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1-Les transformateurs Définition selon la Norme (IEC 60076-1, 2000) «Appareil s

1-Les transformateurs Définition selon la Norme (IEC 60076-1, 2000) «Appareil statique à deux enroulements ou plus qui, par induction électromagnétique, transforme un système de tension et courant alternatif en un autre système de tension et de courant de valeurs généralement différentes à la même fréquence dans le but de transmettre de la puissance électrique» Les transformateurs sont des éléments cruciaux dans la chaîne de transmission de l’énergie électrique. Ce sont les maillons critiques d’adaptation entre deux réseaux de tensions différentes.Les pannes sur les transformateurs, bien que peu fréquentes au vu du nombre d’appareils en service,sont généralement problématiques vis-à-vis du coût de réparation, mais souvent encore plus critiques au niveau de l’indisponibilité du réseau électrique concerné. Par exemple, l’ordre de grandeur de la perte d’exploitation d’une centrale thermique par exemple au Maroc est de l’ordre des millions de dirhams par jour . Ce qui nous oblige à améliorer notre comportement vis à vis l’exploitation des transformateurs et de pousser loin notre vision concernant la prévention des risques d’incendie et explosion des transformateurs qui sont les plus désastreux pour la continuité du transport de l’énergie électrique.Dans les réseaux industriels l’énergie électrique est principalement transportée en triphasé, où sont par suite utilisés les transformateurs triphasés. Un des principaux objectifs actuels des exploitants de transformateurs est de les maintenir en fonctionnement le plus longtemps possible et ce avec des contraintes toujours plus fortes, avec entre autres la part croissante de l’électricité dans le mix énergétique. Enfin certain réseaux privés ou nationaux étant dimensionnés au plus juste, il arrive de plus que certains de ces appareils soient particulièrement surchargés et/ou peu entretenus. Dans cette fiche on va se contenter des risques d’incendie et d’explosion des transformateurs industriels triphasés de puissance, La cause directe de l’événement d’incendie dans les transformateurs est de nature technique, à savoir un court-circuit dû à un défaut de terre dans l’enroulement du transformateur. Dans le cas d’un court- circuit interne, l’arc électrique entraîne une évaporation quasi instantanée de l’huile dans le transformateur. Il en résulte une onde de pression très rapide dans la cuve du transformateur, qui est perçue comme une explosion. Il s’agit d’un phénomène très rapide, lors duquel l’ explosion du transformateur se produit déjà 50 à 100 millisecondes après le court-circuit. Po u r q u e c e t t e i m a g e n e s o i t p a s l a d e r n i è r e d e v o t r e t r a n s f o r m a t e u r LES INCENDIES AUX TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE Pour assurer sa fonction, un transformateur est constitué d’enroulements primaire et secondaire couplés par un circuit magnétique qui canalise le flux créé par les enroulements.Ces parties ac tives sont placées dans une cuve qui en assure le support mécanique et la protection. La cuve est un assemblage mécano-soudé en acier qui protège l’ensemble de la partie active et permet son immersion dans l’huile diélectrique. Les tubes de refroidissement sont généralement remplacés par des radiateurs ou des aéroréfri gérants de nos jours. Les enroulements sont généralement en cuivre isolés papier (en plus de l’huile isolante en fonc tionnement). Les sections et les technologies de bobinages ne sont pas identiques pour tous les transformateurs et relèvent des caractéristiques techniques d’un appareil donné, Les contraintes que doivent supporter le transformateur (exem ples d’ordres de grandeurs d’un transformateur 500 MVA, 400 kV) sont principalement liées aux enroulements et sont d’ordre : 1. Diélectrique : tenir la tension en basse fréquence (nominale, industrielle) et en haute fréquence (chocs de foudre, de manœuvre, nor malisés jusqu’à 1425 kV) (IEC 60076-3, 2000) 2. Mécanique : tenir mécaniquement les efforts développés pendant les courts-circuits (plus ieurs centaines de tonnes) (IEC 60076-2006) 3. Thermique : le cuivre ne doit pas dépasser une température absolue de point chaud de 98°C qui dégraderait exagérément le papier isolant (IEC 60076-7, 2005). De plus les enroulements sont le siège des pertes en charge (≈ 1,5 MW) qu’il faut évacuer continuellement. 