les entrepreneurs EPC et les équipes de maintenance, l’approche de base est simple : surveiller, tester, enquêter et réparer la cause première. C'est généralement beaucoup moins cher-et beaucoup moins stressant-que de gérer un transformateur défectueux après coup.

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