Isolation du transformateur

 

1.1 Définition de l'isolation

Les matériaux d'isolation du transformateur se réfèrent aux matériaux utilisés à l'intérieur et à l'extérieur du transformateur. La fonction principale de ces matériaux est d'isoler les composants électriques pour empêcher la conduction incontrôlée du courant entre les enroulements de différents niveaux de tension, entre les enroulements et le noyau, entre les enroulements et le boîtier, et entre les enroulements et d'autres pièces conductrices. L'utilisation de matériaux isolants garantit que le transformateur peut fonctionner en toute sécurité dans la plage de contrainte électrique conçue, empêchant la dégradation électrique, les courts-circuits et autres défauts électriques.

 

1.2 Fonction d'isolation

• Isolement électrique

Les matériaux isolants empêchent les courts-circuits électriques ou les pannes en fournissant un chemin à haute résistance, ce qui empêche le courant de passer d'un composant électrique à un autre ou à la terre.

• Performance de résistance à haute pression

Les matériaux isolants doivent être capables de résister à la haute tension et à la surtension instantanée pendant le fonctionnement du transformateur (telles que les pointes de tension causées par des coups de foudre ou des opérations de commutation) sans panne électrique.

• Performance de résistance à la chaleur

Les transformateurs génèrent de la chaleur pendant le fonctionnement, de sorte que les matériaux isolants doivent avoir une résistance à la chaleur suffisante pour empêcher la dégradation ou la défaillance à des températures élevées.

• Protection mécanique

Les matériaux isolants doivent également fournir un support et une protection mécaniques pour empêcher les enroulements ou autres composants électriques d'être endommagés en raison de vibrations, de choc ou de contrainte externe.

• Stabilité à long terme

Les matériaux isolants doivent avoir de bonnes performances anti-âge et être en mesure de maintenir leurs propriétés électriques et mécaniques pendant le fonctionnement à long terme.

 

1.3 Type d'isolation

• Matériaux d'isolation sinueux: fil émaillé, fil de papier, ruban de fibre de verre, etc.

• Matériaux isolants principaux: papier électrique, résine époxy, huile isolante

• Spacers et matériaux de soutien: Planches en bois pressées, planches de fibres en verre époxy

• Isolation entre les enroulements: Papier d'isolation intercouche, film en polyester

• Matériel d'isolation final: Manche isolante, isolation finale

• Diriger des matériaux d'isolation: gaine isolante, ruban isolant

• Matériaux isolants supplémentaires: ruban de mica, joint résistant à haute température

• Insulation de l'enceinte et structurelle: Boards de partition isolant, bandes de support isolantes

• Huile isolante: Principalement utilisé dans les transformateurs immeurés à l'huile, il sert un double but du refroidissement et de l'isolation

• Isolation externe du transformateur: Bagues en porcelaine, utilisées à la prise de plomb haute tension, fournissant une isolation électrique et un support mécanique

 

 

2.1 La définition du niveau d'isolation

Le niveau d'isolation d'un transformateur fait référence à la capacité du système d'isolation interne du transformateur à résister aux contraintes de tension spécifiques (telles que la tension de la fréquence de puissance, la tension d'impulsion de foudre ou la tension de fonctionnement du commutateur) sans panne électrique. Il s'agit d'un indicateur clé pour mesurer la résistance du transformateur à la contrainte électrique tels que les défauts électriques et les événements de surtension (tels que les coups de foudre et les opérations de commutation) pendant le fonctionnement. Le niveau d'isolation affecte directement la fiabilité, la sécurité et la durée de vie des transformateurs.

 

2.2 L'élément central du niveau d'isolation

• La capacité de tolérance du stress électrique

L'objectif principal du niveau d'isolation est de s'assurer que les enroulements, le noyau et les autres composants électriques du transformateur ne subissent pas de rupture, de décharge partielle ou d'autres formes de failles électriques lorsqu'elles sont soumises à une contrainte électrique.

• Les propriétés des matériaux isolants

Le niveau d'isolation est directement lié à la qualité du matériau isolant. La résistance diélectrique, la résistance à la chaleur, la résistance au vieillissement, la résistance à l'humidité et d'autres propriétés du matériau déterminent la contrainte électrique que le transformateur peut résister.

• Conception de l'isolation

Le niveau d'isolation dépend également de la conception du transformateur, y compris la sélection des matériaux, l'épaisseur, la méthode de mise en page, etc. La conception raisonnable d'isolation peut efficacement améliorer le niveau d'isolation des transformateurs et assurer la stabilité du système d'isolation dans des conditions de haute tension et de température élevée.

