Mesure précise de la tangente de l’angle de perte diélectrique de l’huile de transformateur

Le rendement d’un transformateur, comme, en principe, de tout autre appareil, n’atteint jamais 100 %. Cela est dû au fait que les pertes de puissance des transformateurs se produisent pendant le fonctionnement. Ces pertes ont lieu dans les conducteurs en cuivre du bobinage et du noyau (circuit magnétique), qui est en acier. Dans cet article, nous parlerons d’un autre type de perte – la perte diélectrique de l’huile de transformateur.

Causes d’échauffement et de surchauffe des transformateurs

Si les pertes dans l’acier sont causées par les courants de Foucault et l’inversion cyclique de l’aimantation (hystérésis), alors les pertes de cuivre apparaissent lorsque le courant passe dans un conducteur en cuivre. Le conducteur a une certaine résistance, à cause de laquelle il y a une chute de tension et, par conséquent, une perte de puissance. Il y a une transformation de l’énergie électrique en chaleur – le conducteur en cuivre s’échauffe. Pour empêcher le transformateur de surchauffer et de fonctionner normalement, la chaleur doit être évacuée. Pour cette tâche, de l’huile de transformateur est utilisée, qui remplit également la fonction d’isoler les parties conductrices de courant du transformateur.

Tant que l’huile est en bon état et dissipe la chaleur, le transformateur ne surchauffera pas. Mais avec le temps, l’état de l’huile se détériore sous l’influence de températures élevées, d’une tension élevée, de l’humidité, de la contamination par des impuretés mécaniques et des processus oxydatifs. L’huile vieillit et se comporte moins bien. Par conséquent, il est important de connaître l’âge de l’huile et son efficacité.

Évaluation du vieillissement de l’huile de transformateur

L’évaluation du remplacement de l’huile de transformateur est effectuée sur la base des résultats d’échantillonnage et d’analyse en laboratoire ou à l’aide d’instruments spéciaux pour des diagnostics express. Dans ce cas, une évaluation chimique de l’huile et une évaluation de ses propriétés physiques peuvent être effectuées : évaluation numérique de la couleur, test de dégradation de l’huile, mesure de l’indice d’acide, détermination de la tangente de perte diélectrique, tension superficielle, teneur en eau et en gaz, teneur en hydrocarbures, etc.

Le degré d’oxydation et de vieillissement de l’huile de transformateur est caractérisé à des degrés divers par la tangente de perte diélectrique, l’indice d’acide, la tension superficielle, la turbidité et la couleur. Pendant le fonctionnement à long terme, une augmentation significative de la tangente de perte diélectrique est plus caractéristique du vieillissement, de l’indice d’acide – oxydation et de la turbidité – vieillissement colloïdal de l’huile de transformateur.

Quelle est la perte diélectrique et la constante diélectrique de l’huile de transformateur

Si un diélectrique est placé dans un champ électrique, une partie de l’énergie du champ sera utilisée pour chauffer le diélectrique. La perte diélectrique est la puissance qui est dissipée sous forme de chaleur dans un diélectrique par un champ électrique. La capacité des diélectriques à dissiper l’énergie du champ électrique est estimée en utilisant la tangente de l’angle de perte diélectrique.

Les valeurs mesurées de la tangente de perte diélectrique peuvent révéler des changements dans les propriétés de l’huile même avec une petite quantité de contamination.

Également dans le contexte des propriétés des diélectriques en général et de l’huile de transformateur en particulier, un paramètre tel que la constante diélectrique est utilisé. Elle peut être exprimée en valeur absolue ou relative. La permittivité relative caractérise les propriétés d’un diélectrique et montre combien de fois la force d’interaction entre deux charges électriques dans un milieu diélectrique est moindre que dans le vide.

Quelles sont les limites de la tangente de l’angle de perte diélectrique de l’huile du transformateur?

Quelle valeur de la tangente de l’angle des pertes diélectriques doit être considérée comme telle, à laquelle l’huile peut continuer à être utilisée dans le transformateur ? Ces valeurs peuvent différer d’un pays à l’autre, nous fournissons donc ici des valeurs indicatives :

• transformateurs 110-150 kV – pas plus de 10 % (à 70 ° C) et pas plus de 15 % (à 90 ° C) ;
• transformateurs 220-500 kV – pas plus de 7% (à 70 ° C) et pas plus de 10% (à 90 ° C) ;
• transformateurs 750 kV – pas plus de 3% (à 70 °) et pas plus de 5% (à 90 ° ).

Influence de diverses impuretés sur la perte diélectrique de l’huile de transformateur

La présence dans l’huile entraîne une augmentation des pertes diélectriques :

• substances asphaltiques-résineuses;
• savons ;
• l’eau.

Les acides à température ambiante n’augmentent pas les pertes diélectriques de l’huile. Mais avec une augmentation de la température, les pertes diélectriques augmentent et plus l’indice d’acide de l’huile est élevé.

