Mesure de la résistance d'enroulement des transformateurs

Résumé :

1. Mesures de la résistance du bobinage du transformateur
2. Mesure de la résistance d'enroulement
3. Histoire de la mesure de la résistance de bobinage

Mesures de la résistance d'enroulement des transformateurs

Finalité des mesures

La mesure de la résistance des enroulements de transformateurs est d’une importance fondamentale pour les raisons suivantes :

• Calculs de la composante I²R dans les pertes des conducteurs.
• Calcul de la température du bobinage à la fin d’un cycle d’essai de température.
• Comme base pour évaluer les éventuels dommages au sol.

Les transformateurs sont soumis à des vibrations. Les problèmes ou les défaillances sont dus à une mauvaise conception, un mauvais assemblage, un mauvais traitement, un environnement dangereux, une surcharge ou un mauvais entretien. La mesure de la résistance d’enroulement permet de s’assurer que les connexions sont correctes et la mesure de la résistance indique qu’il n’y a pas de décalage important. De nombreux transformateurs ont des prises de régulation intégrées. Ces prises permettent d’augmenter ou de diminuer facilement le rapport en fractions de pour cent. Tous les changements de rapport impliquent le déplacement mécanique d’un contact d’une position à une autre. Ces changements de prises seront également vérifiés lors des mesures de résistance d’enroulement.

Malgré la configuration en étoile ou en triangle, des mesures phase à phase sont effectuées et des comparaisons sont faites pour déterminer si les relevés sont comparables. Notez que le but de ce test est d’évaluer les différences brutes entre les ouvertures d’enroulement et de connexion. Les tests ne sont pas effectués pour reproduire la lecture de l’appareil fabriqué, qui a été testé en usine dans des conditions contrôlées et éventuellement à d’autres températures.

Caractéristiques d'un transformateur

Un transformateur est considéré comme un dispositif passif capable de stocker et de délivrer des quantités finies d’énergie. Presque tous les transformateurs utilisent un matériau magnétique pour former les champs magnétiques qui servent de moyen de transfert d’énergie. La relation entre la quantité de champs magnétiques et les circuits électriques avec lesquels ils interagissent joue un rôle important dans la description du fonctionnement de l’appareil. Le matériau magnétique détermine la taille du dispositif, sa capacité, et introduit des limites dues à la saturation et à la perte de performance.

Fondamentalement, un transformateur est constitué d’un ou plusieurs enroulements reliés par un champ magnétique mutuel. Ces enroulements sont simplement des bobines de fil, des inducteurs. Les caractéristiques des transformateurs peuvent maintenant être analysées à l’aide de quelques formules simples.

La tension aux bornes d’une inductance est proportionnelle à la vitesse de variation dans le temps du courant qui la traverse.

v= L di/dt

Il convient également de noter qu’un changement soudain du courant de l’inducteur nécessite un changement soudain de l’énergie stockée dans l’inducteur, et ce changement soudain d’énergie nécessite une puissance infinie à cet instant ; la puissance infinie ne fait pas partie du monde réel. Il faut éviter que le courant de l’inducteur ne passe instantanément d’une valeur à une autre. Si l’on tente d’ouvrir le circuit d’une inductance physique traversée par un courant fini, un arc apparaît au niveau de l’interrupteur. C’est utile dans un système d’allumage automobile, mais ce n’est guère un événement à observer lors des tests de bobinage de transformateur.

L’énergie stockée dans une inductance avec un courant circulant peut être représentée par la formule :

w(t) = ½ I²L

Où, w(t) = Énergie en fonction du temps

I = courant en ampères

L = Inductance en henries

Avant le passage du courant souhaité (à des fins d’essai), cette exigence énergétique doit être satisfaite et implique qu’un certain temps sera également nécessaire avant que la mesure puisse être effectuée. Cette exigence de temps s’applique uniquement au temps de charge. Un temps supplémentaire doit être accordé pour stabiliser le courant avant de procéder à la mesure.

Le temps final nécessaire pour effectuer une lecture est limité par un intervalle de temps inhérent entre l’application d’un courant continu et le temps nécessaire à la stabilisation de la magnétisation du noyau. En fonction de la taille et de la construction du transformateur, la durée du test peut être très courte pour les petits transformateurs ou très longue pour les transformateurs plus grands et très inductifs.

Équipement d'essai

Avant les équipements numériques et électroniques modernes, on utilisait le double pont de Kelvin. Des piles, des interrupteurs, des galvanomètres, des ampèremètres et des ajustements de fils ont été utilisés pour obtenir des mesures de résistance. Les régulateurs d'aujourd'hui étaient construits et insérés entre la batterie et le pont. La tension d'entrée du régulateur de 12 volts c.c. provenant d'une batterie d'accumulateurs d'automobile fournissait un courant de sortie variable par paliers qui correspondait au courant nominal maximal du pont dans les plages les plus couramment utilisées dans les transformateurs.

