Calculatrice d'humidité dans l'huile : ppm, saturation relative et température de saturation

Ce que fait cette calculatrice

Elle convertit la teneur en eau d’une huile minérale entre milligrammes par kilogramme (ce que donne un Karl Fischer) et saturation relative en pourcentage (ce que donne une sonde capacitive en ligne), à la température indiquée. Et elle calcule deux valeurs qui ne figurent presque jamais dans le rapport : la solubilité de l’huile à cette température et la température de saturation, en dessous de laquelle cette même eau commence à apparaître sous forme d’eau libre.

Pourquoi les ppm trompent

L’eau dissoute dans l’huile compte non pour sa quantité absolue mais pour la proximité de la saturation qu’elle entraîne. Et la solubilité dépend très fortement de la température :

log₁₀(Ws) = 7,42 − 1670 / T

avec T en kelvin et Ws en mg/kg. Soit environ 53 mg/kg à 20 °C, 255 à 60 °C et 490 à 80 °C.

Conséquence pratique : une analyse de 25 mg/kg prélevée transformateur chaud paraît rassurante — moins de 10 % de saturation —, mais cette même eau, une fois l’appareil refroidi à 20 °C, atteint presque 50 % de saturation. C’est pour cela qu’un échantillon sans température d’huile notée ne sert à rien, et que les sondes en ligne donnent une saturation relative et non des ppm.

La formule vaut pour une huile minérale neuve. Une huile vieillie ou oxydée dissout davantage d’eau : la saturation réelle serait donc un peu plus faible que celle affichée ici, et le résultat reste du côté prudent.

La température de saturation

C’est le nombre le plus utile de cette calculatrice, et celui qu’on ne calcule presque jamais. À partir de la teneur en eau mesurée, il indique à quelle température l’huile atteindrait 100 % de saturation. En dessous, de l’eau libre peut apparaître — et c’est elle qui effondre la rigidité diélectrique et provoque les défaillances au démarrage à froid ou après un arrêt prolongé en hiver.

Un transformateur à 40 mg/kg sature autour de 14 °C. S’il se trouve dans un local qui descend plus bas, le risque n’est pas théorique.

Exemple résolu

Échantillon de 20 mg/kg prélevé avec l’huile à 60 °C, sur un appareil qui redescend à 20 °C à l’arrêt.

• Solubilité à 60 °C : 255 mg/kg → saturation 7,8 % : huile sèche.
• Solubilité à 20 °C : 53 mg/kg → saturation 37,9 % : huile très humide.
• Température de saturation : 8,6 °C.

La même huile, la même eau, deux lectures opposées. Si l’appareil est arrêté en hiver et que le local descend sous 9 °C, de l’eau libre apparaîtra.

Ce que cette calculatrice ne fait pas

Elle ne dit pas combien d’eau se trouve dans le papier, où se concentre l’essentiel et ce qu’il faut réellement sécher. L’équilibre papier-huile met des jours ou des semaines à s’établir et dépend de la température et de l’historique de charge : estimer l’humidité du papier à partir d’un seul échantillon d’huile est peu fiable ; on utilise pour cela des courbes d’équilibre et, mieux, des mesures continues. Elle ne couvre ni les esters ni les huiles silicone, dont la solubilité est très différente, et elle ne remplace pas la mesure de rigidité diélectrique.

Avec quoi on mesure

La teneur en eau se détermine par titrage Karl Fischer en laboratoire, et la saturation relative avec des sondes capacitives installées sur le circuit d’huile, ce qui permet de voir l’évolution plutôt qu’une photo figée. L’analyseur d’huile diélectrique et le reste des équipements de mesure sur huile couvrent la partie essai ; le séchage et le dégazage, la partie traitement. Si l’huile est humide, regardez aussi l’analyse des gaz dissous : la dégradation du papier laisse sa trace dans le CO et le CO₂.