Définitions

 

Papier, papier kraft, papier isolant, cartons

paper - papier (Électropédia CEI)

certains types de papier cellulosique, souvent caractérisés par leur rigidité relativement élevée
Remarque - en général, le terme « papier » est utilisé pour désigner les papiers cellulosiques, sauf spécification contraire.[source]

Kraft paper - papier kraft (Wikipédia)

Electrical insulation paper (Wikipédia)

(Paper) board - cartons (Electropedia CEI)
terme générique appliqué à certains types de papier cellulosique, souvent caractérisés par leur rigidité relativement élevée
Remarque - dans certains cas, les matériaux avec un grammage (masse en grammes par mètre carré de surface) inférieur à 225 g/m² sont considérés comme du papier, et les matériaux avec un grammage égal et supérieur à 225 g/m² sont considérés comme des cartons.[source]

Nomex, TUP (thermal upgraded paper, papier thermique amélioré)

Nomex (Électropédia CEI)

TUP (CEI 62874:2015)
papier kraft thermiquement amélioré

 

Degré de polymérisation (d’un polymère) (Électropédia CEI)

valeur moyenne du nombre d’unités monométriques dans les molécules d’un polymère
Remarque - différentes valeurs moyennes (nombre, masse ou moyenne viscosimétrique) peuvent être déterminées pour le même matériau.[source]

 

Dégradation (de la performance) (Électropédia CEI)

écart non désiré de la performance opérationnelle de tout dispositif, appareil ou système par rapport à sa performance prévue
Remarque - le terme « dégradation » peut correspondre à une défaillance temporaire ou permanente.IEV réf.161-01-19 [source]

 

Power transformer - Transformateur de puissance (Electropedia CEI)

appareil statique avec deux ou plusieurs bobinages qui, par induction électromagnétique, transforment un système de tension et de courant alternatifs en un autre système de tension et de courant, généralement de différentes valeurs et de la même fréquence, dans le but de transmettre la puissance électrique - IEV réf. 421-01-01 [source]

 

Mineral insulating oil - huile minérale, natural esters - esters naturels, Synthetic organic ester - ester synthétique

Huiles minérales isolantes

liquide isolant dérivé de pétroles bruts
Remarque - le pétrole brut est un mélange complexe d’hydrocarbures comprenant de petites quantités d’autres substances chimiques naturelles.
IEV réf.212-17-02 [source]

Esters naturels (CEI 62770)
huiles végétales provenant de graines et d’huiles obtenues à partir d’autres matériaux biologiques appropriés et constituées de triglycérides
CEI 62770, éd.1.0 (2013-11)

Ester synthétique (Electropedia CEI)
liquide isolant produit à partir d’acides et d’alcools par réaction chimique
Remarque - ces esters comprennent des mono-, di- et polyols-esters.
IEV réf.212-17-08 [source]

 

Reclaim - régénération, reconditioning - traitement physique

Régénération (Glossaire CEI)
élimination des contaminants solubles et insolubles d’un liquide ou d’un gaz isolant au moyen de l’adsorption chimique, en plus de l’utilisation de moyens mécaniques, afin de restaurer les propriétés aussi proches que possible des valeurs originales ou des niveaux proposés dans la présente norme
Publié dans :CEI 60480, éd.2.0 (2004-10) - Numéro de référence :3.3.5 - Source :VEI 212-09-05 (modifiée) [source]

Remise en état (Glossaire CEI)
processus qui réduit ou élimine les gaz, l’eau et les particules et contaminants solides uniquement par un traitement physique
Publié dans :CEI 60422, éd.4.0 (2013-01) - Numéro de référence :3.5 [source]

Dépolarisation (Glossaire CEI)
processus d’élimination de la polarisation électrique d’un matériau isolant électrique jusqu’à ce que le courant de dépolarisation soit négligeable
REMARQUE En général, la dépolarisation est recommandée avant de mesurer les propriétés résistives d’un matériau isolant électrique.
Publié dans :CEI 62631-1, éd.1.0 (2011-04) - Numéro de référence :03.12 [source]

 

 

Introduction

 

Isolation électrique

[ALT img :Dégradation des papiers isolants]

Dans les transformateurs électriques, l’isolation est principalement garantie par la somme de matières solides telles que le papier kraft et les liquides isolants, principalement des huiles minérales.Cette innovation importante a été inventée et revendiquée par le célèbre scientifique Nikola Tesla sur la base du brevet 655838 « Méthode d’isoler les conducteurs électriques » du 14 août 1900 « mon invention, tout type de fluide capable de répondre aux besoins (75 ...) tel que l’huile, peut être utilisé (130 ...) » et de nombreux autres brevets.

