Les transformateurs d'essai haute tension (HT) sont des appareils conçus pour générer une haute tension à fréquence industrielle. Classés comme transformateurs élévateurs, leurs principales fonctions comprennent le contrôle des performances d'isolation des produits électriques, le contrôle de la tenue en tension à fréquence industrielle et la mesure des décharges partielles. Ils se caractérisent par un fonctionnement de courte durée.
Leur plage de tension de fonctionnement s'étend de 0.4 kV à 10 kV côté primaire et peut atteindre 100 à 2 000 kV, voire plus, côté secondaire, avec une puissance apparente de 3 kVA à 9 000 kVA. Ces transformateurs sont soit à refroidissement par bain d'huile, soit à isolation par gaz SF₆.
L'enroulement haute tension est constitué d'une bobine tour multicouche, généralement mise à la terre à une extrémité, tandis que l'enroulement basse tension est monté à l'extérieur. Les modèles d'une puissance supérieure à 10 kVA sont équipés de roues en fer mobiles, ce qui leur confère compacité et légèreté. L'impédance d'un transformateur varie de 4.5 % à 10 %, et peut atteindre 30 % à 40 % en cas de montage en cascade. La tension de sortie est quasi sinusoïdale. L'isolation des enroulements est réalisée en fil de polyester émaillé et en matériaux composites haute tension. Le corps du transformateur est séché sous vide, et un remplissage d'huile sous vide est nécessaire pour les produits d'une tension nominale supérieure à 100 kV.
- Classification par type de structure
- Transformateurs d'essai haute tension immergés dans l'huile
Dans le cas le plus courant, le corps du transformateur est immergé dans de l'huile isolante, qui sert à la fois de milieu isolant et de milieu de dissipation de la chaleur.
Avantages : Excellentes performances d’isolation, grande capacité, tenue en tension élevée. Convient aux essais de tenue en tension à fréquence industrielle et largement utilisé dans les centrales électriques, les sous-stations et chez les fabricants d’équipements électriques haute tension.
Inconvénients : Volume important, poids élevé, transport et installation relativement difficiles.
- Transformateurs d'essai haute tension de type sec
Encapsulés par moulage ou enroulement de matériaux isolants solides tels que la résine époxy, ils ne contiennent pas d'huile isolante.
Avantages : Format compact, poids léger, non polluant, entretien facile, forte résistance à l’humidité et à la contamination. Convient aux tests en laboratoire, en intérieur ou en environnement humide.
Inconvénients : Capacité et tension nominale limitées par rapport aux modèles à bain d’huile ; coût légèrement supérieur à celui des produits à bain d’huile de même spécification.
- Transformateurs d'essai haute tension isolés au gaz
Des gaz isolants tels que l'hexafluorure de soufre (SF₆) ou l'azote sont utilisés comme isolants et fluides de refroidissement, scellés dans une enceinte métallique.
Avantages : Isolation thermique élevée, bonne dissipation de la chaleur, structure compacte, aucun risque de fuite d’huile. Convient aux environnements particuliers tels que les zones de haute altitude et les sites à risque d’explosion.
Inconvénients : Exigences élevées en matière d’étanchéité au gaz ; une surveillance régulière de la pression du gaz est nécessaire pendant le fonctionnement, ce qui entraîne des coûts de maintenance relativement élevés.
- Transformateurs d'essai haute tension de type cascade
Composé de plusieurs transformateurs de test simples connectés en série, une tension de sortie ultra-élevée est obtenue grâce à une amplification de tension progressive.
Avantages : Capable de générer une tension de sortie ultra-élevée allant de centaines de milliers à des millions de volts, répondant aux exigences de test des équipements à ultra-haute tension.
Inconvénients : Structure complexe, grande difficulté de régulation et de contrôle de la tension, et exigences strictes en matière d’isolation et de conception d’égalisation de la tension.
| Haute tension immergée dans l'huile Transformateur d'essai | Transformateur d'essai haute tension de type sec | Transformateur d'essai haute tension isolé au gaz | Transformateur d'essai haute tension de type cascade |
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- Classification par mode de régulation de tension
Transformateurs d'essai régulés par autotransformateur
Dotés d'un autotransformateur intégré, ils ajustent la tension d'entrée en modifiant le nombre de spires de l'enroulement primaire, faisant ainsi varier la haute tension de sortie.