Le régulateur de courant a augmenté la vitesse et la précision des lectures du pont. La disponibilité d’environ 11 volts a été utilisée pour accélérer l’accumulation initiale de courant et a diminué à environ 5 volts juste avant que le courant sélectionné soit atteint et que la régulation commence. Au début de la régulation, le courant était fondamentalement constant malgré l’induction des enroulements et la fluctuation de la tension de la batterie ou de la résistance du câble.

La durée du test a été considérablement réduite grâce à l’utilisation d’équipements de test modernes basés sur des microprocesseurs. Des relevés directs peuvent être obtenus à partir de compteurs numériques avec des indications automatiques qui alertent lorsqu’une mesure effective est disponible. Sur certains testeurs, il y a deux compteurs qui permettent deux mesures de résistance simultanées.

CAUTION

En raison de l’énorme quantité d’énergie qui peut être stockée dans un champ magnétique, des précautions doivent être prises avant de déconnecter les fils de test du transformateur testé. Ne débranchez jamais les câbles pendant le processus de test et laissez toujours suffisamment de temps pour décharger complètement le transformateur avant de commencer le test. Les gros transformateurs peuvent avoir besoin de plusieurs minutes pour se décharger.

La plupart des nouveaux tests de résistance au vent d'aujourd'hui ont des indicateurs qui vous disent quand les fils peuvent être retirés en toute sécurité.

Principes d'exploitation

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L’idée de base est d’injecter un courant continu dans l’enroulement à mesurer, puis de lire la chute de tension à travers cet enroulement.

Les instruments de vérification électrique sont appliqués au courant continu traversant le bobinage et à un shunt de courant standard interne. Après la mesure, les chutes de tension en courant continu sont évaluées et l’affichage est lu comme une résistance sur le compteur du panneau avant. Cette méthode permet d’omettre la résistance du fil puisque la lecture est indépendante du courant. De plus, aucun facteur de multiplication n’est nécessaire lors du changement de gamme de courant.

La source de courant continu doit être extrêmement stable. En se référant à la formule de la tension continue d’un transformateur ci-dessous :

v = I * R + (L di/dt)

Où, vdc = Tension de l'enroulement d'un transformateur. I = courant continu par transformateur Enroulement

R = résistance de l’enroulement du transformateur L = inductance de l’enroulement du transformateur L = inductance de l’enroulement du transformateur di/dt = valeur variable du courant (courant d’ondulation)

Nous supposons que le testeur a une source très stable (c’est-à-dire sans ondulation), donc di/dt est nul et le terme L di/dt devient nul.

Commutateurs à effleurement

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Les commutateurs de prise sont divisés en deux types : en charge et hors charge. Le commutateur de prise en charge permet la section de changement de rapport pendant que le transformateur est en fonctionnement. Cela signifie que le rapport d’un transformateur peut être modifié alors qu’il est traversé par un courant. L’exemple le plus courant de ce type de commutateur de prise sur la charge est le régulateur de tension.

Commutateur de robinetterie en charge

Le résistivimètre modèle QRM-10P est idéal pour tester les commutateurs de prises en charge, car l’instrument peut rester allumé pendant le passage d’une prise à l’autre. Cela permet à l’opérateur de prendre des mesures très rapidement sans avoir à rincer, puis à recharger le transformateur pour chaque prise. Le testeur de résistance d’enroulement se rééquilibre après chaque changement de prise. Si la prise est défectueuse (ouverte) ou s’il y a ne serait-ce qu’une fraction de temps avec le circuit ouvert, le testeur de résistance d’enroulement commencera automatiquement son cycle de décharge. Cela donne à l’opérateur une indication évidente, par le biais d’un voyant lumineux, d’un éventuel défaut dans le changeur de prises. Avec cette condition ouverte, l’équipement de test ne causera aucun dommage au transformateur.

Commutateur de robinet de décharge

Ce style d’interrupteur à robinet nécessite que l’interrupteur soit déchargé entre les changements de robinet. Pour changer de prise, le transformateur doit être mis hors service ou au moins déconnecté de la charge. Ce type de changeur de prises peut généralement aller moins vite que le type précédent en raison des changements de prises involontaires en cours de service. Le testeur de résistance fonctionnera toujours sur cet interrupteur, mais il doit être déchargé entre les changements de prises.

