Analyseur de réponse à la fréquence de balayage: guide pratique pour les ingénieurs électriciens débutants et expérimentés

Testeur de déformation d'enroulement

Quelle inspection spécifique cet instrument effectue-t-il sur le transformateur ?

De nombreux nouveaux arrivants dans le domaine demandent souvent lorsqu'ils rencontrent cet appareil pour la première fois : « Est-il utilisé pour la mesure de tension ou la mesure de résistance ? En réalité, ce n’est pas non plus le cas. Le testeur de déformation des enroulements effectue essentiellement un scanner sur les enroulements internes du transformateur : il permet de détecter la déformation, le desserrage ou le déplacement sans nécessiter le démontage du transformateur ou le retrait du couvercle.

Le principe simplifié : Traiter le bobinage comme un « filtre spécial ».

Vous pouvez visualiser chaque enroulement d'un transformateur comme un réseau complexe composé de résistances, d'inductances et de condensateurs : un « filtre » personnalisé. Lorsqu'il est alimenté par des signaux de fréquences variables, il produit des réponses spécifiques, générant une « courbe d'empreinte digitale » unique.

Si le bobinage reste intact, les caractéristiques de ce « filtre » restent inchangées, tout comme la courbe d'empreinte digitale. Cependant, si l'enroulement est déformé en raison d'impacts de court-circuit ou de chocs de transport, tels qu'une déformation du fil ou une modification de l'espacement entre spires, les paramètres inductifs et capacitifs au sein du réseau changent en conséquence, ce qui entraîne une courbe d'empreinte modifiée. Notre testeur détermine si le bobinage est défaillant en analysant ces variations de courbe.

Figure : Aspect typique d'un testeur de déformation d'enroulement, compact et portable, adapté aux opérations sur le terrain

Quels problèmes peut-il détecter ?

1. Déformation axiale/radiale des enroulements, torsion, renflement, courts-circuits entre spires et désalignement entre patchs
2. Desserrage de l'enroulement, déplacement du fil conducteur
3. Court-circuit interphase, desserrage du noyau

De plus, l’ensemble du processus de test est non destructif et ne cause aucun dommage au transformateur, c’est pourquoi il est devenu la norme en matière de tests préventifs.

Démonstration pratique : tests de transformateurs

Étape 1 : Préparations préalables au test – ne négligez pas ces points

1. Vérification de l'état du transformateur : Tout d'abord, débranchez le transformateur de l'alimentation électrique et retirez tous les câbles externes (y compris les barres omnibus et les câbles), puis déplacez ces câbles à au moins 20 cm de la traversée pour éviter les interférences avec les signaux de test.
2. Décharge complète : une fois le transformateur hors tension, assurez-vous que les enroulements sont complètement déchargés pour éviter que les charges résiduelles ne provoquent des blessures ou n'interfèrent avec les tests.
3. Enregistrez les informations clés : notez la position de prise du transformateur ! Ceci est crucial, car différentes positions de prise donnent des courbes entièrement distinctes ; les comparaisons de données doivent être effectuées à la même position de prise.
4. Inspection environnementale : Vérifiez le site pour détecter les sources d'interférences fortes telles que les machines à souder ou les gros moteurs. Le cas échéant, éteignez-les ou programmez la mesure à un moment différent ; sinon, les courbes mesurées présenteront des fluctuations erratiques.

Étape 2 : Câblage

Figure : Schéma de câblage schématique de l'enroulement de la phase A dans la configuration Yn, indiquant clairement les positions de connexion de chaque pince.

• La mise à la terre est cruciale : connectez la borne de mise à la terre du testeur, le boîtier du transformateur et le noyau de fer ensemble à un seul point de mise à la terre ! De nombreux cas où la courbe mesurée semble anormale sont dus à une mauvaise mise à la terre ou à la connexion de plusieurs points de mise à la terre, ce qui introduit des interférences.
• La pince doit être bien serrée : avant le test, nettoyez soigneusement la borne à manchon et serrez-la fermement pour éviter les connexions desserrées, car cela modifierait la résistance de contact et provoquerait une distorsion du signal.
• Évitez les câbles blindés trop longs : utilisez des câbles de test blindés, de préférence ne dépassant pas 3 mètres de longueur, car des longueurs plus longues peuvent introduire des interférences.

Étape 3 : configuration et test des paramètres

Après avoir terminé le câblage, ouvrez le logiciel de test sur l'ordinateur et connectez l'instrument ; alors vous pouvez configurer les paramètres.

• Généralement, une plage de balayage de fréquence de 1 kHz à 2 MHz est suffisante, car la plupart des transformateurs peuvent être couverts par cette plage.
• Pour le balayage, commencez par un balayage de fréquence linéaire pour obtenir rapidement le résultat global. Si des anomalies sont détectées, utilisez une analyse de fréquence segmentée pour une analyse détaillée.
• Cliquez ensuite sur « Démarrer le test » et l'instrument injectera automatiquement un signal de balayage de fréquence dans l'enroulement pour collecter les réponses. Chaque test de phase prend moins d'une minute et la réalisation des mesures pour les trois phases (haute, moyenne et basse) d'un transformateur nécessite environ 10 minutes au total.

Figure : Scénario de test sur site, dans lequel les ingénieurs effectuent la détection de la déformation des enroulements

Étape 4 : Analyse des résultats

• Comparaison horizontale : comparez les courbes des phases A, B et C au même niveau de tension. Dans des conditions normales, les trois courbes devraient paraître similaires ; si une courbe s'écarte considérablement, cette phase est probablement défectueuse.
• Comparaison verticale : Comparez la courbe de courant avec la courbe d'usine d'origine du transformateur et les courbes historiques des tests précédents. Si l'écart dépasse 3,5 dB, cela indique une déformation des enroulements.