2- Les diélectriques aux transformateurs Les diélectriques sont des matériaux ayant une résistivité très élevée car ils contiennent très peu d’électrons libres. Un isolant est caractérisé par ses propriétés électriques, mécaniques, chimiques et thermiques. Les diélectriques sont utilisés pour : - Assurer une séparation électrique entre des conducteurs portés à des potentiels différents afin de diriger l’écoulement du courant dans les conducteurs désirés; - Protection des personnes et des équipements ; - Supporter les éléments d’un réseau électrique et les isoler les uns par rapport aux autres et par rapport à la terre ; Dans les transformateurs les diélectriques sont des huiles minéraux ou végétales assurant l’isolation électrique entre les différentes parties conductrices à haute tension afin d’éviter les amorcages entre enroulements ou bobines et les courts circuits entre enroulements,les diélec triques liquides sont parmis les élements les plus critiques des transformateurs qu’une défail lance peut provoquer un incendies ou explosion d’un transformateur dans des cas avancés. Enfin, compte tenu de la longue durée de vie des équipements utilisés dans les réseaux d’énergie électrique, on attend de ces huiles qu’elles conservent des spécifications électriques acceptables durant plusieurs décennies. Ainsi, les principaux paramètres servant à caractériser les performances d’une huile utilisée comme isolant sont : -sa rigidité diélectrique (de 20 à 30 kV/mm) ; -sa viscosité cinématique (de 3 à 16 mm2/s à 40 °C ; jusqu’à 1800 mm2/s à – 30°C) ; -son point d’écoulement (de – 30 à – 60°C) ; -son point d’éclair ou : point d’inflammabilité (de 95 à 300°C) ; -sa stabilité physico-chimique. Il est donc indispensable de veiller à ce que le diélectriques garde les memes caractéristiques d’isolation dans le temps afin d’éviter des catastrophes qui peuvent endommager le transfor mateur et donc interrompre la continuité de la production de l’énergie électrique. -Le vieillissement d’un transformateur peut intervenir principalement à deux niveaux : 1. L’ensemble des équipements extérieurs à la cuve, qui peuvent être soumis en particulier à diverses intempéries, de la rouille, le vieillissement de joints, etc. 2. La dégradation des isolants internes, solides (papiers) et liquides (huile). Ceux-ci pouvant perdre leurs qualités initiales, ce qui peut être un facteur favorisant des défauts de types diélec triques. Les principaux facteurs accélérant leur dégradation sont : la température, l’oxygène et l’humidité. Les opérations de maintenance sur les équipements extérieurs ne doivent pas modifier les car actéristiques électriques ou chimiques d’un transformateur. La dégradation des isolants solides ne peut être que constatée, et il est très difficile d’agir sur ce paramètre en dehors d’opérations conséquentes de rebobinage en usine. La dégradation de l’isolant liquide peut être suivie par différentes mesures, qui auront ten dance à se dégrader dans le temps, comme : - Des analyses sur l’huile, détaillées plus loin dans cette annexe, telles : sa teneur en eau, son indice d’acidité, sa tension disruptive, ou son facteur de dissipation (tangente δ) ; - Des mesures électriques : d’isolement ou de facteur de dissipation sur les enroulements, dans une certaine mesure. A la différence de l’isolant solide, il est possible d’agir sur l’isolant liquide pour en améliorer ses caractéristiques à un instant donné, soit en changeant la charge d’huile (rare), ou en effectuant un traitement de l’huile. Il existe ainsi plusieurs traitements de l’huile, réalisables la plupart du temps en usine ou sur site par des équipes spécialisées, suivant les moyens disponibles : - Retrait de l’humidité de l’huile (1% de l’eau totale du transformateur), et des papiers (99% de l’eau totale du transformateur) si le traitement en température est assez long (jusqu’à plusieurs semaines). Il est typiquement réalisé par des machines spécifiques qui extraient l’eau de l’huile à des conditions de pression et température précises. - Retrait de l’acidité de l’huile. Ce traitement particulier évite que l’acidité de l’huile, due à sa dégradation dans le temps, ne dégrade exagérément les isolants solides, sans nécessiter de changer la charge d’huile. Amorcage entre deux spires Court circuit entre deux spires Pourquoi les transformateurs explose t-ils ? Pendant un court-circuit dans un transformateur, l’arc électrique d’une température de 3300 °C vapo rise l’huile et crée une pointe de pression dynamique qui se déplace à une vitesse de 1 200 mètres par sec onde. Ce phénomène se produit en quelques milli secondes. En raison des réflexions dans le réservoir, le pic de pression générera des ondes de pression. L’intégration de tous les pics de pression des ondes crée une pression statique de l’ordre de 30 bars. En suite, la pression devient égale dans tout le réservoir du transformateur dans les 50 à 100 millisecondes après l’arc électrique et provoque la rupture du réservoir du transformateur.la vapeur d’huile se trouve alors à l’air libre sous forme d’explosion. les explosions de transformateurs et les incendies sont des événements courants.Il existe de nombreux facteurs et conséquences négatifs liés aux explosions de transformateurs. L’un des principaux risques est la panne de courant, la destruction complète des plantes, les blessures humaines et les conséquences mortelles,c’était le cas en Arabie Saoudite ou dix uploads/Industriel/ transformer.pdf