L’isolant solide, également appelé papiers isolants, provient essentiellement des processus de production de papier kraft (cf. la section Définitions pour approfondir).Le résultat est un produit qui offre des propriétés surprenantes à la fois d’un point de vue mécanique et électrique.Dans ce secteur, le papier kraft a trouvé l’une de ses applications les plus importantes, en particulier dans l’isolation des équipements électriques à très haute tension.Au fil du temps, grâce à l’utilisation d’additifs spécifiques, le papier kraft a été amélioré, en particulier en ce qui concerne son comportement par rapport à la température, donnant lieu à des papiers TUP (Thermal Upgraded Paper, papier thermique amélioré).Des produits à base de polymères synthétiques sont également disponibles sur le marché, comme par exemple le matériau Nomex de Dupont qui est un composé à base de méta-aramide.

En ce qui concerne les isolants liquides, en plus des huiles minérales, il existe aussi des esters naturels, des esters synthétiques, des fluides de silicone et, dans le passé, aussi des huiles askarels à base de PCB.

 

 

Papier kraft

Les papiers isolants sont imprégnés d’huile ou d’autres liquides isolants.À la fin du cycle d’imprégnation (typiquement sous vide, 60-80 °C, et au moins de 72 heures), le papier kraft est imprégné d’huile jusqu’à 150-180 % de sa masse initiale.
Le papier kraft couvre les conducteurs en cuivre ou en aluminium afin de les isoler électriquement, et est donc exposé à une contrainte thermique, électrique et mécanique.
La principale propriété du papier est le DP (CEI 450:1974), le degré de polymérisation.Ce paramètre caractérise les propriétés du matériau qui sont principalement les suivantes : résistance à la traction, allongement, résistance à la flexion, module d’élasticité, facteur de perte, résistivité spécifique.Un papier kraft neuf typique a un DP entre 1 000 et 1 500.
Pendant le cycle de vie réelle du transformateur, le DP décroît progressivement jusqu’à ce qu’il atteigne la valeur d’environ 200 (réduction d’environ 80 % par rapport à un papier neuf), à laquelle correspond normalement le terme de fin de vie thermique.Dans cet état, le papier perd ses propriétés mécaniques sans perdre cependant ses propriétés électriques, qui restent suffisantes pour assurer l’isolation requise.

[ALT img :Dégradation des papiers isolants | cœur]

L’isolation électrique peut être considérée comme le cœur du transformateur : si elle est insuffisante, la conséquence directe en est la panne électrique (figurée comme une crise cardiaque).En présence de forts arcs électriques, la panne peut enflammer l’huile isolante, qui est combustible, en provoquant des explosions et des incendies du transformateur et des accidents majeurs possibles.

 

 

Durée de vie thermique des papiers

En termes très simples, on pourrait dire que la vie thermique des isolants solides (fabriqués à partir de papier kraft sans additifs spécifiques anti-vieillissement) est estimée à environ 160 000 heures de charge nominale du transformateur.
Concrètement, pour un transformateur de génération type élévateur (GSU) d’une centrale thermique, ayant une disponibilité opérationnelle de 7 500 heures/an et un profil de charge moyenne de 80 %, en l’absence de problèmes particuliers, la durée de vie thermique conventionnelle est estimée à environ 25 ans.Pour le même transformateur, installé dans une centrale hydroélectrique, et donc ayant un profil de charge moyenne de 40 % (saisonnalité de l’eau), en l’absence de problèmes particuliers, la durée de vie thermique conventionnelle est estimée à environ 50 ans.Par contre, les réacteurs shunt, qui sont dimensionnés pour fonctionner de manière intensive à des valeurs proches de la charge nominale, ont une espérance de vie thermique plus courte.

