Qu'est-ce que les essais à vide et en charge du transformateur et comment les réaliser ?
Pourquoi est-il nécessaire d'effectuer des essais à vide et en charge sur un transformateur ?
Les essais à vide et en charge d'un transformateur sont réalisés pour évaluer ses performances et son état opérationnel, garantissant que le transformateur peut fonctionner de manière sûre, stable et efficace dans des conditions de travail réelles. Ces deux essais se concentrent sur différents états de fonctionnement du transformateur, visant à comprendre ses paramètres principaux et ses performances sous diverses conditions de charge.
1. Essai à vide
L'essai à vide, également appelé « perte à vide » ou « essai de courant d'excitation », est réalisé en appliquant la tension nominale au primaire tandis que le secondaire est en circuit ouvert. L'objectif principal est d'évaluer les performances du noyau, les pertes à vide et le courant d'excitation du transformateur. Les raisons spécifiques incluent :
Mesure des pertes fer (pertes à vide) : En conditions de vide, les pertes d'un transformateur sont principalement causées par l'hystérésis et les courants de Foucault dans le noyau. Mesurer ces pertes aide à évaluer la qualité du matériau du noyau et le processus de fabrication.
Mesure du courant d'excitation : En mesurant le courant d'excitation entrant au primaire lors du fonctionnement à vide, on peut comprendre le courant nécessaire pour maintenir le flux magnétique dans le transformateur. Cela aide à analyser les propriétés magnétiques du noyau.
Évaluation des performances du noyau : L'essai à vide aide également à détecter l'état de saturation du noyau et ses caractéristiques de magnétisation sous différents niveaux de tension, garantissant que le noyau fonctionne dans la plage conçue.
2. Essai en charge
L'essai en charge est réalisé en connectant une charge au secondaire du transformateur pour évaluer ses performances dans des conditions de travail réelles. L'essai en charge peut être divisé en essai de court-circuit et essai de pertes en charge. Les raisons principales incluent :
Mesure des pertes cuivre (pertes en charge) : Les pertes d'un transformateur en conditions de charge sont principalement causées par le courant dans les enroulements, ce qui entraîne des pertes cuivre. L'essai en charge permet de mesurer précisément les pertes en charge du transformateur, permettant d'évaluer son efficacité énergétique.
Évaluation du rendement du transformateur : L'essai en charge permet de calculer le rendement du transformateur sous différentes conditions de charge, aidant à comprendre les pertes d'énergie et les performances sous diverses charges.
Analyse des caractéristiques de régulation de tension : L'essai en charge évalue également les caractéristiques de régulation de tension du transformateur, c'est-à-dire la variation de tension secondaire lors du passage du vide à la pleine charge. Ceci est crucial pour maintenir la stabilité de tension dans le réseau électrique.
Impédance de court-circuit et chute de tension : L'essai en charge mesure l'impédance de court-circuit et la chute de tension du transformateur, ce qui aide à évaluer sa réponse en conditions de défaut.
L'essai à vide du transformateur consiste à appliquer la tension nominale à l'enroulement d'un côté du transformateur, les autres enroulements étant ouverts. On mesure la perte à vide et le courant à vide du transformateur. Le courant à vide est exprimé en pourcentage du courant nominal.
1. L'essai à vide consiste à mesurer la perte à vide et le courant à vide sous la tension nominale. Pendant l'essai, le côté haute tension est en circuit ouvert, le côté basse tension est mis sous tension, la tension d'essai est la tension nominale du côté basse tension, la tension d'essai est faible, et le courant d'essai représente un pourcentage du courant nominal, de l'ordre de quelques millièmes.
2. Sélection de la capacité d'alimentation pour l'essai à vide du transformateur : garantir que la distorsion de la forme d'onde de l'alimentation ne dépasse pas 5 %, et la capacité à vide du transformateur doit être inférieure à 50 % de la capacité de l'alimentation ; la capacité à vide doit être inférieure à la capacité du régulateur de tension si un régulateur est utilisé pour la mise sous tension. Lors de l'utilisation d'un groupe électrogène, la capacité à vide doit être inférieure à 25 % de la capacité du générateur.
La tension d'essai de l'essai à vide est la tension nominale du côté basse tension, et l'essai à vide du transformateur mesure principalement la perte à vide. Les pertes à vide sont principalement des pertes fer. L'ampleur de la perte fer peut être considérée comme indépendante de la charge, c'est-à-dire que la perte fer sous une charge sèche est similaire à celle à vide, mais cela est valable à la tension nominale. Si la tension s'écarte de la valeur nominale, étant donné que l'induction magnétique dans le noyau du transformateur se situe dans la section de saturation de la courbe d'aimantation, la perte à vide et le courant à vide varieront fortement. Par conséquent, l'essai à vide doit être réalisé à la tension nominale.
Remarque : Lors de la mesure de la perte à vide ou en charge d'un grand transformateur, comme le facteur de puissance est très faible (cosφ peut être inférieur ou égal à 0,1), il est nécessaire d'utiliser un wattmètre à faible facteur de puissance.
