Infiltration d'humidité dans les traversées de transformateur : les enseignements tirés d'un cas sur 110 kV

Pénétration d'humidité dans les traversées de transformateur : enseignements tirés d'un cas à 110 kV

La pénétration d'humidité peut affaiblir progressivement une traversée de condenseur sans présenter de défaut externe visible. Le cas d'un transformateur historique de 110 kV montre comment les variations de capacité, de perte diélectrique et de résistance d'isolement ont permis de détecter la détérioration d'une traversée avant qu'elle ne tombe en panne en service.

La principale leçon à retenir est que des données de référence fiables et l'analyse des tendances historiques peuvent mettre en évidence des problèmes d'isolation naissants qui risquent de passer inaperçus lorsque les ingénieurs se basent uniquement sur le résultat d'un seul essai.

Note technique : Cet article analyse un cas historique à des fins pédagogiques. Il ne définit pas de seuils d'alarme universels ni d'instructions de maintenance. Les essais, les critères de réception et les décisions d'exploitation doivent être examinés par des ingénieurs qualifiés, en se référant aux normes applicables, à la documentation du fabricant et à l'historique de l'équipement.

Comment le problème de la bague a-t-il été découvert ?

Le problème a été détecté lors d'essais préventifs effectués sur un transformateur principal de 110 kV. Les mesures relatives à la traversée haute tension de la phase B présentaient des écarts significatifs tant par rapport aux autres phases que par rapport aux résultats enregistrés environ trois ans auparavant.

Au départ, le transformateur ne présentait aucun défaut extérieur manifeste. Les enquêteurs ont donc dû déterminer si les mesures anormales provenaient de la partie active du transformateur, du changeur de prises ou d'un composant haute tension externe tel que la traversée.

La comparaison entre les différentes phases et les résultats des essais antérieurs a permis de mettre en évidence la traversée du condensateur de la phase B. Celle-ci a été démontée et remplacée avant d'être démontée à son tour pour faire l'objet d'un examen approfondi.

Quelles mesures ont changé ?

Ce cas illustre pourquoi l'état des traversées d'un transformateur doit être évalué à l'aide de plusieurs indicateurs plutôt que sur la base d'une seule mesure.

Capacité d'isolation principale

La capacité d'isolement principale de la traversée de phase B est passée de 294,4 pF lors de l'essai précédent à 329,8 pF. Les traversées des phases A et C sont restées proches de leurs valeurs précédentes.

Cette augmentation spécifique à cette phase était importante, car une traversée de condensateur est conçue comme une structure capacitive contrôlée. Une variation significative de la capacité peut indiquer une altération des propriétés diélectriques, une détérioration des couches de gradation internes ou tout autre changement au sein du système d'isolation.

La mesure doit toujours être évaluée par rapport à :

• Données de référence propres à la douille
• Mesures de phase comparables
• Informations sur le fabricant
• Température et configuration de test
• Précision des instruments et répétabilité des mesures
• Historique des opérations d'entretien et d'exploitation antérieures

Une variation de capacité constitue un signal de diagnostic, mais ne constitue pas à elle seule un diagnostic complet.

Pertes diélectriques ou facteur de puissance

La valeur de perte diélectrique mesurée pour l'isolation principale de la phase B est passée de 0,3001 TP3T à 1,9651 TP3T. La partie d'isolation à basse tension, ou isolation externe, a également enregistré une augmentation significative.

Selon les pratiques régionales et l'instrument d'essai utilisé, ce type de mesure peut être exprimé sous la forme du facteur de dissipation diélectrique, du tan delta ou du facteur de puissance. Ces termes décrivent un comportement de perte diélectrique étroitement lié, mais ils ne doivent pas être utilisés de manière interchangeable sans avoir préalablement vérifié la méthode d'essai et les conventions de présentation des résultats.

Une augmentation de la valeur des pertes diélectriques peut être liée à la présence d'humidité, à une contamination, au vieillissement, à des décharges internes ou à la détérioration du système d'isolation. Les conditions environnementales et les fuites de surface peuvent également influencer les mesures sur site, en particulier sur les traversées en porcelaine installées à l'extérieur.

Résistance d'isolement

La résistance d'isolement de la partie endommagée de la traversée de phase B a été mesurée à 4 800 MΩ. Les résultats correspondants pour les traversées des phases A et C ont été enregistrés à plus de 10 000 MΩ.

L'isolation des enroulements du transformateur s'est également révélée inférieure à celle observée lors de l'essai précédent, car la traversée détériorée est restée sous tension pendant une partie de l'essai.