La durée de vie du transformateur dépend non seulement de la vie thermique des papiers, mais aussi d’autres cofacteurs tels que les défauts électriques qui, en évoluant en des pannes électriques, interrompent la disponibilité opérationnelle de la machine.En présence de ce problème, il est également nécessaire d’évaluer l’option de remplacement du transformateur ; dans ce cas, il convient de choisir une machine qui répond aux exigences d’éco-conception, en particulier en termes de réduction des pertes de charge et de réduction des émissions en termes équivalents de CO2.(lien vers la directive)

 

 

Dégradation du papier

Les processus de dégradation thermique du papier sont le résultat de l’interaction de 3 mécanismes : l’hydrolyse, l’oxydation et la pyrolyse.
Les processus de dégradation du papier sont en soi extrêmement complexes, et lorsqu’ils s’ajoutent aux effets de la dégradation de l’huile (en raison de l’interaction huile-papier), il en découle des mécanismes influencés par plusieurs facteurs critiques difficiles à formaliser quantitativement.Les facteurs critiques qui déterminent le vieillissement des papiers isolants sont la température, l’eau, l’oxygène, le fait si le système est ouvert ou fermé, les cycles thermiques et la relation avec le profil de la charge du transformateur.

Sea Marconi a effectué une série d’expériences pour déterminer la relation entre la dégradation du papier et celle de l’huile.L’un de ces tests, conformément à la norme CEI 62535 (dans un flacon de 20 ml, avec 10 ml d’huile, un échantillon de cuivre d’environ 3 g en poids, est inséré, enveloppé d’environ 23 g de papier, laissé à 150 °C pendant 72 heures), a montré une perte de poids progressive du papier (jusqu’à 25 %) et une diminution du DP (jusqu’à 80 % par rapport à la valeur à l’état neuf et 60 % de moins par rapport à une huile initialement non acide) avec l’augmentation de l’acidité de l’huile analysée (TAN).(cf. le graphique ci-dessous).

[ALT img :Dégradation des papiers isolants | Graphique DP de l’acidité du papier]

Perte de poids du papier et diminution du DP avec l’augmentation de l’acidité

Les principaux produits de dégradation des papiers isolants sont les suivants : eau, acides, CO2, CO, composés furaniques, méthanol, éthanol, particules.Ces composés sont mélangés avec la boue provenant du vieillissement de l’huile en formant la boue totale.

[ALT img :Dégradation des papiers isolants | Ennemis de l’isolation]

 

 

Cliquez ici pour accéder aux principales publications de Sea Marconi sur le sujet :

Cadre réglementaire

Normes applicables

• CEI TR 62874:2015, « Lignes directrices pour l’interprétation du dioxyde de carbone et de 2-furfural en tant que marqueurs de la dégradation thermique du papier dans de l’huile minérale isolante »
• CIGRE Brochure technique 227, 2003 « Techniques de gestion de la vie pour les transformateurs de puissance »
• CIGRE Brochure 323, 2007 « Vieillissement de la cellulose dans les transformateurs avec huile minérale isolante »
• CIGRE Brochure 343, 2008 « Recommandations pour les installations de surveillance de l’état et d’évaluation de l’état pour les transformateurs »
• CIGRE Brochure technique 349, 2008 « Équilibre de l’humidité et migration de l’humidité dans les systèmes d’isolation de transformateurs »
• CIGRE Brochure technique 445, 2011 « Guide de maintenance de transformateurs »
• CIGRE Brochure technique 494, 2012 « Composés furaniques de diagnostic »
• CEI 60076-7:2005, éd.1, « Transformateurs de puissance - Partie 7, Guide de chargement pour transformateurs de puissance plongés dans l’huile »
• CIGRE WG A2-30 2007 « Équilibre d’humidité et migration de l’humidité dans les systèmes d’isolation des transformateurs »

 

 

Causes

Le problème de la dégradation des papiers isolants est causé principalement par des mécanismes de vieillissement normal et par des conditions particulières de contrainte thermique, mécanique et électrique des papiers isolants.

