{"id":3709,"date":"2026-05-04T09:00:00","date_gmt":"2026-05-04T09:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/xbrele.com\/?p=3709"},"modified":"2026-04-28T06:44:02","modified_gmt":"2026-04-28T06:44:02","slug":"moisture-transformer-oil-paper-ppm-relative-saturation-dry-out","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/xbrele.com\/fr\/moisture-transformer-oil-paper-ppm-relative-saturation-dry-out\/","title":{"rendered":"Humidit\u00e9 de l'huile de transformateur : ppm vs saturation relative expliqu\u00e9e"},"content":{"rendered":"

Introduction : Le destructeur silencieux de l'isolation des transformateurs<\/h2>\n

L'humidit\u00e9 est le contaminant le plus r\u00e9pandu et le plus destructeur qui affecte les syst\u00e8mes d'isolation des transformateurs de moyenne tension. Apr\u00e8s 18 ans pass\u00e9s \u00e0 diagnostiquer des d\u00e9faillances de transformateurs et \u00e0 superviser des op\u00e9rations de s\u00e9chage dans des installations industrielles et de services publics, j'ai pu constater de premi\u00e8re main que des mesures d'humidit\u00e9 mal comprises conduisaient \u00e0 des d\u00e9cisions catastrophiques, qu'il s'agisse du remplacement pr\u00e9matur\u00e9 d'unit\u00e9s en \u00e9tat de marche ou de la poursuite de l'exploitation de transformateurs au bord de la d\u00e9faillance.<\/p>\n

Le syst\u00e8me d'isolation des transformateurs repose sur la relation synergique entre l'huile min\u00e9rale (ou des fluides alternatifs) et le papier cellulosique. L'huile assure la rigidit\u00e9 di\u00e9lectrique et le transfert de chaleur, tandis que le papier enveloppe les conducteurs et maintient les distances \u00e9lectriques. L'humidit\u00e9 compromet ces deux fonctions simultan\u00e9ment : elle r\u00e9duit la tension de claquage di\u00e9lectrique de l'huile, acc\u00e9l\u00e8re le vieillissement thermique du papier et permet des d\u00e9charges partielles \u00e0 des concentrations \u00e9tonnamment faibles.<\/p>\n

La compr\u00e9hension de la mesure de l'humidit\u00e9 n'est pas seulement th\u00e9orique : elle a un impact direct sur les budgets de maintenance, la programmation des arr\u00eats et les strat\u00e9gies de prolongation de la dur\u00e9e de vie des actifs. Cet article fournit les bases techniques pour interpr\u00e9ter correctement les donn\u00e9es d'humidit\u00e9, s\u00e9lectionner les m\u00e9thodes d'ass\u00e8chement appropri\u00e9es et r\u00e9diger des sp\u00e9cifications qui prot\u00e8gent votre investissement.<\/p>\n

\n
\"Graphique
La limite de saturation de l'huile min\u00e9rale augmente fortement avec la temp\u00e9rature, de sorte que la m\u00eame valeur absolue en ppm repr\u00e9sente des niveaux de saturation relatifs tr\u00e8s diff\u00e9rents en fonction de la temp\u00e9rature de l'huile au moment de l'\u00e9chantillonnage.<\/figcaption><\/figure>\n

Comprendre la mesure de l'humidit\u00e9 : ppm et saturation relative<\/h2>\n

Parties par million (ppm) : La mesure absolue<\/h3>\n

Les parties par million en poids (ppm ou mg\/kg) repr\u00e9sentent la quantit\u00e9 absolue d'eau dissoute dans l'huile de transformateur. Un titrage Karl Fischer - la m\u00e9thode de laboratoire standard selon ASTM D1533 - mesure directement cette quantit\u00e9 en faisant r\u00e9agir l'eau avec de l'iode dans une solution de m\u00e9thanol.<\/p>\n