Exemples d'utilisation abusive courants

1. Après avoir terminé le test de résistance CC, ne procédez pas immédiatement au test de déformation de l'enroulement !

C’est l’écueil le plus courant ! De nombreux praticiens effectuent des tests sur site et, pour gagner du temps, connectent directement le fil d'enroulement déformé pour la mesure après avoir mesuré la résistance CC. Cependant, le saviez-vous ? Lors du test de résistance DC, l'enroulement est magnétisé, laissant un magnétisme résiduel dans le noyau de fer. Ce magnétisme résiduel affecte directement les paramètres d'inductance de l'enroulement, ce qui entraîne des courbes de réponse en fréquence complètement inexactes qui peuvent facilement être interprétées à tort comme une preuve de déformation de l'enroulement.

Procédure correcte : Après avoir terminé le test de résistance DC, démagnétisez le transformateur ou attendez au moins 30 minutes que le magnétisme résiduel se dissipe avant d'effectuer le test de déformation de l'enroulement.

2. Les transformateurs de type sec ne peuvent pas être testés.

De nombreuses personnes, dès réception de l'équipement de test, mesurent tous les transformateurs sans discernement. En fait, la norme nationale indique explicitement que les tests de déformation des enroulements sont principalement destinés aux transformateurs immergés dans l'huile ! Les enroulements des transformateurs de type sec sont ouverts et présentent une capacité parasite élevée, ce qui entraîne des courbes de réponse en fréquence très incohérentes. De plus, la norme nationale ne précise pas d'exigences concernant les essais de déformation des enroulements des transformateurs de type sec ; ainsi, les résultats obtenus manquent de valeur de référence pratique : cela ne sert à rien de mener de tels tests.

3. Éliminez d'abord ces facteurs d'interférence pour les courbes anormales.

Beaucoup de gens, en remarquant une courbe anormale, concluent immédiatement que le bobinage est déformé ; en réalité, cela est souvent dû à des interférences.

1. Désalignement de la bande basse fréquence ? Tout d'abord, vérifiez le câblage : si la courbe de la bande basse fréquence à plusieurs dizaines de kHz ne s'aligne pas, il y a 90 % de chances que le problème ne vienne pas des enroulements mais d'un câblage incorrect ou d'un mauvais contact. Effectuez un nouveau test après avoir resserré la pince.
2. Saut d’interférence dans la bande haute fréquence ? Vérifier les interférences : Si la courbe dans la bande haute fréquence présente de nombreux pics, cela indique la présence d'interférences électromagnétiques sur le site. Arrêtez la machine à souder à proximité ou assurez un blindage adéquat des lignes de test.
3. La courbe présente-t-elle un double pic ? Cela peut indiquer une distorsion axiale : si un double pic distinct apparaît dans la bande basse fréquence, il ne s'agit pas d'interférences mais plutôt d'une caractéristique typique de la distorsion axiale des enroulements ! Auparavant, un transformateur de 220 kV présentait cette caractéristique suite à un choc de court-circuit ; le démontage a révélé une distorsion axiale de 8 mm dans l'enroulement haute tension, démontrant une précision diagnostique remarquable.

4. Effectuez la mesure deux fois sur la même phase pour garantir la répétabilité.

De nombreuses personnes terminent la mesure après une seule tentative. Cependant, les spécifications standards exigent au moins deux mesures pour une même phase, la similarité entre les deux courbes dépassant 0,95. Si des écarts importants sont observés entre les mesures, cela indique soit un câblage instable, soit une interférence environnementale excessive ; dans de tels cas, une nouvelle mesure est obligatoire pour garantir des données fiables.

5. Pour les petits transformateurs de 35 kV et moins, ne comparez pas simplement les trois phases.

De nombreux petits transformateurs de 35 kV présentent des différences inhérentes dans leurs courbes de réponse en fréquence triphasée en raison de la configuration de leurs enroulements. Dans de tels cas, évitez de vous fier uniquement à des comparaisons horizontales ; effectuez plutôt des comparaisons verticales avec leurs données de mesure d'origine pour éviter les erreurs d'interprétation.

scénarios d'application

1. Après un impact de court-circuit : suite à un court-circuit en champ proche dans le transformateur, l'immense force électrodynamique peut facilement déformer les enroulements. Une mesure immédiate est essentielle pour confirmer si les enroulements sont endommagés ; sinon, fonctionner avec un défaut pourrait entraîner des accidents graves.
2. Installation et acceptation du nouveau transformateur : Dès sa livraison sur le site, le transformateur nouvellement installé doit subir des tests pour établir un « profil d'empreinte digitale » original, qui servira de référence pour tous les tests ultérieurs.
3. Après transport/histage : Lors du transport sur de longues distances de gros transformateurs ou après une maintenance sous un capot de levage, les vibrations peuvent facilement provoquer un déplacement des enroulements. Dans de tels cas, mesurez le déplacement pour confirmer que les enroulements restent intacts pendant le transport et la maintenance.
4. Tests préventifs : Pour les transformateurs en fonctionnement, les tests de déformation des enroulements sont un élément obligatoire des tests préventifs effectués tous les 3 à 5 ans pour identifier à l'avance les dangers potentiels.

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