 

Causes liées aux phases du cycle de vie

 

Causes du problème de la dégradation des papiers isolants | À quel moment il peut se produire (phases du cycle de vie)

Manquements dans les exigences en matière d’achat des papiers isolants | Exigences et achat

Manquements dans le contrôle de la qualité des lots individuels ou des fournitures individuelles de papier isolant (par ex., DP initial avant imprégnation) | Réception des papiers isolants

Manquements dans les procédures d’analyse pour vérifier la dégradation des papiers isolants | Réception de l’huile, essais en usine, installation et pré-mise sous tension, exploitation, vieillissement, post-mortem

Perte du gaz de protection et accumulation de l’humidité sur les isolants solides | Transport du transformateur

Manquements dans les traitements de déshumidification des papiers (par ex., processus en phase de vapeur).Un bon papier isolant a une valeur d’eau imprégnée entre 0,5 et 1 % en masse | Installation et pré-mise sous tension, exploitation, vieillesse

Accumulation de l’air et de l’humidité (par exemple, lors d’un changement d’huile ou d’autres interventions de maintenance électromécanique) | Essai en usine, installation et pré-mise sous tension, exploitation, vieillesse

 

 

Les facteurs critiques qui déterminent le vieillissement des papiers isolants sont la température, l’eau, l’oxygène, le fait si le système est ouvert ou fermé, les cycles thermiques et la relation avec le profil de la charge du transformateur.Les processus de dégradation des papiers immergés dans l’huile sont extrêmement complexes, dépendent de nombreux facteurs et mettent en cause des mécanismes difficiles à formaliser quantitativement.Les processus de dégradation thermique du papier sont le résultat de l’interaction des trois mécanismes suivants :

1.HydrolyseCe phénomène génère de l’eau comme principal produit de dégradation (en présence de points chauds, typiquement à des températures de < 150 °C) par la désorption du papier et la rupture des chaînes cellulosiques.

2.OxydationCe phénomène se produit généralement en présence de points chauds, à des températures comprises entre 150 °C et 300 °C, et se caractérise par une augmentation de la demande en oxygène.Il en résulte une diminution de la concentration d’oxygène dans l’huile (pour un transformateur de respiration avec du gel de silice, on passe de de 20 000 µl/l à des valeurs de 5 000 - 10 000 µl/l) qui se combine avec l’atome de carbone issu de la dégradation de la cellulose en formant du CO2 et du CO.Ce processus crée simultanément d’autres sous-produits de la cellulose, y compris les composés furaniques (en particulier le 2FAL), le méthanol et l’éthanol.

3.PyrolyseLa pyrolyse est un mécanisme de décomposition thermochimique qui se produit généralement en présence de points chauds, à des températures supérieures à 300 °C, capables de briser les molécules du papier, accompagné de la formation de particules, d’eau, de méthanol, d’éthanol et d’autres gaz caractéristiques.

Les produits de dégradation du papier sont des composés solides, liquides et volatiles (gaz).Certains parmi eux sont solubles dans l’huile (furanes, méthanol, éthanol) et d’autres ne le sont pas (particules, boues) ; ces derniers sont mélangés avec la boue provenant du vieillissement de l’huile.La boue issue de l’huile et la boue issue du papier s’accumulent en formant la boue totale.

 

 

[ALT img :Dégradation des papiers isolants | Impact de la température]
Schéma montrant le taux de vieillissement k en fonction des différents mécanismes de dégradation (Fig. 1 tirée de la CEI TR 62874:2015)

[ALT img :Dégradation des papiers isolants | Impact de l’humidité et de l’oxygène]
Relation entre les propriétés mécaniques des papiers isolants et le degré de polymérisation des papiers (Fig. 2 tirée de la CEI TR 62874:2015)

 

 

Signes (inspection visuelle) - Symptômes (analyse)

Signes (inspection visuelle)

Les signes directs de ce problème ne sont visibles qu’à travers une inspection interne du transformateur.Par exemple, en cas de panne (ou en fin de vie) de machines jumelles, il est utile de réaliser un diagnostic des papiers (par échantillonnage, analyse et interprétation) afin de déterminer une référence expérimentale pour le transformateur concerné.En présence de la dégradation des papiers isolants, les signes suivants apparaissent :

- signes de fragilisation du papier (perte de propriétés mécaniques),
- dépôts insolubles sur les papiers isolants (par ex., des boues ou du sulfure de cuivre)
- obstruction des conduits de circulation de l’huile utilisés pour le refroidissement des bobinages et des papiers.