Sécurité

Bien que certains aspects de l'inspection puissent être réalisés sans mettre le transformateur hors tension, la mesure de la résistance des enroulements n'en fait pas partie. Pour assurer la sécurité maximale des travailleurs, les câbles haute et basse tension doivent être déconnectés du transformateur. De préférence, il doit y avoir une coupure visible entre les bornes du transformateur et les lignes haute et basse tension.

Conclusion

Les transformateurs sont des appareils très fiables et dureront de nombreuses années s’ils sont entretenus régulièrement. Les défaillances de transformateurs, lorsqu’elles se produisent, sont généralement de nature grave et peuvent nécessiter des réparations coûteuses et une longue période d’inactivité. La meilleure assurance contre les pannes de transformateur est de s’assurer que le transformateur est correctement installé et bien entretenu. Assurez-vous que la mesure de la résistance d’enroulement est incluse lorsque vous testez un transformateur. Les instruments autonomes modernes rendent les tests faciles et précis. Conservez un bon registre des valeurs de résistance trouvées et comparez-les aux relevés précédents pour voir s’il y a des déviations.

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Mesure de la résistance du bobinage

ANSI/IEEE - C57.12.90 - 1987

Les mesures de résistance sont essentielles pour les objectifs suivants :

• CALCULS DE LA COMPOSANTE I²R DES PERTES DANS LES CONDUCTEURS.
• CALCUL DE LA TEMPÉRATURE DU BOBINAGE À LA FIN D’UN ESSAI DE TEMPÉRATURE.
• COMME BASE POUR ÉVALUER LES ÉVENTUELS DOMMAGES AU SOL.
• 4.1 Détermination de la température froide La température froide du bobinage doit être déterminée aussi précisément que possible en mesurant la résistance à froid. Les précautions suivantes doivent être observées :
• 4.1.1 En général, les mesures de résistance à froid ne doivent pas être effectuées sur un transformateur lorsqu’il se trouve dans des courants d’air ou dans une pièce où la température fluctue rapidement.
• 4.1.2 Enroulements de transformateur immergés dans un liquide isolant La température des enroulements est considérée comme égale à la température du liquide isolant, à condition que
• (1) Les enroulements ont été immergés dans le liquide isolant sans aucune excitation et sans aucun courant dans les enroulements pendant 3h à 8h (selon la taille du transformateur) avant la mesure de la résistance à froid.
• (2) La température du liquide isolant s’est stabilisée, et la différence entre la température supérieure et inférieure ne dépasse pas 5°C.
• 4.1.3 Enroulements de transformateurs sans liquide isolant La température des enroulements doit être enregistrée comme la moyenne de plusieurs thermomètres ou thermocouples insérés entre les coudes, en veillant à ce que leurs points de mesure soient aussi proches que possible du contact avec les conducteurs des enroulements. Il ne faut pas supposer que les enroulements sont à la même température que l’air ambiant.
• 4.2 Conversion des mesures de résistance Les mesures de résistance à froid des bobines sont normalement converties à la température de référence standard égale à l’élévation moyenne de la température nominale des bobines plus 20°C. En outre, il peut être nécessaire de convertir les mesures de résistance à la température à laquelle les mesures de perte d’impédance ont été effectuées. Les conversions sont effectuées à l’aide de la formule suivante :

###Conversion des mesures de résistance.

Où, Rs = Résistance au moment souhaité Ts

Rm = Résistance mesurée

Ts = Température de référence cible

Tm = Température à laquelle la résistance a été mesurée

Tk = 234,5 (cuivre)

= 225 (aluminium)

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Mesure de la résistance des bobinages - Histoire

Historique - Fuente - IEEE - C57.125 - 1991

C7 JOINTS SURCHAUFFÉS

Cette histoire suppose un AUTO-TRANSFORMATEUR 17,9/22,4 MVA - 34,5 - 13,8 kV avec des enroulements entièrement en aluminium.

C7.1 INSAFTABLE POUR LE SERVICE - Des mesures anormales de résistance en courant continu ont été obtenues entre les bornes haute tension lors de tests de maintenance de routine. Tous les autres résultats des tests étaient normaux.

Ce service public vérifie la résistance en courant continu de tous les transformateurs avec commutateur de prise comme un test d’entretien de routine pour déterminer si des tests de contact sont présents.

C7.2 COLLECTE DES DONNÉES Les mesures suivantes ont été enregistrées :

	Terminaux	Resistencia C.C.
	H1 H2	0.142
	H2 H3	0,153
	H3 H1	0,153
	H1 - H0X0	0,072
	H2 - H0X0	0,072
	H3 - H0X0	0.084