Avantages : Structure simple, utilisation facile et faible coût. Convient aux scénarios de test avec une capacité faible à moyenne et des niveaux de tension bas.
Transformateurs d'essai à réglementation séparée
Le corps du transformateur est séparé du régulateur de tension, qui utilise généralement un régulateur de tension électrique ou un régulateur de tension à induction.
Avantages : Régulation de tension de haute précision, tension de sortie stable et prise en charge de la télécommande. Convient aux tests de précision avec une capacité élevée et des niveaux de tension élevés.
III. Classification par forme d'onde/fréquence de test
Transformateurs d'essai à fréquence industrielle
Ils produisent un courant alternatif sinusoïdal de 50 Hz/60 Hz et servent aux essais de tenue en tension à fréquence industrielle des équipements électriques. Ce sont les transformateurs d'essai les plus simples.
Transformateurs d'essai résonants en série à fréquence variable
En tant qu'équipement élévateur résonant, ils se composent d'un transformateur de test, d'un transformateur d'excitation, d'un réacteur, d'un diviseur de tension à condensateur et d'autres composants pour former un circuit résonant.
Avantages : Format compact, poids léger et taux d’utilisation de capacité élevé. Convient aux tests de tenue en tension d’objets capacitifs tels que les longs câbles, les condensateurs et les générateurs, et permet de réduire efficacement les besoins en capacité des équipements de test.
Transformateurs d'essai d'impulsion
Spécialement conçues pour générer une tension d'impulsion de foudre ou une tension d'impulsion de commutation, elles simulent les surtensions dans les réseaux électriques.
Caractéristiques : Tension de crête instantanée élevée et courte durée. Elles nécessitent l’utilisation d’un générateur de tension impulsionnelle et sont employées lors des essais de tenue aux surtensions d’équipements tels que les transformateurs et les parafoudres.
- Autres types spéciaux
Transformateurs d'essai portables haute tension : généralement de type sec ou de petit modèle à bain d'huile, ils sont compacts, légers et faciles à transporter pour les essais sur site. Ils conviennent à la détection sur site des lignes électriques et des équipements de distribution.
Transformateurs de test AC/DC à double usage : capables de fournir une haute tension alternative ou continue, commutable par un redresseur. Un seul appareil pour plusieurs applications, ce qui permet de réduire les investissements.
Introduction de base
Après leur sortie d'usine, leur réception ou toute opération de maintenance majeure, les équipements électriques doivent subir des essais de tenue en tension alternative afin d'évaluer leur niveau d'isolation face aux surtensions. Par conséquent, des équipements de tenue en tension alternative doivent être installés dans les laboratoires ou sites d'essais haute tension des services de production et d'exploitation.
Les transformateurs d'essai haute tension, généralement des transformateurs élévateurs, utilisent la haute tension à fréquence industrielle induite à leur secondaire pour réaliser des tests de performance d'isolation sur divers produits électriques et matériaux isolants.
Les transformateurs d'essai sont des équipements électriques indispensables pour les essais de tenue en tension lors de la maintenance et de la fabrication des moteurs, des transformateurs et des produits électriques.
Les principales applications des transformateurs d'essai comprennent les essais de tenue en tension à fréquence industrielle des produits électriques, la mesure des décharges partielles , les essais de stabilité thermique des milieux isolants, etc. Pour les équipements électriques moyenne et haute fréquence, des transformateurs d'essai à fréquences spécifiques peuvent également être utilisés pour les essais de tenue en tension et la mesure des paramètres électriques pertinents.
Les transformateurs d'essai présentent un rapport de tension élevé entre les enroulements primaire et secondaire. La tension primaire varie de 0.4 kV à 10 kV, en passant par 3 kV, 6 kV et 10 kV, tandis que la tension secondaire peut atteindre 100 à 2 000 kV, voire plus, avec une puissance apparente allant de 3 kVA à 9 000 kVA.
