Essais de type, essais spéciaux et essais complémentaires pour transformateurs | Guide complet
Essais de type
Les essais de type constituent une série d’essais de vérification effectués sur des unités représentatives de transformateurs afin de confirmer que la conception, la construction, le procédé de fabrication et les caractéristiques de fonctionnement du transformateur sont conformes aux exigences spécifiées dans les normes nationales et internationales applicables.
Ces essais sont principalement réalisés pendant :
le développement de nouvelles conceptions de transformateurs ;
les modifications importantes apportées aux structures des produits ou à leurs paramètres clés ;
les procédures de certification des produits ;
la vérification d’une série de transformateurs ou d’une famille de produits.
Les principaux essais de type pour les transformateurs de puissance comprennent :
Essai d’élévation de température
L’essai d’élévation de température est réalisé afin de vérifier les performances thermiques d’un transformateur dans des conditions de fonctionnement nominales.
Pendant cet essai, le transformateur est mis en service sous charge nominale jusqu’à l’atteinte de l’équilibre thermique. L’élévation de température des enroulements, de l’huile supérieure, du réservoir et des composants structurels est mesurée afin de confirmer si la chaleur générée par les pertes totales — y compris les pertes à vide et les pertes en charge — peut être efficacement dissipée par le système de refroidissement.
L’objectif de l’essai d’élévation de température est de :
- vérifier l’efficacité du système de refroidissement du transformateur (par exemple ONAN, ONAF, OFAF, etc.) ;
- confirmer que l’élévation de température des enroulements reste dans les limites autorisées spécifiées par les normes ;
- détecter d’éventuels échauffements locaux dans le réservoir, les colliers, le blindage magnétique ou d’autres composants structurels ;
- évaluer la fiabilité opérationnelle à long terme du transformateur.
Essais diélectriques de type
Les essais diélectriques de type sont réalisés afin de vérifier la tenue diélectrique et la fiabilité du système d’isolation du transformateur sous diverses conditions de surtension.
Ces essais simulent les contraintes électriques susceptibles de se produire lors du fonctionnement réel du réseau électrique, notamment les surtensions de foudre, les surtensions de manœuvre et les surtensions à fréquence industrielle.
Les principaux essais diélectriques comprennent :
- essai de tenue aux impulsions de foudre ;
- essai de tenue à la tension appliquée ;
- essai de tenue à la tension induite ;
Ces essais garantissent que les enroulements, les isolateurs, les connexions et les structures internes d’isolation du transformateur possèdent une tenue électrique suffisante ainsi qu’une marge de sécurité opérationnelle adéquate.
Essais particuliers
Les essais particuliers sont des essais supplémentaires effectués conformément aux exigences spécifiques convenues entre le fabricant de transformateurs et le client.
Contrairement aux essais de routine et aux essais de type, les essais particuliers sont généralement demandés pour des projets spécifiques, des environnements de fonctionnement particuliers ou des exigences techniques particulières.
Certains essais particuliers nécessitent des équipements d’essai avancés, des procédures complexes et des ressources importantes ; ils ne sont donc pas réalisés sur chaque transformateur.
Les essais particuliers courants comprennent :
Essais diélectriques particuliers
Les essais diélectriques particuliers sont réalisés afin de vérifier davantage les performances d’isolation des transformateurs dans des conditions de tension particulières ou lorsque des exigences d’isolation plus élevées sont imposées.
Ces essais s’appliquent généralement aux transformateurs utilisés dans des environnements réseau particuliers ou dans des projets exigeant une coordination stricte de l’isolation.
Mesure de la capacité entre enroulements et entre enroulements et la terre
Cet essai mesure les valeurs de capacité entre les enroulements du transformateur et entre les enroulements et la terre.
Les données mesurées sont utilisées pour :
- l’analyse de la coordination de l’isolation ;
- les études de surtension ;
- la conception de la protection du réseau électrique.
Mesure des caractéristiques de transfert de tension transitoire
Cet essai évalue les caractéristiques de transfert de tension transitoire entre les enroulements haute tension et basse tension lors de l’apparition de surtensions transitoires.
Les données obtenues lors de cet essai permettent aux ingénieurs de :
- analyser la répartition interne des tensions ;
- optimiser la conception de l’isolation ;
- élaborer des stratégies appropriées de protection contre les surtensions.
Mesure de l’impédance homopolaire des transformateurs triphasés
L’impédance homopolaire désigne l’impédance présentée par un transformateur triphasé lorsque les courants sont dans une configuration homopolaire.
Ce paramètre revêt une importance particulière pour :
- les calculs de court-circuit ;
- l’analyse des défauts à la terre ;
- le réglage des dispositifs de protection.
