Toute huile à utiliser dans des équipements électriques doit satisfaire à un certain nombre de critères. En d’autres termes, sa qualité et ses caractéristiques techniques ne doivent pas être inférieures aux valeurs indiquées dans la documentation réglementaire et les certificats techniques à l’équipement. Tout écart peut entraîner la défaillance de l’équipement coûteux, qui est un transformateur, et les coupures de courant. Les indicateurs importants sont: la tension de claquage, la teneur en humidité et en gaz. Par exemple, l’huile à remplir les transformateurs de puissance de 750 kV ne doit pas contenir plus de 0,001% d’humidité et 0,15% de gaz (en volume). Par conséquent, le dégazage et la déshydratation de l’huile de transformateur constituent un élément important de la maintenance intégrée des transformateurs de puissance.
D’où provient l’humidité dans l’huile de transformateur?
L’humidité peut pénétrer dans l’huile de transformateur de deux manières:
- de l’atmosphère;
- en raison du vieillissement de l’isolation solide d’un transformateur.
Les formes sous lesquelles l’humidité est présente dans l’huile sont également différentes. Elle peut être absorbée, dissoute, sous forme d’émulsion ou sous forme libre. Dans le premier cas, les molécules d’eau sont étroitement liées aux molécules d’huile. Une telle eau n’affecte pratiquement pas la valeur de la tension de claquage. Mais lorsque sa température change, elle peut passer à l’état dissous ou à une émulsion. Dans le second cas, les molécules d’eau se situent entre les molécules d’huile et ne sont pas en contact direct les unes avec les autres. Cette humidité également n’affecte presque pas la tension de claquage. Le plus grand danger pour l’huile de transformateur présentent l’eau émulsifiée et l’eau libre. L’eau émulsifiée est formée en agglomérant des molécules en petites gouttelettes. À son tour, l’eau libre apparaît soit de l’émulsion, soit à la suite de l’infiltration directe de grosses gouttelettes dans l’huile.
Le danger de l’humidité dans l’huile de transformateur
En présence de gouttelettes sphériques de l’eau dans l’huile de transformateur et sous l’effet du champ électrique, ces gouttelettes sont étirées. Elles deviennent similaires aux ellipses et sont attirées l’une vers l’autre par des charges opposées à leurs extrémités. En conséquence, on observe la formation des chaînes à conductivité accrue, ce qui provoque le claquage de l’huile de transformateur. Une diminution significative de la rigidité diélectrique est observée même avec une quantité d’humidité relativement faible. Le teneur en humidité plus de 50 g/t dans l’huile de transformateur peut entraîner le claquage et la mise hors service d’un transformateur de puissance.
En outre, l’influence de l’eau peut avoir d’autres effets négatifs, notamment:
- vieillissement plus rapide de l’isolation en papier d’un transformateur;
- augmentation de la formation de carbone en cas d’arc électrique;
- augmentation de la corrosivité de l’huile à l’égard des pièces métalliques du transformateur;
- l’huile humide s’oxyde plus vite que celle sèche;
- la haute température fait détériorer les caractéristiques mécaniques de l’huile.
Le nombre des facteurs négatifs répertoriés pourraient suffire à comprendre l’importance de la déshydratation de l’huile de transformateur.
Mesures de prévention permettant de protéger l’huile de transformateur contre l’humidité
À titre préventif, pour protéger l’huile de transformateur contre l’humidité, on recourt aux « coussins », lorsqu’un espace entre l’huile et l’air est rempli d’une substance spéciale (par exemple, l’azote). Ils deviennent une barrière à la pénétration d’humidité dans l’huile.
On utilise également des filtres épurateur d’air, qui sont remplis de gel de silice. Cet adsorbant possède d’une grande capacité absorbante de l’humidité et il empêche son infiltration dans l’huile de transformateur.
Cependant, même en appliquant les mesures préventives modernes, il est impossible de garantir l’absence complète d’humidité. Par conséquent, on recourt à la déshydratation de l’huile de transformateur.
Comment déshydrater l’huile de transformateur?
Auparavant, les centrifugeuses et les filtres-presses étaient utilisés pour résoudre ce problème. Cependant, ils étaient peu pratiques et difficiles à utiliser. Cela a contribué à la mise au point de nouveaux équipements, dont le principe de fonctionnement reposait sur deux approches différentes: le traitement des huiles au moyen d’adsorbants, ainsi que leur exposition à la température et au vide. Ces méthodes de déshydratation de l’huile de transformateur sont actuellement les plus courantes et sont décrites plus en détail ci-dessous.
