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Les transformateurs à bain d'huile sont confrontés à des menaces internes constantes qui restent invisibles de l'extérieur : dégagement de gaz dû à la rupture de l'isolation, stress thermique sur les enroulements, augmentation de la pression en cas de défaillance et infiltration d'humidité par les cycles de respiration. Les accessoires de protection - relais Buchholz, dispositif de décharge de pression, indicateurs de température et reniflard à gel de silice - servent de système sensoriel au transformateur, détectant les anomalies avant qu'une défaillance catastrophique ne se produise.
Du point de vue de l'approvisionnement, ces accessoires représentent moins de 5% du coût total du transformateur, mais ils déterminent si un défaut qui se développe devient un événement de maintenance programmé ou une perte totale de l'actif. D'après notre expérience de la mise en service de plus de 200 transformateurs à bain d'huile dans des sous-stations industrielles, les accessoires correctement spécifiés ont toujours fourni des alertes précoces sur les problèmes internes, souvent en détectant les problèmes des jours ou des semaines avant que les autres systèmes de protection ne réagissent.
Lors de l'évaluation transformateurs de distribution électrique, Dans le cadre de l'évaluation de la qualité, il convient de traiter chaque accessoire comme un élément de spécification distinct nécessitant une vérification, plutôt que comme un accessoire interchangeable. Les sections suivantes examinent chaque dispositif du point de vue de l'acheteur, en abordant les principes de fonctionnement, les paramètres de spécification et les indicateurs de qualité qui distinguent les équipements fiables des produits de base.
Un relais Buchholz est un dispositif de protection actionné par le gaz et installé dans la conduite reliant la cuve principale d'un transformateur à son conservateur. Il détecte les défauts naissants par l'analyse de l'accumulation de gaz et de la surpression d'huile, deux phénomènes physiques distincts qui indiquent des degrés de gravité différents.
Le principe de fonctionnement repose sur une chimie fondamentale : les défauts internes décomposent l'huile de transformateur et l'isolation cellulosique en gaz. À des températures supérieures à 300°C, l'huile se décompose en hydrogène, méthane, acétylène et autres hydrocarbures. Les défauts mineurs tels que les décharges partielles ou les surchauffes locales produisent des gaz à des taux de 50 à 100 cm³/heure. Les défauts d'arc graves génèrent des volumes de gaz explosifs qui déplacent l'huile à des vitesses supérieures à 0,7 m/s.
Mécanisme de protection à deux niveaux
Le boîtier du relais contient deux éléments flottants qui remplissent des fonctions distinctes :
Le flotteur supérieur réagit à l'accumulation progressive de gaz. Au fur et à mesure que les gaz s'accumulent dans la chambre du relais et que le niveau d'huile baisse, le flotteur bascule pour activer un contact d'alarme. Cette phase se déclenche généralement lorsque les gaz accumulés atteignent 100 à 250 cm³, ce qui permet d'être averti quelques heures ou quelques jours à l'avance avant qu'un dommage grave ne se produise.
L'élément inférieur - un volet ou un godet articulé - détecte le déplacement rapide de l'huile en cas de défaillance majeure. Lorsqu'un arc interne génère une production soudaine de gaz, la poussée d'huile qui en résulte fait dévier cet élément en l'espace de 50 à 100 millisecondes, ce qui déclenche immédiatement les signaux de déclenchement des disjoncteurs.
Liste de contrôle des spécifications pour les acheteurs
| Paramètre | Valeurs typiques | Point de vérification |
|---|---|---|
| Raccordement des tuyaux | DN50 / DN80 / DN100 | Doit correspondre au diamètre du tuyau du restaurateur |
| Valeur nominale du contact d'alarme | 250V AC, 0,5A | Vérifier la compatibilité des entrées du panneau de relais |
| Valeur nominale du contact de déclenchement | 250V AC, 1.0A | Confirmer les exigences du circuit de déclenchement du disjoncteur |
| Vitesse de déclenchement du débit d'huile | 0,7-1,2 m/s | Approprié à la valeur MVA du transformateur |
| Volume de collecte des gaz | 200-300 cm³ | Suffisante pour l'échantillonnage de l'analyse des gaz dissous |
| Bouton-poussoir de test | Inclus | Essentiel pour la vérification de la mise en service |
Des observations sur le terrain dans des installations minières et pétrochimiques révèlent que la fonction d'alarme détecte environ 70% de défauts naissants avant une défaillance catastrophique. La fonction de déclenchement fournit une protection de secours pour les événements à haute énergie produisant une génération immédiate de gaz.