L’huile isolante, par l’effet du contact direct avec les papiers isolants, devient un vecteur précieux pour diagnostiquer indirectement l’état des papiers.L’analyse de l’huile permet donc d’identifier et de quantifier les produits de dégradation des papiers afin d’évaluer la durée de vie thermique consommée.

 

La dégradation du papier implique une perte de sa masse, et les serrages peuvent se desserrer avec l’augmentation progressive des vibrations.Au fil du temps, la contrainte mécanique qui en découle s’ajoute à la contrainte électrique et à la contrainte thermique, faisant augmenter de manière significative la probabilité de panne (vidéo avec le bruit du transformateur).

 

 

Échantillonnage représentatif

Si vous décidez d’effectuer une inspection interne du transformateur à la suite de panne ou afin d’effectuer une enquête approfondie, il est fortement recommandé de prélever des échantillons du papier isolant conformément aux protocoles et aux procédures appropriées.En particulier, il est souhaitable de collecter les papiers dans les parties haute, basse et intermédiaire des bobinages individuels, du primaire comme du secondaire, pour chacune des phases, en prélevant plusieurs échantillons de papier dans les zones de fort assombrissement ou de forte fragilisation des papiers.

 

Il est important que des protocoles d’échantillonnage appropriés soient utilisés, ainsi que kits d’échantillonnage capables d’assurer la conservation de l’échantillon jusqu’à la phase de pré-analyse.De même, il est important que le kit fournisse des outils appropriés de collecte de données (données de la plaque signalétique du transformateur, numérotation progressive de chaque échantillon, indication du point de prélèvement avec un mappage tridimensionnel des conducteurs, etc.).

 

Pendant le cycle de vie normal de l’équipement, il est nécessaire de prélever des échantillons représentatifs de l’huile isolante, conformément à la norme de référence et aux instructions d’emploi fournies avec le kit de prélèvement (approfondissez).

 

Symptômes (analyse)

Le symptôme spécifique du problème de la dégradation des papiers isolants est lié à la présence de valeurs d’huile non conformes des indicateurs de diagnostic suivants :

 

Ouvrir

• Eau dans l’huile (CEI 60814)
• Oxygène
• CO2 - dioxyde de carbone
• CO - monoxyde de carbone
• 2FAL - 2fulfuraldéhyde et autres composés furaniques
• Méthanol
• Éthanol
• Particules (CEI 60970)
• Gaz symptomatiques des points chauds (méthane, éthane, éthylène)

À laquelle sont ajoutés les indicateurs de diagnostic résultant de l’analyse des papiers isolants (à la suite d’une inspection interne éventuelle et d’un échantillonnage) :

• DP
• Eau dans les papiers
• Métaux déposés (par ex. : cuivre)

d’autres cofacteurs (dérivant de l’analyse du pétrole) sont également utiles pour compléter le tableau de diagnostic :

• Acidité TAN (CEI 62021-1)
• Facteur de dissipation (CEI 60247)
• Tension interfaciale (ASTM D971, EN 14210)
• Additifs :Passivateurs (BTA, Irgamet 39, Irgament 30) ; inhibiteurs d’oxydation (DBPC, DBP)
• DBDS (CEI 62697-1)
• Métaux dissous (ASTM D 7151)
• Stabilité à l’oxydation (CEI 61125)
• Sédiments et boues (annexe C de la CEI 60422, éd.4, 2013)
• Empreinte de l’huile

 

Les rapports d’essai de Sea Marconi sont conformes à (EN ISO/CEI 17025) concernant l’indication de l’incertitude de mesure (sauf pour l’aspect qui n’est pas un test numérique, et pour le code ISO des particules).

 

L’analyse de l’huile
permet donc d’identifier les produits de dégradation des papiers afin d’évaluer leur durée de vie thermique consommée.