La mesure en ppm indique la quantit\u00e9 d'eau pr\u00e9sente, mais ne r\u00e9v\u00e8le rien sur l'\u00e9tat r\u00e9el de l'huile par rapport \u00e0 son point de saturation. Cette distinction s'av\u00e8re cruciale, car les caract\u00e9ristiques de solubilit\u00e9 dans l'eau varient consid\u00e9rablement d'une huile \u00e0 l'autre.<\/p>\n

Solubilit\u00e9 typique de l'humidit\u00e9 par type d'huile \u00e0 25\u00b0C :<\/strong>
\n- Huile min\u00e9rale : 55-65 ppm \u00e0 saturation
\n- Ester naturel (FR3) : 1 100+ ppm \u00e0 saturation
\n- Ester synth\u00e9tique : 2 700+ ppm \u00e0 saturation<\/p>\n

Un taux d'humidit\u00e9 de 35 ppm dans une huile min\u00e9rale repr\u00e9sente une saturation relative d'environ 60%, ce qui est tr\u00e8s pr\u00e9occupant. Ces m\u00eames 35 ppm dans un ester naturel repr\u00e9sentent environ 3% de saturation relative, ce qui est parfaitement acceptable. Si l'on ne comprend pas cette relation, les d\u00e9cisions d'entretien deviennent dangereusement arbitraires.<\/p>\n

Saturation relative (RS%) : La mesure fonctionnelle<\/h3>\n

La saturation relative exprime la teneur en humidit\u00e9 en pourcentage de la capacit\u00e9 de saturation de l'huile \u00e0 la temp\u00e9rature de mesure. Cette mesure est en corr\u00e9lation directe avec :<\/p>\n

    \n
  • Risque de formation d'eau libre<\/strong>: Au-dessus de 100% RS, l'eau pr\u00e9cipite.<\/li>\n
  • Probabilit\u00e9 de claquage di\u00e9lectrique<\/strong>: Augmente de fa\u00e7on exponentielle au-del\u00e0 de 30% RS<\/li>\n
  • Comportement de migration de l'humidit\u00e9<\/strong>: D\u00e9termine la direction et la vitesse du mouvement de l'eau entre l'huile et le papier.<\/li>\n<\/ul>\n

    Les capteurs d'humidit\u00e9 capacitifs modernes mesurent la saturation relative directement \u00e0 la temp\u00e9rature de fonctionnement, ce qui permet de conna\u00eetre en temps r\u00e9el le risque di\u00e9lectrique. La conversion de RS% en ppm n\u00e9cessite de conna\u00eetre la courbe de saturation de l'huile et la temp\u00e9rature au moment de la mesure.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
    Humidit\u00e9 du papier (%)<\/th>\n\u00c9valuation de l'\u00e9tat<\/th>\nImpact sur la dur\u00e9e de vie pr\u00e9vue<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
    < 1,0%<\/td>\nExcellent (neuf\/sec)<\/td>\nDur\u00e9e de vie totale de la conception<\/td>\n<\/tr>\n
    1.0 - 2.0%<\/td>\nBon<\/td>\nAcc\u00e9l\u00e9ration minimale<\/td>\n<\/tr>\n
    2.0 - 3.0%<\/td>\nMod\u00e9r\u00e9<\/td>\nAcc\u00e9l\u00e9ration du vieillissement de 2 \u00e0 4 fois<\/td>\n<\/tr>\n
    3.0 - 4.0%<\/td>\nConcernant<\/td>\nAcc\u00e9l\u00e9ration du vieillissement de 5 \u00e0 10 fois<\/td>\n<\/tr>\n
    > 4.0%<\/td>\nCritique<\/td>\nIntervention imm\u00e9diate n\u00e9cessaire<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

    L'\u00e9valuation de l'humidit\u00e9 du papier n\u00e9cessite des m\u00e9thodes indirectes car l'\u00e9chantillonnage direct d\u00e9truit l'isolation. Les calculs d'\u00e9quilibre \u00e0 partir d'\u00e9chantillons d'huile \u00e0 des temp\u00e9ratures connues, combin\u00e9s \u00e0 des mesures de la r\u00e9ponse \u00e0 la fr\u00e9quence di\u00e9lectrique (RFD), fournissent des estimations fiables.<\/p>\n