[Regard d'expert : installation du relais Buchholz]
- Le tuyau de montage doit maintenir une pente de 1,5-3% vers le restaurateur pour assurer une bonne migration des gaz.
- Le robinet de prélèvement de gaz permet l'analyse des gaz dissous sans démontage du relais
- Les déclenchements intempestifs sont souvent dus à la présence d'air lors du remplissage de l'huile ou à un angle de montage incorrect.
- Les interrupteurs à mercure des anciens relais nécessitent une vérification du niveau ; les interrupteurs à lames modernes sont tolérants à la position.
Lorsque des défauts catastrophiques génèrent une évolution rapide des gaz à l'intérieur d'une cuve de transformateur, la pression augmente dangereusement en l'espace de quelques millisecondes. Le dispositif de décompression (PRD) assure une protection mécanique indépendante des systèmes électriques, en évacuant les gaz avant que la cuve ne se rompe.
PRD vs. relais de pression soudaine
Deux dispositifs distincts permettent de faire face aux conditions de surpression :
La vanne PRD utilise un diaphragme à ressort qui s'ouvre à une pression prédéfinie, généralement de 50 à 70 kPa au-dessus de la pression atmosphérique. Lorsqu'elle est activée, elle libère physiquement l'huile et le gaz dans l'atmosphère, puis se referme automatiquement (type auto-étanche) ou reste ouverte (type à disque frangible). Le temps de réponse est inférieur à 50 millisecondes.
Le relais de pression soudaine (SPR) est un dispositif électrique qui détecte la vitesse de montée en pression plutôt que la pression absolue. Il envoie des signaux de déclenchement aux disjoncteurs mais ne relâche pas physiquement la pression. De nombreuses spécifications exigent les deux : SPR pour un déclenchement électrique rapide, PRD pour une purge mécanique.
Considérations relatives au montage et au dimensionnement
Les PRD se montent sur le couvercle supérieur du réservoir ou sur la paroi latérale supérieure, l'orifice de décharge étant orienté à l'écart des passages du personnel. La taille est en corrélation avec la puissance MVA du transformateur et le volume d'huile - les unités plus grandes nécessitent une plus grande capacité de ventilation pour empêcher l'accumulation de pression dépassant les limites structurelles.
Vérifier que le perçage effectué en usine correspond au modèle de bride du PRD avant l'expédition. Les installations rétrofit nécessitent souvent des plaques d'adaptation personnalisées lorsqu'il s'agit de remplacer des PRD de différents fabricants.
Indicateurs de qualité de l'acheteur
Les enroulements des transformateurs sont nettement plus chauds que l'huile environnante. L'indicateur de température de l'huile (OTI) mesure directement la température de l'huile supérieure, tandis que l'indicateur de température du bobinage (WTI) estime la température du bobinage au point le plus chaud à l'aide d'une méthode de simulation thermique. Les deux mesures sont essentielles : en se basant uniquement sur l'OTI, on sous-estime la contrainte d'isolation réelle de 15 à 30°C sous charge.
L'importance des deux indicateurs
L'OTI fournit une mesure directe par le biais d'une poche thermométrique dans la paroi du réservoir, lisant la température de l'huile près du haut du réservoir. Cette valeur reflète les performances du système de refroidissement et les conditions ambiantes, mais n'indique pas la contrainte thermique réelle de l'enroulement.
WTI comble cette lacune grâce au principe de l'image thermique. Un transformateur de courant fournit un courant réduit à une résistance chauffante montée à l'intérieur du doigt de gant du thermomètre WTI. Cette résistance ajoute une élévation de température proportionnelle aux pertes I²R dans l'enroulement, ce qui permet à la lecture du WTI d'approcher la température du point le plus chaud sans nécessiter de capteur intégré dans la bobine elle-même.
Étalonnage de l'image thermique
La précision des relevés WTI nécessite un étalonnage adéquat lors de la conception du transformateur :
La documentation de l'usine doit spécifier ces paramètres. Un réétalonnage sur le terrain est possible, mais il nécessite une connaissance approfondie de la conception thermique des transformateurs.