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Diagnostic

Pour le diagnostic du problème de la dégradation des papiers isolants, Sea Marconi emploie son propre indicateur diagnostique, dans le cas d’espèce :

• les signes visuels sur le transformateur sont interprétés (ainsi que les signes découverts par une inspection interne, le cas échéant)  ;
• les symptômes et leurs valeurs sont identifiés à travers l’analyse des papiers (s’ils sont disponibles à la suite d’une inspection interne) et de l’huile.En particulier, pour certains indicateurs tels que le 2FAL et le CO2, la norme (CEI 62874:2014) indique les valeurs typiques sur la base de l’âge de l’équipement, du type d’équipement électrique et du type d’huile.En ce qui concerne les autres indicateurs symptomatiques qui ne sont pas « couverts » par une norme, il est recommandé de calculer les valeurs typiques, d’avertissement et d’alarme au moyen d’une analyse statistique de son parc de machines ;
• grâce à la base de données, les antécédents « familiaux » ou individuels sont étudiés (à la recherche de pannes sur des machines jumelles) ;
• les facteurs d’incertitude, la vitesse et l’évolution au fil du temps (tendance) des indicateurs symptomatiques au cours des phases du cycle de vie sont examinés et surveillés ;
• sur la base de l’évaluation de ces facteurs clés, le problème spécifique est classifié en termes de type et de priorité, en définissant en même temps le type et la priorité des actions correctives.

 

Le changement du fluide induit le changement des évaluations de diagnostic sur les processus de dégradation.Par exemple, les fluides esters naturels ont une capacité de dissoudre l’eau beaucoup plus élevée par rapport à une huile minérale

 

Exemple réel

Transformateur de catégorie A (cf. tableau 2, CEI 60422), génération de type élévateur GSU (de respiration avec conservateur et gel de silice)
Tension :400 kV, puissance :250 MVA
50 000 kg d’huile minérale à base de paraffine non inhibée
acidité totale 0,25 mg KOH/golio (valeur faible par rapport au tab. 5, CEI 60422),
facteur de dissipation diélectrique = 0,27 (valeur faible par rapport au tab. 5, CEI 60422)
tension interfaciale = 20 mN/m (valeur faible par rapport au tab. 5 CEI 60422)
cuivre dissous = 0,97 mg/kg (valeur faible par rapport au tab. 5, CEI 60422)
couleur = 6 foncé (valeur faible par rapport au tab. 5 CEI 60422)

aux indicateurs de dégradation de l’huile énumérés ci-dessus viennent s’ajouter ceux qui identifient la dégradation des papiers

CO2 => 16 500 µl/l (supérieur à la valeur typique, indice « taux élevé de vieillissement » 98e percentile)
2FAL = > 6,5 mg/kg (supérieur à la valeur typique, indice « taux élevé de vieillissement » 98e percentile)
méthanol = 1 200 mg/kg (supérieur à la valeur typique de la famille de transformateurs)
éthanol = 300 µg/sg (supérieur à la valeur typique de la famille de transformateurs)

Le DP de ce transformateur a été réduit en 35 ans de 1 000 à 200, entendu comme une valeur moyenne, qui correspond normalement à la fin de la durée de vie thermique.En même temps, on estime qu’une perte de masse du papier de 25 % s’est produite, puisque son poids est passé de 2 500 kg à 1 875 kg.
Les papiers isolants sont imprégnés d’huile de paraffine non inhibée.À la fin du cycle d’imprégnation (typiquement sous vide, 60-80 °C, et au moins de 72 heures), le papier kraft est imprégné d’huile jusqu’à 150-180 % de sa masse initiale, avec une plage de poids comprise entre 2 812 kg et 3 375 kg (par rapport aux 1 875 kg à sec).
L’huile d’imprégnation ne peut pas être totalement vidangée ; généralement, 10 à 15 % d’huile restent à l’intérieur du transformateur absorbés par les papiers, dans les interstices et les points morts de la machine.Cela signifie que dans le cas d’un changement d’huile, l’huile neuve de remplissage serait contaminée par l’ancienne huile non drainée.

 

 

Prévention

La dégradation des papiers isolants est un processus irréversible qui peut cependant être évité ou atténué par des mesures spécifiques.
En mettant en œuvre des pratiques opérationnelles appropriées (par ex.: contrôle analytique de l’huile, traitement de l’huile et des papiers, gestion du profil de charge, refroidissement de la machine), il est possible de réduire la probabilité de panne et de prolonger la durée de vie du transformateur concerné.Dans le cas où le transformateur appartient à une famille de matériels affectés par une panne causée par le même problème, il est possible de définir des pratiques opérationnelles ad hoc en optimisant les différents facteurs critiques (à titre de métaphore, c’est comme proposer une alimentation personnalisée associée à une activité physique accrue à un diabétique).