    Dynamique de migration de l'humidit\u00e9<\/h3>\n

    Au cours des cycles de charge, les transformateurs respirent l'humidit\u00e9 \u00e0 l'int\u00e9rieur et \u00e0 l'ext\u00e9rieur de leurs syst\u00e8mes d'isolation. L'huile chaude absorbe l'humidit\u00e9 du papier pendant les pics de charge ; l'huile froide restitue l'humidit\u00e9 pendant les p\u00e9riodes de faible charge. Cette migration continue r\u00e9partit l'humidit\u00e9 dans l'ensemble du syst\u00e8me d'isolation au fil du temps.<\/p>\n

    Les transformateurs scell\u00e9s et les transformateurs de type conservateur se comportent diff\u00e9remment. Les syst\u00e8mes de conservateurs dot\u00e9s de reniflards en gel de silice minimisent la p\u00e9n\u00e9tration de l'humidit\u00e9 atmosph\u00e9rique, mais n\u00e9cessitent un entretien assidu du gel. Les unit\u00e9s scell\u00e9es sous couverture d'azote emp\u00eachent totalement la p\u00e9n\u00e9tration de l'humidit\u00e9, mais retiennent l'humidit\u00e9 g\u00e9n\u00e9r\u00e9e par le vieillissement du papier.<\/p>\n

    \n
    \"Tableau
    Le choix de la m\u00e9thode de s\u00e9chage d\u00e9pend de la gravit\u00e9 de l'humidit\u00e9 du papier, de la fen\u00eatre d'interruption disponible et de l'infrastructure du site ; le s\u00e9chage en phase vapeur permet d'obtenir la p\u00e9n\u00e9tration la plus profonde, mais n\u00e9cessite des conditions d'atelier.<\/figcaption><\/figure>\n

    Interpr\u00e9tation des r\u00e9sultats des tests d'humidit\u00e9 : Un cadre pratique<\/h2>\n

    \u00c9tablir des attentes de base<\/h3>\n

    Les nouveaux transformateurs doivent quitter l'usine avec une humidit\u00e9 de l'huile inf\u00e9rieure \u00e0 10 ppm et une humidit\u00e9 du papier inf\u00e9rieure \u00e0 0,5%. La r\u00e9alit\u00e9 est souvent diff\u00e9rente - j'ai re\u00e7u des unit\u00e9s avec plus de 25 ppm de fabricants \u00e9trangers qui donnaient la priorit\u00e9 aux calendriers d'exp\u00e9dition plut\u00f4t qu'\u00e0 un s\u00e9chage ad\u00e9quat. L'\u00e9tablissement de crit\u00e8res d'acceptation et de tests de v\u00e9rification permet d'\u00e9viter d'h\u00e9riter des raccourcis de qualit\u00e9 de quelqu'un d'autre.<\/p>\n

    Les transformateurs en service accumulent de l'humidit\u00e9 provenant de plusieurs sources :
    \n- Respiration atmosph\u00e9rique (syst\u00e8mes de conservation)
    \n- D\u00e9gradation des joints et des garnitures
    \n- D\u00e9composition de la cellulose (produit de l'eau)
    \n- Produits d'oxydation de l'huile<\/p>\n

    Analyse corrig\u00e9e de la temp\u00e9rature<\/h3>\n

    Les r\u00e9sultats des laboratoires indiquent l'humidit\u00e9 \u00e0 la temp\u00e9rature d'essai (g\u00e9n\u00e9ralement 20-25\u00b0C), qui peut \u00eatre tr\u00e8s diff\u00e9rente de la temp\u00e9rature d'\u00e9chantillonnage. Demandez que la temp\u00e9rature d'\u00e9chantillonnage soit not\u00e9e sur le formulaire de la cha\u00eene de contr\u00f4le pour permettre une interpr\u00e9tation correcte.<\/p>\n