Réglage des seuils d'alarme et de déclenchement
Les points de consigne de température dépendent de la classe d'isolation et de la méthode de refroidissement. Pour une isolation standard de classe A (limite thermique de 105°C) dans un système de refroidissement ONAN, les points de consigne de température dépendent de la classe d'isolation et de la méthode de refroidissement. transformateurs à bain d'huile:
| Indicateur | Réglage de l'alarme | Réglage du voyage | Objectif de suivi |
|---|---|---|---|
| OTI | 85°C | 95°C | Température de l'huile de coupe |
| WTI | 105°C | 120°C | Point chaud simulé |
Ces valeurs sont conformes aux directives de charge thermique de la norme IEEE C57.91. Les réglages d'usine réels peuvent différer en fonction de la conception spécifique du transformateur - vérifier la documentation avant la mise sous tension.
[Regard d'expert : entretien de l'indicateur de température].
- Les tubes capillaires reliant les indicateurs montés à distance sont fragiles - les éloigner des zones de circulation.
- Vérification annuelle de l'étalonnage à l'aide d'une référence de température portable recommandée pour les unités critiques
- Les relevés WTI peuvent être en décalage par rapport à la température réelle de l'enroulement lors de variations rapides de la charge en raison de la masse thermique.
- Les indicateurs numériques multicanaux peuvent consolider les deux mesures avec des points de consigne programmables.
L'huile de transformateur se dilate et se contracte en fonction des changements de température, ce qui oblige le restaurateur à “respirer” à travers l'assemblage du reniflard. Sans élimination de l'humidité, chaque cycle de respiration introduit de l'air humide qui dégrade la rigidité diélectrique de l'huile et accélère le vieillissement de l'isolation en cellulose.
Comment le reniflard protège l'intégrité de l'huile
L'air entrant traverse une chambre remplie de gel de silice, une forme poreuse de dioxyde de silicium ayant une grande affinité pour la vapeur d'eau. Le gel adsorbe l'humidité avant que l'air n'atteigne l'espace aérien du restaurateur, ce qui permet de maintenir la teneur en humidité de l'huile en dessous des seuils critiques. D'après le Normes IEC 60076 pour les transformateurs, l'humidité dans l'huile réduit considérablement la tension de claquage diélectrique et raccourcit la durée de vie de l'isolation.
D'autres conceptions sont possibles, notamment des conservateurs hermétiques dotés de vessies ou de diaphragmes en caoutchouc qui éliminent totalement la respiration atmosphérique. Ces systèmes coûtent plus cher mais offrent une protection supérieure contre l'humidité pour les transformateurs dans les environnements humides.
Construction et fonction du godet d'huile
Les reniflards standard comportent une chambre en verre ou en plastique transparent contenant des cartouches de gel de silice remplaçables ou régénérables. La coupelle d'huile située à la base du reniflard constitue une barrière secondaire contre l'humidité : les bulles d'air traversent un bassin peu profond d'huile de transformateur propre avant d'atteindre la chambre de gel.
L'entretien du godet d'huile est essentiel. Un godet vide ou contaminé permet à l'air non filtré de contourner le système. Remplir avec la même huile que celle utilisée dans le réservoir principal.
Critères de sélection des reniflards
Réalité de l'entretien
La couleur du gel de silice indique l'état de saturation en eau. Le gel frais apparaît bleu ou orange selon le type d'indicateur ; le gel saturé devient rose ou incolore.
La fréquence de remplacement varie considérablement en fonction du climat :
La régénération par chauffage du gel à 120-150°C restaure la capacité d'adsorption pendant 3 à 5 cycles avant qu'un remplacement ne soit nécessaire. Documenter l'historique de la régénération pour suivre la dégradation du gel dans le temps.
Au-delà des spécifications des appareils individuels, la réussite de la protection des transformateurs dépend de l'intégration correcte entre les accessoires et le système de protection dans son ensemble.
Vérification du respect des normes
Demander des documents démontrant la conformité avec les normes applicables :
Aucune norme internationale ne régit l'ensemble des accessoires de transformateurs. Certains fabricants font référence à des normes régionales ou à des spécifications internes - vérifiez qu'elles offrent des niveaux de protection équivalents.
Câblage d'usine et compatibilité des bornes
Confirmer ces points d'intégration avant l'expédition :
La découverte de terminaux incompatibles lors de la mise en service entraîne des retards coûteux et des modifications sur le terrain.
