Comment mesurer la température de l'huile d'un transformateur ?

La durée de vie d'un transformateur dépend de la température de ses enroulements, qui influe considérablement sur le matériau isolant. Lorsque la température d'isolation des enroulements se situe dans la plage de température de l'huile du transformateur (80 à 130 °C), le taux de vieillissement de l'isolant double pour chaque augmentation de 6 °C, ce qui réduit de moitié sa durée de vie : c'est la « règle des six degrés » du vieillissement de l'isolant.

Pendant le fonctionnement du transformateur, la température maximale autorisée pour l'huile moteur est généralement de 85 °C. Dans la région de Dongying, lorsque cette température dépasse 80 °C, les signaux d'alarme « Alerte haute température de l'huile moteur du transformateur XX » et « Avertissement de température élevée de l'huile moteur du transformateur XX » sont émis.

La température des transformateurs immergés dans l'huile, tant celle de l'huile que celle des enroulements, peut être mesurée à l'aide d'un thermomètre inséré dans l'huile, en haut du boîtier. Ceci permet de surveiller la température globale du transformateur. Les enroulements, susceptibles de générer un excès de chaleur en fonctionnement, présentent généralement une température supérieure à celle de l'huile. Le point le plus chaud à l'intérieur du transformateur, appelé température du point chaud, est un facteur clé pour prédire le vieillissement de l'isolation. Ce point chaud se situe généralement près des extrémités des enroulements, mais sa mesure précise est difficile. Pour surveiller cette température interne, on utilise souvent un indicateur de température des enroulements. C'est pourquoi la plupart des transformateurs immergés dans l'huile sont équipés d'un thermomètre pour l'huile et d'un autre pour les enroulements.

L'aiguille noire du thermomètre indique la température de fonctionnement réelle, et l'aiguille rouge indique la température limite d'alarme. Lorsque la température de l'huile de la couche supérieure du transformateur dépasse cette valeur, une alarme se déclenche : les deux aiguilles entrent en collision, établissant un contact électrique et émettant un signal d'alarme. L'aiguille rouge se met alors à osciller. Si la température de l'huile dépasse la température maximale atteinte en fonctionnement, l'aiguille noire entraîne l'aiguille rouge, qui se met à tourner. L'aiguille rouge indique alors la température maximale atteinte.

La température des enroulements d'un transformateur peut être considérée comme la superposition de la température de l'huile de la couche supérieure et de l'élévation de température des enroulements par rapport à l'huile. Généralement, le courant de charge du transformateur est ajouté aux données du système de mesure de la température de l'huile, et l'élévation de température des enroulements par rapport à l'huile est simulée par une méthode de simulation thermique, afin d'obtenir la température des enroulements. Le schéma de principe de cette méthode est présenté dans la figure suivante.

La température Tw des enroulements d'un transformateur immergé dans l'huile peut être équivalente à :

Tw=T0+k*△Deux

Dans la formule, T0 représente la température de l'huile de la couche supérieure du transformateur, △Two la différence de température de l'huile de cuivre, obtenue par simulation thermique, et k le coefficient thermique, qui dépend de la capacité du transformateur, de la structure de l'enroulement, etc. L'élévation de température de l'enroulement par rapport à l'huile △Two dépend du courant qui le traverse.

Le système de mesure se compose principalement d'un boîtier de détection de température, d'un circuit de compensation de la température des enroulements du transformateur et d'un capteur. Le boîtier de détection de température intègre le circuit de compensation et le capteur de température des enroulements . Ce dernier est immergé dans l'huile de surface du transformateur afin de mesurer sa température. Le capteur comprend deux parties : le capteur de température lui-même, connecté à l'appareil de mesure mécanique des enroulements du transformateur ; la valeur de température mesurée est affichée sur un indicateur thermique. La résistance thermique Pt100, dont la valeur varie en fonction de la température, est transmise au système de surveillance informatique.

Les informations relatives à la température de l'huile sont transmises au centre de répartition via la méthode de connexion illustrée dans la figure ci-dessous afin de permettre une surveillance en temps réel de la température de l'huile supérieure et de la température de l'enroulement.

1. Comment déterminer si la variation de température du transformateur est normale ou anormale ?

Pendant le fonctionnement du transformateur, les pertes d'énergie dans le noyau de fer et les enroulements sont converties en chaleur. Il en résulte une élévation de température dans différentes parties du transformateur, qui se dissipe ensuite par rayonnement et conduction. Une fois l'équilibre atteint entre la production et la dissipation de chaleur, la température se stabilise pour chaque composant. Les pertes fer restent constantes, tandis que les pertes cuivre varient en fonction de la charge. Pour évaluer les performances du transformateur, notez la température externe, la température de l'huile en surface, la charge et le niveau d'huile lors de l'inspection. Ces valeurs peuvent être comparées aux relevés précédents pour déterminer si le transformateur fonctionne correctement.

Si la température de l'huile dépasse de 10 °C la normale dans les mêmes conditions, ou si elle continue d'augmenter sans modification de la charge et que le système de refroidissement fonctionne correctement, cela indique un problème interne au transformateur. Il est important de vérifier le bon fonctionnement du thermomètre. L'isolation principale de la plupart des transformateurs (dite isolation de classe A) est en papier et résiste à des températures allant jusqu'à 105 °C. Généralement, la température des enroulements est de 10 à 15 °C supérieure à la température de surface de l'huile. Par exemple, si la surface de l'huile est à 85 °C, la température des enroulements devrait se situer entre 95 et 100 °C.

2. Causes de la température anormale du transformateur

① Température anormale due à un défaut interne

Si un transformateur présente des défauts internes, tels que des courts-circuits entre spires ou entre couches, plusieurs problèmes peuvent survenir. La bobine se déchargera dans l'enceinte, provoquant un échauffement des joints conducteurs internes. De plus, la mise à la terre multipoints du noyau de fer peut accroître les courants de Foucault et entraîner une surchauffe. Dans certains cas, un flux de fuite peut former une boucle avec le réservoir d'huile et provoquer une accumulation de chaleur. Si d'autres facteurs entraînent des températures anormales dans le transformateur, la protection par gaz ou différentielle peut se déclencher. Dans les cas les plus graves, il peut être nécessaire d'injecter de l'huile dans la conduite antidéflagrante ou la soupape de décharge. Dans ce cas, il est conseillé d'arrêter le transformateur et de l'inspecter.

② La température anormale causée par le fonctionnement anormal du refroidisseur

Une température anormale peut être due à un dysfonctionnement ou à une panne du refroidisseur, comme une panne de la pompe submersible, un ventilateur endommagé, l'encrassement des tuyaux de refroidissement, une faible efficacité de refroidissement ou le blocage de la vanne du radiateur. Le système de refroidissement doit être entretenu et purgé régulièrement, ou un refroidisseur de secours doit être installé ; à défaut, la charge du transformateur doit être ajustée.

③ Si l’indicateur de température présente des erreurs ou si l’indication tombe en panne, le thermomètre doit être remplacé.