• La fiabilité globale du système d'isolation

Le niveau d'isolation se réfère non seulement à la capacité de tolérance d'un seul matériau, mais comprend également la fiabilité de l'ensemble du système d'isolation dans la conception, la fabrication et le fonctionnement. Un système d'isolation de haute qualité peut maintenir ses performances électriques pendant le fonctionnement à long terme et éviter la dégradation des performances causée par le vieillissement ou les changements environnementaux.

 

3.1 Assurer la sécurité électrique

Le niveau d'isolation est un indicateur clé pour mesurer si un transformateur peut fonctionner en toute sécurité dans différentes conditions de contrainte électrique, tels que la tension de fréquence de puissance, la tension d'impulsion de foudre et la tension d'impulsion de fonctionnement. Des niveaux d'isolation élevés signifient que les transformateurs peuvent résister à ces contraintes sans panne ni court-circuit, garantissant ainsi la sécurité globale du système électrique. La fiabilité du système d'isolation est directement liée à la question de savoir si le transformateur subira des pannes de courant, des dommages à l'équipement ou des accidents de puissance plus graves en raison de défauts électriques.

 

3.2 Améliorer la fiabilité des transformateurs

Pendant le fonctionnement, les transformateurs rencontreront diverses contraintes électriques, telles que la surtension et les pointes de tension instantanées. Des niveaux d'isolation élevés permettent aux transformateurs de maintenir un fonctionnement normal lorsqu'ils sont confrontés à ces défis, en évitant la défaillance de l'isolation ou une décharge partielle. Cela améliore non seulement la fiabilité du transformateur, mais réduit également les coûts de maintenance et de remplacement causés par l'arrêt en raison des défauts.

 

3.3 prolonger la durée de vie

Pendant le fonctionnement, les transformateurs rencontreront diverses contraintes électriques, telles que la surtension et les pointes de tension instantanées. Des niveaux d'isolation élevés permettent aux transformateurs de maintenir un fonctionnement normal lorsqu'ils sont confrontés à ces défis, en évitant la défaillance de l'isolation ou une décharge partielle. Cela améliore non seulement la fiabilité du transformateur, mais réduit également les coûts de maintenance et de remplacement causés par l'arrêt en raison des défauts.

 

3.4 Répondre aux impacts environnementaux

Les transformateurs doivent souvent fonctionner dans diverses conditions environnementales complexes, notamment une humidité élevée, une pollution élevée, des températures extrêmes et d'autres environnements. Le niveau d'isolation élevé permet au transformateur de s'adapter à ces conditions environnementales sans déclin des performances ou de l'échec de l'isolation. Ceci est particulièrement important pour les transformateurs opérant dans des environnements difficiles, tels que l'équipement électrique dans les zones côtières, les zones industrielles ou les régions à haute altitude.

 

3.5 Résister aux événements inattendus

Des événements soudains tels que les coups de foudre et les opérations de commutation peuvent exercer une contrainte de tension extrêmement élevée sur les transformateurs en peu de temps. Le niveau d'isolation élevé du transformateur peut s'assurer qu'il peut encore fonctionner normalement dans ces circonstances et ne provoquera pas la rupture d'isolation en raison de pics de tension instantanés. Ceci est crucial pour maintenir la stabilité du réseau électrique, en particulier dans les zones avec des conditions météorologiques extrêmes ou des opérations fréquentes de réseau électrique.

 

3.6 Répondez aux normes et spécifications

L'industrie de l'énergie a des normes strictes et des exigences réglementaires pour le niveau d'isolation des transformateurs, tels que les normes IEC (International Electrotechnical Commission) ou IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Des niveaux d'isolation élevés peuvent garantir que les transformateurs se conforment à ces normes internationales, garantissant ainsi leur adaptabilité et leur acceptabilité sur le marché mondial. Cela permet non seulement d'assurer la conformité des produits, mais offre également une garantie de l'application des transformateurs dans différents pays et régions.

 

3.7 Réduire les coûts de maintenance et d'exploitation

Les transformateurs avec un niveau d'isolation élevé ont moins de défauts pendant l'exploitation, ce qui signifie moins d'exigences de maintenance et de temps d'arrêt, réduisant ainsi les coûts d'exploitation. De plus, le niveau d'isolation élevé réduit également les coûts d'entretien et de remplacement causés par le vieillissement ou la défaillance de l'isolation.

 

3.8 Stabilité de la grille de support

Les transformateurs sont des équipements clés dans les systèmes d'alimentation, et leur stabilité opérationnelle affecte directement la stabilité globale du réseau électrique. Un niveau d'isolation élevé peut garantir que les transformateurs fonctionnent en toute sécurité et stable pendant une longue période dans le réseau électrique, réduisent la réaction en chaîne causée par la défaillance de l'équipement et garantissent ainsi la continuité et la fiabilité de l'alimentation électrique.