Pièces de rechange et disponibilité à long terme
Les accessoires des transformateurs nécessitent une maintenance périodique sur des cycles de vie de 25 à 30 ans. Vérifier :
Les composants exclusifs de lignes de produits abandonnées créent des problèmes de maintenance des dizaines d'années après l'installation.
XBRELE fournit des transformateurs de distribution à bain d'huile avec des ensembles d'accessoires installés en usine et testés, configurés selon les exigences du projet. Les configurations standard comprennent un relais Buchholz, un dispositif de décharge de pression, un indicateur de température du bobinage, un indicateur de température de l'huile et un reniflard à gel de silice avec une coupelle d'huile, tous expédiés avec des documents d'étalonnage et des certificats d'essai.
Une assistance technique est disponible pour l'adaptation des spécifications des accessoires, en particulier pour les installations présentant des conditions environnementales ou des exigences de protection non standard. Les configurations personnalisées tiennent compte du déclassement de l'altitude, des plages de températures extrêmes et de la compatibilité de l'interface avec les systèmes de contrôle des postes existants.
Contactez notre équipe technique en tant qu'interlocuteur de confiance fabricant de transformateurs de distribution pour obtenir des devis de transformateurs avec les spécifications complètes des accessoires correspondant aux exigences de votre projet.
Q : Qu'est-ce qui fait qu'un relais Buchholz donne de fausses alarmes ?
R : L'air emprisonné pendant le remplissage d'huile, un angle de montage incorrect du relais dépassant 3° de déviation par rapport à l'horizontale et les vibrations externes provenant d'équipements voisins sont les causes les plus courantes. Des procédures de mise en service appropriées comprenant une évacuation complète de l'air et une vérification du montage permettent d'éviter la plupart des fausses indications.
Q : Comment savoir si le gel de silice doit être remplacé ?
R : Surveillez l'indicateur de changement de couleur - le gel bleu ou orange devenant rose ou incolore signale une saturation en humidité. Dans les climats humides, les intervalles de remplacement doivent être de 6 à 12 mois ; dans les environnements arides, les intervalles peuvent être de 2 à 3 ans. Remplacez le produit lorsque les deux tiers environ du gel visible ont changé de couleur.
Q : WTI peut-il fonctionner sans la connexion du transformateur de courant ?
R : Le WTI affiche uniquement la température de l'huile, et non la température simulée du point chaud de l'enroulement. Sans le courant de chauffage alimenté par le TC, la fonction d'image thermique est désactivée et les relevés sous-estimeront la température réelle de l'enroulement de 15 à 30°C dans des conditions de charge. Cela va à l'encontre de l'objectif de la surveillance de la température du bobinage.
Q : Quelle est la durée de vie typique des accessoires de transformateurs ?
R : Les relais et les indicateurs de température Buchholz durent généralement de 20 à 25 ans avec une vérification périodique de l'étalonnage. Les joints PRD peuvent nécessiter un remplacement tous les 10 à 15 ans en fonction de la dégradation du matériau. Les reniflards en gel de silice doivent être remplacés en fonction de la saturation plutôt que du temps calendaire.
Q : Dois-je spécifier des PRD à disque auto-obturant ou frangible ?
R : Les PRD auto-obturants permettent la remise sous tension du transformateur après des surpressions mineures à la suite d'une inspection. Les types à disque frangible doivent être remplacés après toute activation, mais offrent une ouverture plus fiable à des réglages de pression précis. Les sous-stations critiques spécifient souvent des types auto-obturants pour minimiser la durée de l'arrêt.
Q : Les valeurs nominales des contacts des accessoires sont-elles normalisées d'un fabricant à l'autre ?
R : La tension et l'intensité nominales des contacts varient selon le fabricant et le modèle. Les valeurs nominales courantes sont 250 V CA à 0,5-1,0 A pour les contacts d'alarme et 250 V CA à 1,0-2,0 A pour les contacts de déclenchement. Vérifiez toujours que les valeurs nominales correspondent aux spécifications d'entrée de votre panneau de relais avant de vous approvisionner afin d'éviter toute incompatibilité d'interface.
Q : Comment puis-je vérifier la qualité des accessoires lorsque je compare les offres ?
R : Demandez des certificats d'essais de type en usine, des certifications de matériaux pour les composants mouillés à l'huile et des documents d'étalonnage avec traçabilité aux normes nationales de métrologie. Les fournisseurs incapables de fournir cette documentation peuvent proposer des produits non certifiés ou contrefaits qui compromettent la fiabilité de la protection.