Déshydratation d’huile transformateur par procédés thermophysiques
La méthode thermophysique de déshydratation de l’huile de transformateur consiste en évaporation de l’humidité sous la pression atmosphérique ou sous vide. Si l’on chauffe de l’huile avec de l’eau la-dedans, qui joue le rôle d’une impureté, à une température supérieure à 100°C, elle commence à se mousser. En outre, on verra une intensification des processus oxydants, en particulier s’il y a peu d’additifs antioxydants dans l’huile. Par conséquent, à la pression atmosphérique, l’huile n’est chauffée qu’à 80-90°C, ce qui ne laisse s’évaporer qu’une petite partie de l’humidité. Son élimination complète est assurée en traitant l’huile sous vide. Cette approche est très efficace même dans le cas où l’huile forme une émulsion stable avec de l’eau dont il est difficile à supprimer par d’autres moyens. Dans le cas d’un traitement sous vide, le processus se déroule sans accès de l’air, ce qui exclut la possibilité d’oxydation.
Déshydratation d’huile de transformateur avec zéolithes
Une autre méthode de déshydratation de l’huile de transformateur est le traitement au moyen des adsorbants. Nous avons déjà mentionné ci-dessus l’utilisation de gel de silice pour la protection préventive de l’huile. Dans le cas d’une huile hydratée, les zéolithes (tamis moléculaires) sont le plus souvent utilisés. Ces adsorbants possèdent d’une grande capacité absorbante de l’humidité, donc on peut les engager dans la déshydratation des huiles très hydratés ou celles à faible teneur en humidité. La déshydratation par adsorption est recommandée aux huiles dont la tension de claquage est égale ou supérieure à 10 kV. Notez que les zéolithes n’absorbent pas les composants hydrocarbonés de l’huile et les produits du vieillissement. Sur cette base, il est nécessaire d’utiliser d’autres adsorbants ou de la zéolithe pour la régénération des huiles à la stade préliminaire.
Après saturation, la zéolithe est à réactiver, c’est-à-dire qu’on récupère ses propriétés. De plus, une certaine partie de l’adsorbant est perdue lors d’un cycle de réactivation. Dans ce sens le vide thermique de la déshydratation de l’huile de transformateur est préférable car il ne s’accompagne pas de la formation de substances à réactiver ou à éliminer. Par contre, pour la déshydratation par zéolithes, il n’est pas nécessaire d’augmenter la température de l’huile: le processus se déroule efficacement à 15-25°C. En un seul passage à travers l’unité à zéolithe, la tension de claquage de l’huile monte à 60 kV (de 10-20 kV) et la teneur en eau diminue de dix fois.
En général, une installation à zéolithe pour la déshydratation de l’huile de transformateur comprend des adsorbeurs (travaillent d’habitude en parallèle), une pompe à huile, un réchauffeur d’huile et un filtre. L’huile est pré-purifiée au moyen d’un filtre pour éliminer les impuretés mécaniques, puis elle est amenée à la bonne température par un réchauffeur d’huile et pompée dans les adsorbeurs.
Technologies GlobeCore à éliminer déshydratation de l’huile de transformateur
GlobeCore fait beaucoup d’efforts pour présenter à ses clients le plus grand choix possible. Nous avons des équipements pour ceux qui ont l’habitude de déshydrater l’huile de transformateur avec zéolithes et pour ceux qui préfèrent la chaleur et le vide. Dans le premier cas, vous pouvez utiliser les installations de la série MCU et dans le second, les installations CMM.
Les installations de la série MCU fonctionnent d’après le schéma classique de déshydratation par adsorption de l’huile de transformateur. Pour faciliter l’utilisation et minimiser les temps d’arrêt de l’équipement, la réactivation de la zéolithe est effectuée en raccordant l’unité BRZ-100 aux cartouches adsorbantes.
Des installations de la série CMM sont fabriquées de différentes capacités (à partir de 600 l/h). Les installations plus puissantes et productives de cette série, outre la purification de l’eau, des gaz, des impuretés mécaniques, sont bonnes également à évacuer les transformateurs et les remplir d’huile.
Les installations fabriquées sous la marque GlobeCore sont conçues et produites en tenant compte de tous les désirs du client. Cela se traduit par une approche individuelle au choix des composants, des matériaux de construction, de la mobilité des équipements (stationnaire, sur roues, sur remorque), au choix d’options supplémentaires (compteur de particules mécaniques, commande à distance, etc.). Nos ingénieurs sont toujours prêts à répondre gratuitement aux questions et aux demandes de conseils au sujet de la purification et de la régénération des huiles de transformateur en général, et de leur déshydratation en particulier.