La mesure précise de l’impédance homopolaire permet aux utilisateurs de configurer correctement les systèmes de protection et d’améliorer la sécurité et la fiabilité du réseau.
Essai de tenue en court-circuit
L’essai de tenue en court-circuit vérifie la capacité du transformateur à supporter des conditions sévères de court-circuit survenant dans les réseaux électriques.
Pendant l’essai, le transformateur est soumis à de fortes courants de court-circuit afin d’évaluer les contraintes mécaniques et thermiques générées par les conditions de défaut.
L’essai vérifie :
- la résistance mécanique des enroulements du transformateur ;
- la fiabilité des structures de serrage du noyau ;
- la stabilité des connexions et des systèmes de raccordement ;
- la capacité de tenue des isolateurs et des changeurs de prises.
Cet essai constitue l’une des évaluations les plus importantes de la fiabilité du transformateur, notamment pour les grands transformateurs de puissance.
Mesure du niveau sonore
La mesure du niveau sonore est effectuée pour déterminer le bruit généré par un transformateur en fonctionnement.
Les résultats mesurés servent à vérifier la conformité avec :
- les exigences environnementales en matière de bruit ;
- les spécifications techniques du client ;
- les exigences d’installation dans les zones urbaines, industrielles ou résidentielles.
Mesure des harmoniques du courant à vide
Cet essai analyse les composantes harmoniques du courant d’excitation du transformateur à vide.
Il est principalement utilisé pour évaluer :
- la conception de la densité d’induction magnétique du noyau ;
- les caractéristiques de saturation du noyau ;
- la pertinence de la conception du transformateur.
Les résultats contribuent à optimiser les pertes du transformateur, ses performances d’excitation et son rendement en service.
Mesure de la consommation électrique des équipements de refroidissement
Pour les transformateurs équipés de systèmes de refroidissement forcés, cet essai mesure la consommation électrique réelle des équipements de refroidissement tels que : ventilateurs de refroidissement ; pompes à huile.
Les données mesurées sont utilisées pour :
- Calcul de la consommation électrique auxiliaire ;
- Évaluation de l’économie de fonctionnement ;
- Planification de la capacité du réseau électrique.
Essais complémentaires
En complément des essais de routine normalisés, des essais de type et des essais spéciaux, le client ou le maître d’ouvrage peuvent exiger des essais supplémentaires selon des besoins techniques spécifiques.
Ces essais sont généralement utilisés pour une évaluation approfondie de l’état de fonctionnement du transformateur, de l’intégrité structurelle et des caractéristiques particulières de performance.
Les essais complémentaires courants comprennent :
Analyse de la réponse en fréquence (FRA) – Essai de déformation des enroulements
L’analyse de la réponse en fréquence permet de détecter les modifications mécaniques des enroulements du transformateur.
Elle est couramment appliquée pour déterminer si :
- les enroulements se sont déplacés pendant le transport ;
- les enroulements ont subi des dommages mécaniques après des événements de court-circuit ;
- des modifications structurelles se sont produites au cours d’un fonctionnement prolongé.
Essai à vide prolongé
Cet essai évalue les performances du transformateur lors d’un fonctionnement à vide prolongé.
Il permet de surveiller :
- l’élévation de température du noyau ;
- la stabilité des pertes à vide ;
- les variations des performances de l’isolation.
Essai en surintensité
L’essai en surintensité vérifie la capacité du transformateur à supporter des conditions temporaires de surintensité causées par un fonctionnement anormal ou des surcharges de courte durée.
Essai de tension d’interférence radioélectrique
Cet essai mesure l’interférence radioélectrique générée par un transformateur en fonctionnement.
Il s’applique principalement aux transformateurs haute tension, où les exigences de compatibilité électromagnétique sont strictes.
Mesure de la courbe d’excitation à vide
Cet essai mesure la relation entre la tension d’excitation et le courant d’excitation en conditions à vide.
Il est utilisé pour analyser :
- les caractéristiques de magnétisation du noyau ;
- le comportement en saturation ;
- les marges de sécurité de conception.
Essai à vide à basse tension
Cet essai évalue les caractéristiques d’excitation du transformateur et les performances du noyau dans des conditions de tension réduite.
Essai en charge à basse tension
Cet essai mesure les caractéristiques en charge du transformateur dans des conditions de basse tension, notamment : pertes en charge ; caractéristiques d’impédance ; performance thermique.
Essai des formes d’onde transitoires lors de la commutation
Cet essai analyse les variations transitoires de tension générées lors du fonctionnement de : régleurs sous charge (RSC) ; régleurs hors charge.
Il permet de vérifier la stabilité de la commutation et d’évaluer le comportement transitoire de la tension pendant les opérations de changement de prise.