Comment détecter une augmentation dangereuse de la concentration d’hydrogène dans un transformateur ?

L’hydrogène est l’un des premiers indicateurs d’un problème d’isolation dans un transformateur. Il apparaît dans l’huile isolante avant la plupart des autres gaz de défaut et signale souvent des phénomènes susceptibles d’évoluer vers une défaillance grave de l’équipement. Le problème est que de nombreux exploitants de réseaux électriques et sites industriels ne découvrent une augmentation de la concentration d’hydrogène qu’après réception d’un rapport d’analyse des gaz dissous (DGA) révélant des valeurs critiques, généralement à l’issue d’analyses en laboratoire réalisées tous les trimestres, voire une fois par an. À ce stade, le défaut peut déjà avoir évolué au point que les réparations deviennent bien plus coûteuses que des actions préventives.

Cet article explique pourquoi l’hydrogène mérite une attention particulière et présente les méthodes les plus efficaces pour en assurer la surveillance.

Pourquoi l’hydrogène est plus important que les autres gaz

Lorsque l’huile isolante se décompose sous l’effet de températures élevées ou de décharges électriques, l’hydrogène est généralement le premier gaz à se former, et souvent en plus grande quantité. Il commence à être généré à partir d’environ 150 °C (302 °F) et peut représenter jusqu’à 59 % du volume total des gaz produits lors de la décomposition de l’huile.

L’hydrogène est également produit lors des décharges partielles, où l’ionisation rompt les liaisons hydrocarbonées les plus faibles de l’huile isolante, entraînant une accumulation progressive de ce gaz.

L’un des principaux avantages de l’hydrogène en tant qu’indicateur diagnostique réside dans son comportement physique. Bien qu’il soit relativement peu soluble dans l’huile isolante, il diffuse très rapidement à travers celle-ci. Ainsi, même une faible quantité générée au niveau d’un défaut localisé — par exemple à proximité d’une décharge partielle — se répartit rapidement dans l’ensemble de l’huile, ce qui permet de la détecter bien avant que le défaut ne devienne critique.

Méthode 1 : Contrôles périodiques sur site

Lorsque la surveillance continue n’est pas nécessaire ou n’est pas envisageable, la solution minimale recommandée consiste à mesurer régulièrement sur site la teneur en hydrogène et en humidité, sans envoyer d’échantillons d’huile en laboratoire.

Cette opération peut être réalisée à l’aide du testeur portable TOR-2, qui mesure la concentration d’hydrogène et d’humidité (ppm) dans l’huile des transformateurs ainsi que dans d’autres liquides isolants minéraux ou esters.

Le principal avantage de cette méthode est sa rapidité et sa répétabilité. Une mesure ne nécessite que quelques minutes, contre plusieurs jours, voire plusieurs semaines, pour une analyse en laboratoire. Il devient ainsi possible d’effectuer des contrôles aussi souvent que nécessaire : chaque semaine, chaque mois ou lors des opérations de maintenance programmées.

Plus qu’une mesure isolée, c’est l’évolution des résultats qui est essentielle. Si la concentration d’hydrogène augmente régulièrement d’un contrôle à l’autre, il est recommandé de procéder à des investigations complémentaires, même si la valeur absolue n’a pas encore atteint un seuil critique.

Méthode 2 : Surveillance continue en ligne

Pour les transformateurs particulièrement critiques — lorsqu’un défaut peut évoluer en quelques heures, lorsque l’équipement est installé dans un poste éloigné ou lorsqu’une activité de décharges partielles est déjà suspectée — même des mesures manuelles hebdomadaires laissent de longues périodes sans information.

Dans ces situations, la surveillance continue à l’aide du système TOR-5 constitue une solution plus adaptée. Le capteur d’hydrogène est disponible en option en complément de la configuration standard de surveillance de l’humidité.

Par rapport aux analyses en laboratoire ou aux mesures périodiques réalisées avec le TOR-2, la surveillance continue offre plusieurs avantages pratiques :

• Les mesures sont enregistrées toutes les minutes, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, au lieu d’une fois par semaine ou par mois. Une augmentation rapide de la concentration d’hydrogène est ainsi détectée le jour même, et non plusieurs semaines plus tard.
• Les données sont transmises via une connexion cellulaire directement vers le cloud, ce qui évite de se rendre sur site pour vérifier l’état du transformateur. Les tendances d’évolution de la concentration d’hydrogène sont accessibles à distance à tout moment.
• Le système calcule également des paramètres diagnostiques supplémentaires — notamment l’état de l’isolation et la tension de claquage estimée de l’huile — à partir des données des capteurs, offrant ainsi une évaluation plus complète que la seule mesure de l’hydrogène.
• Si le taux d’humidité dépasse les limites prédéfinies, l’unité connectée de séchage et de filtration de l’huile peut démarrer automatiquement, sans intervention de l’opérateur, quelle que soit l’heure ou la présence de personnel sur le site.

Le principal avantage par rapport aux mesures périodiques ne réside pas dans une précision supérieure, mais dans la rapidité de détection des évolutions. Au lieu de découvrir un problème plusieurs jours ou semaines après son apparition, les opérateurs peuvent identifier un comportement anormal presque dès son début.

Choisir la bonne approche

Si un transformateur est relativement récent, fonctionne dans des conditions stables et ne présente aucun signe de développement d’un défaut, des contrôles périodiques avec le TOR-2 lors des opérations de maintenance programmées sont généralement suffisants. Cette solution est économique, simple à mettre en œuvre et fournit malgré tout des informations précieuses sur l’évolution des paramètres dans le temps.

En revanche, si le transformateur est ancien, essentiel au processus de production, situé loin des équipes de maintenance ou présente déjà des signes de décharges partielles ou de surchauffe, la surveillance continue avec le TOR-5 équipé du capteur d’hydrogène en option constitue le meilleur choix. Elle permet de détecter immédiatement les évolutions dangereuses au lieu de les constater après coup.

Une augmentation dangereuse de la concentration d’hydrogène ne se détecte presque jamais à partir d’une seule mesure. Ce qui importe réellement, c’est la vitesse à laquelle cette concentration évolue au fil du temps.

La règle pratique la plus importante est simple : si la concentration d’hydrogène augmente de manière significative entre deux mesures successives, une investigation immédiate est nécessaire, même si la valeur mesurée reste inférieure aux seuils d’alarme traditionnels.

L’objectif n’est pas simplement de mesurer l’hydrogène une seule fois, mais de mettre en place une stratégie de surveillance qui permette de détecter toute évolution anormale, que ce soit grâce à des contrôles réguliers avec un analyseur portable ou grâce à une surveillance continue en temps réel.