3. Grâce à l'essai à vide, les défauts suivants du transformateur peuvent être détectés :
a. Mauvaise isolation entre les tôles de silicium.
b. Court-circuit partiel ou brûlure entre les pôles du noyau et entre les tôles.
c. Isolation endommagée et court-circuitée sur des pièces telles que les boulons du noyau, les sangles d'acier de fixation, les plaques de pression ou les jougs supérieurs.
d. Tôles de silicium desserrées, décalées ou avec un espace trop important dans le circuit magnétique.
e. Mise à la terre multiple du noyau, court-circuit entre spires ou entre couches de la bobine, ou déséquilibre du potentiel magnétique dû à un nombre de tours inégal dans les branches parallèles, etc.
f. Utilisation inappropriée de tôles de silicium de qualité inférieure à haute consommation ou erreur de conception/calcul.
Les résultats de la mesure par phase sont jugés selon les principes suivants :
1) Étant donné que les circuits magnétiques des phases ab et bc sont complètement symétriques, les pertes mesurées P0ab et P0bc des phases ab et bc doivent être égales, et l'écart ne doit généralement pas dépasser 3 %.
2) Étant donné que le circuit magnétique de la phase ac est plus long que celui des phases ab ou bc, la perte mesurée pour la phase ac doit être supérieure à celle des phases ab ou bc (généralement de 30 % à 40 % pour les transformateurs de 35 kV et moins, et de 40 % à 50 % pour les transformateurs de 110 kV et plus).
Exemple 1 : Un transformateur de 90 MVA, 220/121/38,5 kV, I0 = 0,23 %.
Monophasé : pab = 41,3 kW = pa + pb ; pa = 28 kW ; pc = 2,35 ; pa = 4,95 ; pb
pac = 93,8 kW = pa + pc ; pb = 13 kW
pbc = 79,1 kW = pb + pa ; pc = 65 kW
L'analyse a révélé que la première spire (côté sortie) de l'enroulement basse tension de la phase C présentait un court-circuit entre brins. L'enroulement basse tension était composé de 10 fils de cuivre plats de 2,3 × 10,5 mm en parallèle, avec deux fils de la couche externe en court-circuit et partiellement fondus, causant un incident majeur.
Illustration :
1) Bien que le court-circuit inter-spires ait évolué au point où le fil de cuivre a fondu, I0 est bien inférieur à la valeur de conception, et le déséquilibre triphasé n'est pas marqué. 2) Le court-circuit inter-spires comprend les courts-circuits entre conducteurs, entre spires et entre couches. Parmi ces trois, le courant de circulation initial entre les fils est le plus faible (en supposant une même résistance de contact au niveau du court-circuit). Cela montre que le test de pertes à vide est réalisable pour localiser le point de court-circuit.
Exemple 2 : Les données à vide d'un transformateur sont les suivantes :
Excitation ab, court-circuit bc, p0ab=44,6 kW
Excitation bc, court-circuit ac, p0bc=44,6 kW
Excitation ac, court-circuit ab, p0ac=55,2 kW
À l'époque, la perte à vide monophasée a été convertie en perte à vide triphasée, ce qui correspondait aux données d'usine, et les données ont été considérées comme normales. Une action du relais gaz léger se produit après la mise en service.
Analyse de la relation des pertes à vide par phase : p0ac/p0ab=p0ac/p0bc=1,26, cette donnée est anormale. L'expérience prouve que pour un transformateur de cette taille, cela devrait être normal si elle est supérieure à 1,4. Après avoir éliminé les problèmes d'enroulement et de commutateur de prise, on estime que la panne pourrait se situer dans le noyau de fer de la phase B, et la possibilité d'une décharge partielle ne peut être exclue.
Les résultats de l'essai à vide sous tension nominale sont les suivants :
Excitation bc, court-circuit ac p0bc=37,6 kW, alimentation pendant 20 minutes sans gaz, données de pertes inchangées ;
Excitation ac, court-circuit ab p0ac=52,6 kW, perte stable, pas de gaz, après 14 minutes, p0ac augmente soudainement à 58,8 kW, en même temps, du gaz est généré, atteignant 600 ml en 50 secondes ;
Excitation ab, court-circuit bc p0ab=37,2 kW, après 2 minutes, p0ab augmente soudainement à 42,6 kW, et du gaz est généré simultanément. On peut voir d'après le test ci-dessus que lorsque le flux magnétique traverse la phase A, la perte augmente et du gaz est généré. Pour déterminer si la panne est dans la phase A, répéter l'essai à vide avec excitation bc et court-circuit ac. Lorsque la tension nominale est atteinte, après 30 minutes continues, la perte p0ab reste inchangée et aucun gaz n'est produit.
Analyse :
1) La panne se situe dans le circuit magnétique de la phase A (incluant les jougs fer supérieur et inférieur entre AB) ;
2) La panne initiale était en phase B, et maintenant en phase A, apparaissant et disparaissant par intermittence, ce qui prouve que le point de panne est mobile, et on estime qu'il s'agit d'un conducteur métallique.
Après inspection, la cale du joug inférieur a été découverte délogée, et finalement le point de panne a été trouvé : un morceau d'acier au silicium se trouvait sous la colonne d'enroulement inférieure de la pince AB, court-circuitant le joug de fer sur un tiers.
JYW6100 Testeur de Facteur de Puissance à Vide et en Charge pour Transformateurs
Kingrun Transformer Instrument Co.,Ltd.
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