 

3.9 Résumé

Le niveau d'isolation d'un transformateur est crucial pour assurer la sécurité, la fiabilité, la durabilité de l'équipement et son adaptabilité à divers environnements de fonctionnement. En concevant et en fabriquant des transformateurs avec des niveaux d'isolation élevés, les performances globales du système électrique peuvent être efficacement améliorées, la durée de vie de l'équipement peut être prolongée et les coûts de fonctionnement et de maintenance peuvent être réduits. Ces avantages ont permis à des niveaux d'isolation élevés d'occuper une position de base dans la conception, la fabrication d'équipements et l'exploitation et la maintenance des systèmes électriques.

 

4.1 Test de tension appliquée - Définition

Le test de tension appliqué d'un transformateur, également connu sous le nom de test de fréquence de puissance, est une tension de test appliquée à chaque enroulement du transformateur supérieur à sa tension de fonctionnement normale. Pour vérifier la capacité de trait et la fiabilité de son système d'isolation dans des conditions de tension extrême. Ce type de test est généralement effectué pendant le processus de fabrication et les tests d'acceptation sur place, et c'est l'un des moyens importants pour assurer la sécurité électrique des transformateurs en fonctionnement réel.

4.1.1 Test de tension appliquée - Objectif

• Vérifiez la force d'isolation

En appliquant une tension supérieure à la tension de fonctionnement normale, vérifiez si le système d'isolation entre les enroulements du transformateur, entre les enroulements et le noyau, et entre les enroulements et le boîtier a une résistance suffisante pour résister à la dégradation électrique

• détecter les défauts de fabrication

Les tests de tension externe peuvent exposer les défauts d'isolation possibles dans le processus de fabrication du transformateur, tels que la décharge partielle, la détérioration ou les dommages des matériaux d'isolation. Ces défauts sont plus susceptibles d'être détectés dans des conditions à haute tension

• Assurer la sécurité opérationnelle

Grâce à des tests de tension externes, il est assuré que le transformateur peut fonctionner en toute sécurité dans des conditions de tension normales et anormales pendant sa durée de vie, empêchant les dommages aux équipements ou les pannes d'énergie causées par les défauts électriques.

4.1.2 Test de tension appliquée - Présentation de la méthode

La méthode de test de tension appliquée consiste à appliquer une tension de test supérieure à la tension de fonctionnement normale aux enroulements du transformateur, tels que deux fois la tension, et en le maintenant pendant une minute pour vérifier l'endurance et la fiabilité de son système d'isolation dans des conditions de tension extrêmes.

 

4.2 Lightning Impulse Restand Test-Bil - Définition

Le test d'impulsion Lightning est une méthode de test qui simule la capacité de traitance du système d'isolation de l'équipement électrique (comme les transformateurs) dans des conditions de frappe de foudre. Ce test est important pour évaluer si un transformateur peut éviter la dégradation de l'isolation lorsqu'il est frappé par la foudre, assurant la sécurité et la fiabilité du transformateur.

4.2.1 Impulsion de la foudre résiste-t-elle - Bil - Objectif

• Vérifiez la force d'isolation

En appliquant des impulsions à haute tension qui simulent des coups de foudre, il est testé si le système d'isolation du transformateur peut rester intact dans des conditions extrêmes pour empêcher la dégradation électrique.

• Découvrez les défauts potentiels

Détecter les défauts possibles dans le système d'isolation, tels que des bulles, des fissures ou des problèmes de vieillissement. Ces défauts peuvent ne pas être visibles pendant le fonctionnement normal, mais ils peuvent provoquer une défaillance de l'isolation sous des coups de foudre.

• Assurer la sécurité de l'équipement

Assurez-vous que le transformateur peut fonctionner en toute sécurité dans les événements de frappe de foudre réels pour éviter les dommages causés par l'équipement ou les défaillances du système d'alimentation causées par la défaillance de l'isolation.

4.2.2 Lightning Impulse Sostand Test-Bil - Présentation de la méthode

À l'aide d'un générateur de tension à impulsion, une tension d'impulsion simulant des coups de foudre est appliquée aux enroulements du transformateur. Les tests sont généralement effectués plusieurs fois (par exemple, 3 à 6 impacts de polarité positive) et les tests sont effectués à différentes terminaux. La forme d'onde de réponse du transformateur est surveillée par l'équipement tel que les oscilloscopes pour détecter tout phénomène anormal (tel que la décharge partielle et la rupture d'isolation). Enregistrez la valeur de tension, la forme d'onde et la réponse de chaque impact.