 

Le coût de remplacement d’un transformateur élévateur (GSU) de 250 MVA, 400 kV, peut raisonnablement être de l’ordre de 2 000 000 €. Cette somme comprend la mise hors service, la vidange d’huile, la logistique de démantèlement et d’élimination des déchets, l’acquisition d’un transformateur neuf (et de l’huile neuve), le transport, l’installation et les essais.

 

Actions préventives au cours du cycle de vie du transformateur

• Surveiller les indicateurs symptomatiques (cf. la section Symptômes ci-dessus).Dans le cas où de premiers symptômes du problème se manifesteraient, tel un taux élevé de vieillissement des papiers sur un transformateur de moins de 10 ans de vie, il est possible de prédire scientifiquement que la machine, dans les mêmes conditions de fonctionnement, aura un cycle de vie nettement plus court que prévu, et que, par conséquent, il serait utile de planifier dans les 3 à 5 prochaines années une révision majeure du transformateur ou, plus probablement, son remplacement.Dans une telle situation, il est recommandé d’augmenter la fréquence des analyses des indicateurs symptomatiques afin d’en surveiller la tendance.
• Effectuer des traitements d’huile appropriés afin de réduire les facteurs critiques et, en particulier, dans le but de maintenir un faible niveau d’humidité dans les isolants solides ainsi que d’acidité, d’oxygène et de boue, et réduire les effets catalyseurs éventuels tels que les métaux dans l’huile.

 

Voici quelques-unes des actions proposées :

 

Traitement physique

C’est un processus exécuté sur place, tout en maintenant le transformateur en service (et sous charge) sans qu’il soit nécessaire de le vider.Cette intervention est effectuée avec des unités modulaires de décontamination (UMD) spécialement conçues par Sea Marconi.Le transformateur est connecté à l’UMD au moyen de tuyaux flexibles ; l’huile dégradée est aspirée depuis la partie basse du transformateur, arrive ensuite dans l’UMD qui la réchauffe, la filtre, la dégaze, la déshumidifie et la décontamine, puis la pompe vers la partie supérieure du transformateur.Ceci crée un circuit fermé qui est capable de restaurer, étape par étape, les valeurs des principaux paramètres physiques de l’huile (eau, gaz, particules).(approfondissement)

 

Dépolarisation

[ALT img :Dégradation des papiers isolants | UMD]

C’est un processus exécuté sur place, tout en maintenant le transformateur en service (et sous charge) sans qu’il soit nécessaire de le vider.Cette intervention est effectuée avec des unités modulaires de décontamination (UMD) spécialement conçues par Sea Marconi.Le transformateur est connecté à l’UMD au moyen de tuyaux flexibles ; l’huile dégradée est aspirée depuis la partie basse du transformateur, arrive ensuite dans l’UMD qui la réchauffe, la filtre, la dégaze, la déshumidifie et la décontamine, puis la pompe vers la partie supérieure du transformateur.Un circuit fermé est ainsi créé et, passage après passage, les composés soufrés corrosifs sont enlevés ; en même temps l’huile retourne à des conditions optimales.(approfondissement)

Par exemple, la CEI 60422 considère le paramètre d’acidité comme étant critique si > 0,15 > 0,20, > 0,30 mgKOH/goil selon les différentes catégories de transformateurs.Cependant, des phénomènes de corrosion causés par les métaux dissous (C4) et des formations dangereuses de boues ont été constatés déjà à des acidités comprises entre 0,07 et 0,10 mgKOH/goil.Il serait donc opportun d’intervenir au moyen d’un traitement de dépolarisation avant que l’huile atteigne les seuils d’acidité indiquées et avant qu’elle contribue réduire la durée de vie thermique des papiers isolants.