Ce constat met en évidence un défi diagnostique majeur : une douille défectueuse peut fausser les mesures qui, à première vue, semblent indiquer un problème à l'intérieur du transformateur.

Avant d'attribuer des résultats d'isolation anormaux à la partie active du transformateur, les ingénieurs doivent bien comprendre le circuit d'essai dans son ensemble et déterminer si les traversées, les changeurs de prises, les câbles ou d'autres composants raccordés sont susceptibles d'influencer la mesure.

Qu'a révélé l'examen interne ?

Lorsque le noyau du condensateur a été retiré de la douille, les enquêteurs ont constaté la présence de traces de décharge par effluves sur sa surface inférieure. Un démontage plus poussé a révélé des perforations dans les première et deuxième couches capacitives, près de l'extrémité inférieure.

Des traces de corrosion ont également été constatées sur un ressort de compression situé près du sommet de l'ensemble. Ces observations, associées aux mesures électriques et à la localisation des dommages internes, ont permis de confirmer l'hypothèse d'un mécanisme lié à la pénétration d'humidité.

L'enquête a conclu que de l'humidité s'était infiltrée par la partie supérieure de la douille. Le noyau du condenseur étant installé à la verticale, l'humidité s'est propagée vers le bas le long de l'isolation extérieure et s'est accumulée près de la zone inférieure, soumise à un potentiel élevé.

Au fil du temps, l'isolant en papier humide a modifié la répartition locale du champ électrique et favorisé les décharges de surface. La migration continue de l'humidité vers le corps du condensateur a fini par contribuer à la perforation des couches de gradation internes.

Pourquoi l'humidité modifie-t-elle la capacité des bagues isolantes ?

Une douille de condensateur est constituée de couches conductrices graduées, séparées par du papier imprégné d'huile ou par un autre système isolant. Sa capacité dépend de la géométrie de ces couches et des propriétés diélectriques des matériaux qui les séparent.

L'eau présente une permittivité relative bien supérieure à celle de l'huile minérale ou du papier imprégné d'huile sèche. Lorsque de l'humidité pénètre dans l'isolant, elle peut modifier les propriétés diélectriques effectives et augmenter la capacité mesurée, même si les dimensions physiques restent inchangées.

L'humidité peut également :

• Augmenter les pertes diélectriques
• Réduire la résistance d'isolement
• Déformer le champ électrique interne
• Favoriser le suivi de surface
• Contribuer aux décharges partielles
• Accélérer la détérioration de l'isolation en papier
• Augmente le risque de perforation interne

La réponse exacte dépend de l'emplacement et de la quantité d'humidité, de la température, de la conception de la douille, de la présence de contaminants, de la configuration de l'essai et de l'ampleur de la détérioration existante.

Pourquoi l'analyse des tendances historiques était-elle si importante ?

Les mesures absolues étaient anormales, mais la comparaison avec les résultats antérieurs et ceux des autres phases a permis de confirmer le diagnostic de manière beaucoup plus certaine.

Dans ce cas :

• Les valeurs de capacité des phases A et C sont restées proches de celles obtenues précédemment.
• La capacité principale de la phase B a augmenté d'environ 121 TP3T.
• La capacité de la section externe de la phase B a augmenté d'environ 9,71 TP3T.
• Les valeurs des pertes diélectriques ont considérablement augmenté sur cette même phase.
• La résistance d'isolement a diminué au niveau de la partie de la traversée concernée.

L'humidité extérieure peut influencer les mesures de perte diélectrique en raison des fuites de surface au niveau de l'isolation en porcelaine. La capacité peut s'avérer moins sensible à cette influence externe particulière dans certaines conditions d'essai, ce qui en fait un indicateur complémentaire précieux.

Cela ne signifie pas pour autant que la capacité soit toujours un indicateur plus fiable que la perte diélectrique. La leçon à en tirer est que les ingénieurs doivent combiner des mesures reproductibles, des informations environnementales, des comparaisons de phase, les tendances historiques et leur connaissance de la conception des traversées.

Quels enseignements les propriétaires de transformateurs peuvent-ils tirer de ce cas ?

Un défaut au niveau d'une douille peut ressembler à un défaut au niveau d'un transformateur

Une douille détériorée peut fausser les mesures effectuées sur l'ensemble du transformateur. Les ingénieurs doivent isoler correctement l'objet testé et bien comprendre quels composants sont pris en compte dans chaque mesure avant de localiser le défaut.

L'apparence extérieure ne suffit pas

Dans ce cas précis, les dommages les plus graves se trouvaient à l'intérieur du corps du condenseur. Une simple inspection visuelle ne permettait pas de détecter la présence d'humidité dans l'isolation en papier ni la perforation des couches internes de calage.

