Test d'impulsion de foudre d'un transformateur de puissance de 15 MVA

1. Introduction

Les tests d'impulsion de foudre sont un test diélectrique obligatoire et un test de routine qui prouve qu'un transformateur de puissance peut résister aux surtensions abruptes et de grande ampleur provoquées par les coups de foudre et les opérations de commutation sur un système de transport aérien. Pour un transformateur de puissance de 15 MVA, le système d'isolation doit être vérifié par rapport au niveau d'impulsion de base (BIL) spécifié, qui pour cette unité est de 170 kV en crête. Cet article décrit la configuration de test, la forme d'onde appliquée, l'interprétation des oscillogrammes enregistrés et les critères d'acceptation utilisés pour confirmer l'intégrité de l'isolation du bobinage.

2. Caractéristiques nominales du transformateur et tensions d'essai

L'appareil testé est un transformateur abaisseur triphasé immergé dans l'huile et refroidi par ONAN. Les données clés de la plaque signalétique et les tensions d'essai diélectriques associées sont résumées ci-dessous. La BIL de 170 kV est appliquée comme choc de foudre pleine onde, tandis que les valeurs de choc de commutation et de tenue à la fréquence industrielle confirment la coordination globale de l'isolation.

Tableau 1 - Tensions nominales de la plaque signalétique et d'essai diélectrique pour le transformateur de 15 MVA.

3. Objectifs et normes applicables

L'objectif est de démontrer que l'isolation du transformateur peut résister au BIL spécifié sans claquage et de détecter toute faiblesse de l'isolation interne. Le test est effectué conformément aux normes CEI 60076-3 (Transformateurs de puissance - Niveaux d'isolation, tests diélectriques) et CEI 60060-1 (Techniques de test haute tension). Un système de mesure d'impulsions numérique enregistre la tension et le courant transitoire à travers le neutre, produisant les oscillogrammes utilisés pour l'évaluation.

4. Configuration et circuit de test

L'impulsion est générée par un générateur Marx à plusieurs étages de 600 kV / 20 kJ et appliquée à la borne haute tension (HT). Le neutre est mis à la terre via un shunt de courant à faible inductance, et l'enroulement BT est court-circuité et mis à la terre. Un diviseur de tension capacitif et amorti délivre le signal de tension à l'enregistreur numérique. La disposition essentielle est la suivante :

Générateur d'impulsions : Marx à 8 étages, résistances de mise en forme de front d'onde produisant une onde standard de 1,2/50 µs.

Diviseur de tension : diviseur capacitif amorti, calibré selon la norme CEI 60060-2.

Mesure de courant : shunt à faible inductance au neutre pour l'enregistrement des courants transitoires.

Enregistrement : enregistreur numérique, taux d'échantillonnage supérieur ou égal à 100 MS/s, pour une capture frontale précise.

Séquence : une onde calibrée, puis trois ondes complètes à 170 kV, polarité négative.

5. Forme d'onde et paramètres d'impulsion

L'impulsion de foudre standard a un temps de front virtuel de 1,2 µs et un temps jusqu'à mi-valeur de 50 µs (désigné 1,2/50 µs). Les oscillogrammes enregistrés doivent être analysés pour la valeur de crête, le temps de front et le temps jusqu'à la moitié de la valeur. Des écarts tels qu'un dépassement, une oscillation ou une onde arrière déformée peuvent indiquer une résonance d'enroulement ou une panne partielle.

Valeur crête : 170 kV ± 3 % de tolérance autorisée.

Temps de front T1 : 1,2 µs ± 30 %.

Temps jusqu'à la demi-valeur T2 : 50 µs ± 20 %.

Polarité : négative (comme spécifié par la norme).

6. Interprétation des oscillogrammes

Les oscillogrammes sont la principale preuve de l'intégrité de l'isolation. Un transformateur sain produit une onde de tension lisse à pic unique et une trace de courant neutre correspondante constituée d'une pointe capacitive initiale forte suivie de faibles oscillations décroissantes. La comparaison est effectuée avec une onde de référence à tension réduite (généralement 50 à 75 % de la BIL totale). Les signatures suivantes sont évaluées :

*Enregistrement normal - forme d'onde inchangée par rapport à la référence ; pas d'effondrement brutal de la tension.

* Panne de l'isolation des enroulements - chute de tension soudaine ou onde hachée suivie d'un courant soutenu élevé.

*Décharge partielle / défaut tour à tour - distorsion de la queue et augmentation des oscillations haute fréquence.

*Onde décalée ou amortie - possible défaut d'impédance série ou shunt ; nécessite une enquête.

7. Critères d'acceptation

Le test est considéré comme réussi lorsque les trois ondes complètes à 170 kV ne montrent aucun signe de claquage. Les oscillogrammes actuels doivent avoir une forme identique à celle de l'enregistrement de référence, à l'exception de la mise à l'échelle d'amplitude attendue. Tout changement dépassant la tolérance de bruit, que ce soit dans la tension ou dans la trace de courant, nécessite la répétition du test et, s'il est confirmé, une inspection interne de l'enroulement.

Les tests de choc de foudre à un BIL de 170 kV fournissent une vérification décisive de la résistance d'isolement du transformateur de 15 MVA. En combinant un contrôle rigoureux de la forme d'onde avec une analyse minutieuse des oscillogrammes enregistrés, les fabricants et les services publics peuvent confirmer que le transformateur résistera de manière fiable aux surtensions de foudre en service et satisfera aux exigences de la norme CEI 60076-3.