    Pour les capteurs en ligne assurant une surveillance continue, il convient d'\u00e9tablir des points de consigne d'alarme \u00e0 la temp\u00e9rature de fonctionnement, en tenant compte des variations de temp\u00e9rature en fonction de la charge. Un transformateur dont la temp\u00e9rature moyenne du bobinage est de 65\u00b0C tol\u00e8re des ppm absolus plus \u00e9lev\u00e9s qu'un transformateur dont la temp\u00e9rature moyenne du bobinage est de 80\u00b0C avant d'atteindre une saturation relative \u00e9quivalente.<\/p>\n

    Combinaison de plusieurs m\u00e9thodes de diagnostic<\/h3>\n

    L'\u00e9valuation de l'humidit\u00e9 ne doit pas reposer sur une seule mesure. Les diagnostiqueurs exp\u00e9riment\u00e9s proc\u00e8dent par triangulation :<\/p>\n

      \n
    1. Titrage de Karl Fischer<\/strong>: Humidit\u00e9 absolue dans l'\u00e9chantillon d'huile<\/li>\n
    2. R\u00e9ponse en fr\u00e9quence di\u00e9lectrique (DFR)<\/strong>: Estimation de l'humidit\u00e9 du papier<\/li>\n
    3. Capteurs RS% en ligne<\/strong>: Contr\u00f4le de la saturation en temps r\u00e9el<\/li>\n
    4. Analyse des gaz dissous<\/strong>: Confirme ou infirme l'activit\u00e9 li\u00e9e \u00e0 l'humidit\u00e9<\/li>\n
    5. Facteur de puissance\/facteur de dissipation<\/strong>: Des valeurs \u00e9lev\u00e9es sugg\u00e8rent une contamination<\/li>\n<\/ol>\n

      Un d\u00e9saccord entre les m\u00e9thodes indique soit des erreurs de test, soit des conditions inhabituelles n\u00e9cessitant une investigation.<\/p>\n

      \n
      \"Organigramme
      Un organigramme d'acceptation bas\u00e9 sur des seuils traduit les r\u00e9sultats des tests RS% en actions de maintenance claires, \u00e9liminant ainsi l'ambigu\u00eft\u00e9 des d\u00e9cisions d'approbation apr\u00e8s traitement.<\/figcaption><\/figure>\n

      M\u00e9thodes de s\u00e9chage : S\u00e9lection et application<\/h2>\n

      Circulation de l'huile chaude<\/h3>\n

      La circulation d'huile chaude repr\u00e9sente la m\u00e9thode de s\u00e9chage la moins invasive pour les transformateurs en service. Le processus comprend<\/p>\n

        \n
      1. Chauffage de l'huile \u00e0 70-80\u00b0C dans une unit\u00e9 de traitement externe<\/li>\n
      2. Circulation dans le transformateur \u00e0 raison de 10-15% du volume du r\u00e9servoir par heure<\/li>\n
      3. Passage par des colonnes de d\u00e9gazage sous vide ou de tamis mol\u00e9culaire<\/li>\n
      4. Remettre de l'huile s\u00e9ch\u00e9e dans le transformateur<\/li>\n<\/ol>\n

        Efficacit\u00e9<\/strong>: R\u00e9duit l'humidit\u00e9 de l'huile \u00e0 < 10 ppm ; r\u00e9duction limit\u00e9e de l'humidit\u00e9 du papier (am\u00e9lioration typique de 0,5-1,0% sur 2-4 semaines de circulation continue).<\/p>\n

        Meilleures applications<\/strong>: Unit\u00e9s mod\u00e9r\u00e9ment contamin\u00e9es o\u00f9 l'humidit\u00e9 du papier reste inf\u00e9rieure \u00e0 3%<\/p>\n

        Limitations<\/strong>: Impossible de traiter le papier fortement satur\u00e9 ; la dur\u00e9e prolong\u00e9e immobilise l'\u00e9quipement de traitement.<\/p>\n