L'inspection visuelle reste utile pour détecter les fuites, la corrosion, les fissures dans la porcelaine, les joints endommagés, la contamination ou un échauffement anormal, mais elle ne permet pas de confirmer l'état interne d'une traversée de condenseur.

Les données de référence ont une valeur à long terme

Les registres relatifs à la fabrication, à la mise en service et aux essais périodiques permettent aux ingénieurs de repérer des changements qui, sans cela, pourraient paraître insignifiants.

Un rapport d'état des bagues utile peut inclure :

• Fabricant, modèle et numéro de série
• Date d'installation et emplacement du transformateur
• Identification de phase
• Valeurs de capacité
• Facteur de puissance ou tangente delta
• Tension et température d'essai
• Configuration de la mesure
• Condition de test de robinet
• Informations sur l'instrument
• Constatations de fuites ou de corrosion
• Résultats de l'inspection thermique
• Historique des alarmes et des incidents
• Historique des opérations d'entretien et de remplacement

Des conditions d'essai constantes permettent d'obtenir des comparaisons à long terme plus pertinentes.

La comparaison de phases est utile, mais n'est pas déterminante

La comparaison des trois phases permet de repérer rapidement une douille défectueuse. Cependant, des douilles d'apparence similaire peuvent présenter des différences en termes d'âge, de conception, d'historique de remplacement et de conditions d'utilisation.

La comparaison de phase s'avère particulièrement utile lorsqu'elle est associée à la référence propre à chaque traversée et aux informations techniques fournies par le fabricant.

Le contrôle de l'humidité commence par l'étanchéité des joints

Pour une douille neuve ou de remplacement, l'équipe chargée du projet doit vérifier le type de douille, la tension et le courant nominaux, les exigences en matière d'isolation, la capacité et la disposition des prises d'essai, la conception du joint d'étanchéité, l'orientation de montage, les conditions environnementales, les exigences de surveillance et la documentation d'essai requise.

Le fabricant du transformateur, le fournisseur des traversées et l'ingénieur système agréé doivent examiner ces exigences pour l'installation concernée.

Foire aux questions

L'humidité peut-elle pénétrer dans une traversée de transformateur sans qu'il y ait de fuite d'huile visible ?

Oui. L'humidité peut s'infiltrer par des joints usés, des interfaces endommagées, des défauts de fabrication, des composants usés ou d'autres voies internes sans provoquer de fuite externe immédiatement visible.

Une augmentation de la capacité est-elle toujours le signe d'une infiltration d'humidité ?

Non. Une variation de capacité peut également être liée à des couches de calibrage endommagées, à des mouvements internes, à des problèmes de connexion, au montage de test, à des effets liés à la température ou à une erreur de mesure. Des éléments supplémentaires sont nécessaires avant de pouvoir identifier la cause première.

Le facteur de puissance et le tangente delta, est-ce la même chose ?

Ils décrivent un comportement de perte diélectrique très similaire, mais ne sont pas numériquement identiques dans tous les contextes. Les rapports d'essai doivent conserver les termes de mesure, la méthode, la tension, la température et les conventions d'instrumentation d'origine.

Un seul résultat satisfaisant suffit-il à prouver qu'une douille est en bon état ?

Non. L'état des bagues doit être évalué en tenant compte des tendances, des phases comparables, des données du constructeur, des résultats d'inspection, de la répétabilité des essais, de l'historique d'exploitation et d'autres méthodes de diagnostic approuvées.

Une douille défectueuse peut-elle avoir une incidence sur les mesures d'isolation d'un transformateur ?

Oui. Si la douille reste raccordée pendant l'essai, l'état de son isolation peut influencer la mesure globale et donner l'impression que le problème provient de l'intérieur du transformateur.

Conclusion

Ce cas concernant un réseau de 110 kV montre comment la pénétration d'humidité dans les traversées d'un transformateur peut évoluer, à partir d'un problème d'étanchéité ou de conception, vers un isolant humide, un effet de piste en surface, une modification de la capacité et une perforation des couches de gradation internes.

La leçon à retenir n'est pas simplement de surveiller une seule limite d'alarme. Une évaluation fiable des traversées isolantes repose sur des données de référence, des essais reproductibles, une comparaison entre phases, l'analyse des tendances historiques et une localisation précise de l'anomalie.

Lorsque la capacité, la perte diélectrique et la résistance d'isolement varient toutes sur une même traversée, l'ensemble de ces variations mérite un examen technique approfondi.