Déterminations de la tangente de dissipation selon IEC 60247

A titre d’exemple, considérons la détermination de la tangente de l’angle de perte diélectrique de l’huile de transformateur selon la méthode décrite dans la norme IEC 60247. Elle comprend les étapes suivantes :

1. Étant donné que le facteur de dissipation est sensible à la température, toutes les mesures ne doivent être prises qu’une fois l’équilibre de température atteint.
2. Pour exécuter le point 1, l’huile dans la cellule de mesure est chauffée à la température requise. Si le chauffage est effectué en mode non automatique, il est recommandé de commencer à mesurer seulement 10 minutes après avoir atteint la température de consigne ± 1 ° .
3. La tension est appliquée uniquement pendant les mesures. La tension appliquée doit créer une intensité de champ électrique dans l’huile comprise entre 0,03 et 1 kV/mm. La tension doit varier de manière sinusoïdale avec une fréquence de 40-62 Hz.
4. A la fin de la mesure initiale, l’huile est vidangée de la cellule de mesure.
5. Effectuer des mesures répétées avec les mêmes réglages et précautions que pour le premier lot d’huile. Les valeurs de tangente obtenues ne doivent pas différer les unes des autres de plus de 0,0001 plus 25 % de la valeur la plus élevée des deux définitions.
6. Si la condition de l’étape 5 est satisfaite, les mesures sont arrêtées. Si la condition n’est pas remplie, des mesures sont effectuées jusqu’à l’obtention de deux valeurs consécutives qui satisfont à l’exigence. Ils sont considérés comme des résultats de mesure.

En plus des mesures de tangente de dissipation, la norme IEC 60247 réglemente également la mesure de paramètres tels que la résistivité de l’huile et la constante diélectrique. Ces indicateurs, à la fois ensemble et séparément, fournissent des informations sur la qualité et le degré de contamination de l’huile du transformateur. La constante diélectrique est influencée par la présence d’une grande quantité de contaminants, tandis que la tangente de l’angle diélectrique et de la résistivité est fortement influencée par même de petites quantités de contaminants.

Mesure automatique de la tangente des pertes diélectriques. Testeur delta TOR-3

GlobeCore fabrique des analyseurs de dégradation d’huile de transformateur TOR-80, des analyseurs d’humidité et de teneur en gaz TOR-2 et un testeur de perte diélectrique et de rigidité diélectrique TOR-3.

Tan delta testeur TOR-3 – principales caractéristiques et avantages:

• le fonctionnement du dispositif TOR-3 est contrôlé à l’aide d’un ordinateur en donnant des commandes pour effectuer certaines actions, puis les mesures sont effectuées en mode automatique avec la délivrance du résultat à cet ordinateur;
• pour réduire la durée des mesures dans l’appareil TOR-3, une cellule de mesure est utilisée, dans laquelle l’huile d’essai est versée, et un système de chauffage des cellules « de l’intérieur ». Pour cette raison, le chauffage et la stabilisation de la température sont effectués à une vitesse accélérée. L’appareil atteint rapidement les caractéristiques spécifiées et après quelques minutes commence à mesurer les valeurs de la tangente de l’angle de perte diélectrique et de la constante diélectrique;
• l’erreur de mesure de la tangente de perte diélectrique ne dépasse pas ± 1% + 0,00008, et la constante diélectrique – ± 2%. Une précision et une stabilité élevées des mesures sont obtenues grâce aux nouvelles technologies GlobeCore utilisées dans le développement de la structure du condensateur de référence, ainsi qu’à l’étalonnage préliminaire d’une cellule de mesure vide à l’aide d’un programme informatique spécial ;
• pour la commodité d’utilisation du dispositif TOR-3, la transition vers le test des échantillons suivants est effectuée sans retirer la cellule. Il suffit de donner une commande à l’ordinateur pour ouvrir la vanne de vidange d’huile dans un plateau spécial, puis de placer un nouvel échantillon dans la cellule;
• lorsque l’appareil est éteint, il peut être facilement déplacé sur le bureau ou transporté dans le laboratoire, ce qui est obtenu grâce au placement compact de tous les modules électroniques, au faible poids et à l’intégration de poignées dans le boîtier;
• la présence d’un microprocesseur, d’un convertisseur numérique-analogique et d’un amplificateur haute tension permet de générer un signal de test de la forme souhaitée et fonctionnant dans une large gamme d’amplitudes. Par conséquent, TOR-3 est universel et peut être utilisé pour mesurer la tangente de l’angle de perte diélectrique selon des normes avec différentes exigences pour la tension de test;
• le fonctionnement sûr de l’appareil est obtenu grâce à la fabrication du boîtier et de la couche supérieure du couvercle de la cellule de mesure à partir d’un matériau isolant durable.

Toutes les caractéristiques techniques de l’appareil TOR-3 peuvent être trouvées ici. Si vous avez des questions supplémentaires, vous pouvez les poser en utilisant l’un des contacts affichés dans la section correspondante du site.