        D\u00e9shydratation sous vide<\/h3>\n

        Le traitement sous vide acc\u00e9l\u00e8re l'\u00e9limination de l'humidit\u00e9 en r\u00e9duisant le point d'\u00e9bullition de l'eau dans l'isolant. Il existe deux variantes :<\/p>\n

        Traitement sous vide en ligne<\/strong> maintient un vide continu (0,5-5 torr) dans l'espace du conservateur ou de la couverture d'azote tout en faisant circuler l'huile \u00e0 travers le traitement externe. Cette m\u00e9thode convient aux transformateurs qui ne peuvent pas \u00eatre mis hors tension pendant de longues p\u00e9riodes.<\/p>\n

        Traitement sous vide complet<\/strong> n\u00e9cessite une mise hors tension et une vidange compl\u00e8tes. Le transformateur est chauff\u00e9 de l'ext\u00e9rieur sous vide pouss\u00e9 (< 1 torr), ce qui permet de forcer l'humidit\u00e9 du papier isolant. Cette m\u00e9thode permet d'obtenir une humidit\u00e9 du papier inf\u00e9rieure \u00e0 1,0% lorsqu'elle est correctement ex\u00e9cut\u00e9e.<\/p>\n

        S\u00e9chage en phase vapeur<\/h3>\n

        Le s\u00e9chage en phase vapeur repr\u00e9sente l'\u00e9talon-or pour l'\u00e9limination de l'humidit\u00e9 au niveau de l'usine et du d\u00e9p\u00f4t. Le processus :<\/p>\n

          \n
        1. Introduit du k\u00e9ros\u00e8ne \u00e0 bas point d'\u00e9bullition ou un solvant similaire sous forme de vapeur.<\/li>\n
        2. La vapeur se condense sur les surfaces de cellulose plus froides, chauffant l'isolation de l'int\u00e9rieur.<\/li>\n
        3. L'eau s'\u00e9vapore dans le flux de vapeur<\/li>\n
        4. Le vide \u00e9limine les vapeurs charg\u00e9es d'humidit\u00e9<\/li>\n
        5. Les cycles sont r\u00e9p\u00e9t\u00e9s jusqu'\u00e0 ce que l'objectif de s\u00e9cheresse soit atteint<\/li>\n<\/ol>\n

          Cette m\u00e9thode permet d'obtenir un taux d'humidit\u00e9 du papier inf\u00e9rieur \u00e0 0,5% - ce qui revient \u00e0 remettre l'isolant \u00e0 l'\u00e9tat neuf - mais elle n\u00e9cessite un \u00e9quipement sp\u00e9cialis\u00e9 et n'est g\u00e9n\u00e9ralement utilis\u00e9e que lors de la remise \u00e0 neuf ou de l'assemblage en usine.<\/p>\n

          Injection d'air sec<\/h3>\n

          Pour les transformateurs qui ne disposent pas d'\u00e9quipement de mise sous vide, l'injection continue d'air sec constitue une alternative plus lente mais efficace. De l'air de qualit\u00e9 instrumentale (point de ros\u00e9e < -40\u00b0C) barbote dans l'huile, absorbant l'humidit\u00e9 et sortant par la d\u00e9charge de pression ou des \u00e9vents d\u00e9di\u00e9s.<\/p>\n

          Efficacit\u00e9<\/strong>: L'\u00e9quilibre avec l'humidit\u00e9 du papier est atteint en 4 \u00e0 8 semaines ; l'humidit\u00e9 finale du papier est g\u00e9n\u00e9ralement comprise entre 1,5 et 2,51 TTP3T.<\/p>\n

          Meilleures applications<\/strong>: Lieux \u00e9loign\u00e9s, situations \u00e0 budget limit\u00e9 ou entretien entre deux interventions majeures.<\/p>\n

          \n

          R\u00e9daction de sp\u00e9cifications : Prot\u00e9ger votre investissement<\/h2>\n