 

4.3 Affichage de la plaque signalétique

• Niveau d'impulsion de la foudre

Il est représenté par le symbole Li et l'unité de tension est KV

• Niveau de tension appliqué

Il est représenté par le symbole AC et l'unité de tension est KV

Par exemple:

Un transformateur de puissance de 80 mva 132 \/ 33KV

Haute tension: li \/ ac 650\/275 kV

Point neutre à haute tension: Li \/ AC 325 \/ 140KV

Basse tension: Li \/ AC 170\/70 KV

 

 

4.4 Normes

 

IEC	IEEE	CSA
IEC 60076-3-2013 Transformateurs de puissance - Part 3 Niveaux d'isolation, tests diélectriques et dégagements externes dans l'air	IEEE C57.12. 00-2021	CSA C2. 1-06 (R2022)

 

 

5.1 Tension de tension avec impulsion Impulsion, SIL

• Définition

La tension maximale qu'un transformateur peut résister dans des conditions d'impact sur la surtension causées par les opérations de commutation, etc. Par rapport à l'impulsion de la foudre, la forme d'onde de l'impulsion opérationnelle est plus douce, mais la durée est plus longue.

• Fonction

Assurez-vous que le transformateur peut fonctionner de manière stable sans défauts d'isolation dans des conditions de surtension causées par les opérations du système électrique (telles que l'ouverture et la fermeture des disjoncteurs).

 

5.2 Niveau de décharge partielle, PD

• Définition

La décharge partielle fait référence au phénomène de dégradation diélectrique partielle qui se produit à l'intérieur ou à la surface d'un système d'isolation dans des conditions de haute tension, ne traversant généralement pas complètement l'espacement des électrodes.

• Fonction

En mesurant le niveau de décharge partielle, les défauts potentiels dans les systèmes d'isolation, tels que les bulles, les fissures ou le vieillissement des matériaux, peuvent être détectés pour empêcher ces minuscules décharges de se développer en défauts d'isolation graves.

 

5.3 Résistance à l'isolation IR

• Définition

Mesurez la valeur de résistance entre l'enroulement et le sol ou entre différents enroulements. Plus la résistance à l'isolation est élevée, meilleure est le système d'isolation.

• Fonction

Le test de la résistance à l'isolation est utilisé pour l'entretien et l'inspection quotidiens, contribuant à évaluer l'état de santé et la teneur en humidité du système d'isolation et empêcher la détérioration de l'isolation.

 

5.4 Facteur de dissipation, Delta Tan

• Définition

Le facteur de perte diélectrique (Tan Δ) représente la perte électrique des matériaux isolants, reflétant la perte d'énergie des matériaux sous l'action d'un champ électrique.

• Fonction

Il est utilisé pour évaluer les propriétés électriques et le degré de vieillissement des matériaux isolants. Une valeur Tan δ plus élevée peut indiquer le vieillissement ou les défauts dans le système d'isolation.

 

5.5 Classe thermique

• Définition

La température maximale que les matériaux isolantes peut résister sur une longue période de temps est généralement indiquée par différentes notes de lettre (telles que A, B, F, H), correspondant à différentes températures maximales admissibles.

• Fonction

Il est utilisé pour la sélection et la conception de matériaux isolants pour s'assurer que les matériaux ne perdent pas leurs performances isolantes à la température de fonctionnement attendue.

 

5.6 Test d'élévation de la température

• Définition

Mesurez l'élévation de la température des enroulements, du cœur et du système d'isolation du transformateur lorsqu'il fonctionne à la charge nominale

• Fonction

Assurez-vous que le transformateur ne subit pas de vieillissement accéléré ou de défaillance des matériaux isolants en raison d'une surchauffe dans des conditions de fonctionnement normales.

 

5.7 Distance et autorisation de fabrication

• Définition

La distance de frappe est la distance la plus courte entre deux pièces conductrices le long d'une surface isolante, et le dégagement électrique est la distance la plus courte à travers laquelle l'air passe entre deux pièces conductrices.

• Fonction

Assurer une distance de fabrication et un dégagement électriques suffisantes peut empêcher la décharge de surface et la dégradation de l'air et garantir la sécurité du transformateur dans des environnements humides ou pollués.

 

5.8 Huile d'isolation

• Définition

Il comprend des indicateurs tels que la tension de panne, la valeur acide et la teneur en humidité, reflétant les performances d'isolation et la stabilité de l'huile isolante.

• Fonction

La qualité de l'huile isolante a un impact direct sur le niveau d'isolation global du transformateur. La surveillance régulière des indicateurs de performance de l'huile isolante peut empêcher les défauts électriques.

 

Ces paramètres couvrent tous les aspects du système d'isolation du transformateur, des propriétés des matériaux à la conception globale. Grâce à des tests et à une évaluation complets, il garantit que le transformateur a des niveaux d'isolation suffisants dans diverses conditions de travail, garantissant ainsi son fonctionnement sûr et fiable. Chaque paramètre reflète un aspect spécifique du système d'isolation. En intégrant ces indicateurs, le niveau d'isolation du transformateur peut être évalué de manière approfondie, garantissant sa stabilité et sa sécurité dans le système d'alimentation.