 

Application de cartouches pour la déshumidification du transformateur

Cette activité est réalisée au moyen d’un équipement qui est placé sur le transformateur et fonctionne de façon continue à circuit fermé sous charge ; l’équipement est doté de colonnes avec des tamis moléculaires pour l’adsorption sélective de l’humidité et d’autres composés polaires.(en savoir plus)

 

Changement d’huile

Malgré le changement de l’huile, 10 à 15 % de l’ancienne charge d’huile contaminée restent imprégnés, c.-à-d. absorbés, dans les papiers du transformateur qui relâchent cette huile avec le temps (la condition d’équilibre est atteinte après environ 90 jours).L’ancienne huile contamine donc l’huile neuve et, de ce fait, il est impossible d’enlever complètement le DSDB en un seul changement d’huile.(en savoir plus)

L’huile d’imprégnation ne peut pas être vidée complètement (généralement, 10 à 15 % d’huile restent à l’intérieur du transformateur absorbés par les papiers, et environ 6 à 7 % restent dans les interstices et les points morts de la machine) ; par conséquent, en cas de changement d’huile, l’huile neuve de remplissage est contaminée par l’ancienne huile non drainée.

Évaluer les problèmes liés à la compatibilité/miscibilité à la suite de l’utilisation de liquides autres que ceux de l’imprégnation d’origine

 

 

Il est également recommandé de modifier les pratiques de manutention en ce qui concerne :

- la rédaction des exigences d’achat des huiles et des d’équipements électriques pour des applications spécifiques en mettant l’accent sur les critères de conception/dimensionnement
- la réception des huiles et des équipements en appliquant les meilleures pratiques de supervision et de contrôle, conformément aux méthodes prescrites.Demander au fournisseur de fournir un certificat de conformité des propriétés de l’huile et des papiers isolants

 

Il est recommandé de mettre à jour les informations stratégiques à travers un « inventaire dynamique » des huiles et des transformateurs en indiquant les valeurs des indicateurs symptomatiques.

En cas de panne d’un transformateur jumeau, il est recommandé d’effectuer une inspection interne du transformateur en question.En effet, le prélèvement des échantillons de papier, l’analyse ultérieure en laboratoire et l’interprétation des résultats permettent d’identifier les causes de la panne et d’éviter que le même événement se reproduise sur les machines de la même famille.C’est précisément sur ces dernières qu’il est recommandé d’effectuer une étude approfondie incluant également un test de nature électrique et thermique, afin d’identifier les défauts de conception ou de fabrication du transformateur.

 

Quelles sont les mesures de prévention sur les équipements électriques avec des liquides isolants autres que minéraux ?
En ce qui concerne les huiles à base d’esters naturels et les huiles à base d’esters synthétiques, les actions préventives sont les mêmes, mais il est nécessaire de choisir les contre-mesures après avoir effectué un examen minutieux en termes de coûts-bénéfices, de coûts-efficacité et d’impact environnemental (biodégradabilité et sécurité incendie).Pour les huiles de silicone en service, les traitements recommandés par la norme (CEI 60944:1988) sont le « traitement sous vide et filtration » et « tamis moléculaires et filtration ».

 

 

Traitements

Il n’existe aucun traitement capable de « guérir » le problème de la dégradation des papiers isolants.La dégradation est un processus irréversible qui ne peut être géré qu’au moyen d’actions appropriées de prévention et/ou d’atténuation.
Le remplacement des papiers n’est pas une option viable, parce que le coût de l’activité serait proche du coût de remplacement complet du transformateur.
Lorsque le DP du papier atteint une valeur proche de 200, qui représente de façon classique la fin de la durée de vie thermique, il convient de prévoir le remplacement du transformateur et de modifier les méthodes d’entretien qui peuvent avoir contribué au vieillissement des papiers isolants.

 

La priorité est d’éviter la dégradation en intervenant de façon préventive sur les indicateurs symptomatiques.

 

 

Avertissements

• L’échantillonnage de l’huile, et encore plus celui des papiers, doit être effectué selon les protocoles et les procédures pertinents par des opérateurs qualifiés
• les analyses de laboratoire doivent être effectuées selon les méthodes indiquées par les normes de référence, dont le respect est garanti par les laboratoires accrédités
• les mesures préventives contre le problème de la dégradation des papiers isolants, dans ce cas d’espèce, les traitements de dépolarisation de l’huile et les inspections internes du transformateur doivent être effectués
  - avec des technologies sûres et adaptées à l’objectif, qui répondent aux exigences des MTD et des MPE
  - par un personnel possédant les compétences et la formation spécifiques en la matière
  - en confiant la tâche à des opérateurs capables de démontrer un large éventail d’applications et de certifier les opérations effectuées pour garantir leur qualité (ISO 9001)