          Crit\u00e8res d'acceptation des nouveaux transformateurs<\/h3>\n

          Les sp\u00e9cifications doivent indiquer des limites d'humidit\u00e9 explicites et des exigences de v\u00e9rification :<\/p>\n

          \n

          \u201cLa teneur en humidit\u00e9 de l'huile de transformateur ne doit pas d\u00e9passer 10 ppm lorsqu'elle est test\u00e9e selon la norme ASTM D1533 \u00e0 20-25\u00b0C. La teneur en humidit\u00e9 de l'isolant en papier, estim\u00e9e par un calcul d'\u00e9quilibre ou par les registres de processus du fabricant, ne doit pas d\u00e9passer 0,5% en poids. Les essais de v\u00e9rification doivent avoir lieu dans les 72 heures suivant la livraison, le transformateur \u00e9tant \u00e0 temp\u00e9rature ambiante pendant au moins 24 heures avant l'\u00e9chantillonnage\u201d.\u201d<\/p>\n<\/blockquote>\n

          Inclure les cons\u00e9quences de la non-conformit\u00e9 : \u201cLes transformateurs qui d\u00e9passent les limites d'humidit\u00e9 doivent \u00eatre soumis \u00e0 un s\u00e9chage supervis\u00e9 par l'usine, aux frais du fabricant, avant d'\u00eatre accept\u00e9s.\u201d<\/p>\n

          Exigences relatives aux transformateurs vieillis en service<\/h3>\n

          Pour les transformateurs faisant l'objet d'une remise \u00e0 neuf ou d'un traitement :<\/p>\n

          \n

          \u201cLe traitement de s\u00e9chage doit permettre d'obtenir une humidit\u00e9 de l'huile inf\u00e9rieure \u00e0 15 ppm et une humidit\u00e9 estim\u00e9e du papier inf\u00e9rieure \u00e0 1,5%. Le contractant doit fournir des tests avant\/apr\u00e8s, y compris le titrage Karl Fischer et l'analyse de la r\u00e9ponse \u00e0 la fr\u00e9quence di\u00e9lectrique. Les mesures finales doivent \u00eatre prises au moins 48 heures apr\u00e8s la fin du traitement pour permettre la stabilisation de l'\u00e9quilibre.\u201d<\/p>\n<\/blockquote>\n

          Sp\u00e9cifications de la surveillance en ligne<\/h3>\n

          Lors de la sp\u00e9cification d'un contr\u00f4le continu de l'humidit\u00e9 :<\/p>\n

          \n

          \u201cLes capteurs d'humidit\u00e9 doivent mesurer la saturation relative avec une pr\u00e9cision de \u00b13% RS sur une plage de 0-100%. Les capteurs doivent compenser automatiquement la temp\u00e9rature et communiquer via Modbus RTU ou IEC 61850. Les points de consigne des alarmes doivent \u00eatre configur\u00e9s \u00e0 20% RS (prudence) et 30% RS (critique) avec un filtrage temporel pour \u00e9viter les alarmes intempestives pendant les transitions de charge\u201d.\u201d<\/p>\n<\/blockquote>\n

          \n

          Applications sur le terrain : Le\u00e7ons tir\u00e9es de cas concrets<\/h2>\n

          \u00c9tude de cas : Le r\u00e9sultat \u201cbon\u201d trompeur<\/h3>\n

          Un transformateur de sous-station de 25 MVA a \u00e9t\u00e9 test\u00e9 \u00e0 28 ppm d'humidit\u00e9 au printemps - dans la limite des 35 ppm impos\u00e9e par la compagnie d'\u00e9lectricit\u00e9. \u00c0 l'automne, un d\u00e9marrage \u00e0 froid \u00e0 la suite d'un arr\u00eat prolong\u00e9 a entra\u00een\u00e9 une d\u00e9faillance de l'enroulement. L'analyse post-mortem a r\u00e9v\u00e9l\u00e9<\/p>\n