Pour les essais sur site d'équipements électriques, on utilise généralement des transformateurs d'essai légers ; des transformateurs d'essai élévateurs de 50 kV sont utilisés pour les essais de tenue en tension d'équipements électriques tels que les transformateurs de 6 kV et 10 kV ; pour les essais de tenue en tension d'équipements électriques haute tension et très haute tension avec des niveaux de tension supérieurs à 35 kV, on adopte des transformateurs d'essai très haute tension avec une tension plus de 5 fois supérieure à la tension nominale primaire de l'équipement testé, tels que des transformateurs d'essai élévateurs de 500 kV, 700 kV et 800 kV avec des niveaux de capacité spécifiques.
Le principe de fonctionnement des transformateurs d'essai est identique à celui des transformateurs de puissance. Les différences résident dans leur tension de service élevée, leur durée de vie réduite et leur faible échauffement ; de plus, ils ne sont généralement pas équipés de radiateurs. Enfin, les transformateurs d'essai supportent des charges faibles, principalement capacitives, et leur capacité est donc inférieure à celle des transformateurs de puissance.
Fonctionnalité
Haute tension : La tension primaire des transformateurs d’essai est de 220 V ou 380 V, tandis que la tension secondaire d’un transformateur d’essai unique atteint souvent plusieurs milliers, voire plusieurs dizaines de milliers de volts. Les transformateurs d’essai dont la tension secondaire dépasse 750 kV adoptent généralement une structure en cascade multi-éléments.
Courant faible : Le courant nominal des transformateurs d’essai correspond en réalité au courant capacitif de l’objet testé ; il est donc généralement inférieur à 1 A. Cependant, les transformateurs d’essai utilisés pour les tests de câbles et de gros moteurs, les tests de pollution de l’isolation externe, les tests d’effet corona sur les lignes et d’autres applications peuvent présenter un courant secondaire de plusieurs ampères.
Durée de fonctionnement réduite : en raison de la courte durée de tenue en tension des produits testés, les transformateurs d’essai adoptent généralement un système de fonctionnement à court terme de 0.5 h ou 1 h, à l’exception de ceux utilisés dans les tests de pollution de l’isolation externe, les tests d’effet corona sur ligne et les tests de câbles.
Monophasé et installation intérieure : Les transformateurs d’essai sont généralement des appareils monophasés destinés à une utilisation en intérieur (certains sont conçus pour une utilisation en extérieur). Ils adoptent tous une structure à refroidissement par bain d’huile avec des couches d’isolation épaisses pour les enroulements, et l’enroulement haute tension est généralement mis à la terre à une extrémité.
Niveau d'isolation inégal de l'enroulement secondaire : l'extrémité avant de l'enroulement secondaire est à potentiel élevé, tandis que l'extrémité arrière est directement mise à la terre ou mise à la terre par l'intermédiaire d'un ampèremètre.
Exigences élevées en matière de conception et de fabrication : En raison de la tension de service élevée, la structure d’isolation influe considérablement sur les dimensions globales du transformateur d’essai. Le corps du transformateur nécessite généralement un séchage sous vide, et un remplissage d’huile sous vide est requis pour les produits de plus de 100 kV.
Classification
Par structure : transformateurs d’essai blindés et transformateurs d’essai à enveloppe isolée.
Par fréquence industrielle : tester les transformateurs à différents niveaux de fréquence, tels que la fréquence industrielle, la fréquence multipliée, la moyenne fréquence et la haute fréquence.
Par niveau de tension : transformateurs d’essai basse tension, haute tension et ultra-haute tension.
Par formulaire de demande : transformateurs mobiles légers et fixes ; transformateurs d’essai pour une utilisation à unité unique et ceux pour une utilisation en cascade de deux unités ou plus.
Les transformateurs d'essai sont généralement des appareils monophasés d'intérieur, à refroidissement par bain d'huile. Du fait de leur tension de service élevée, leurs couches d'isolation sont relativement épaisses et une extrémité de l'enroulement haute tension est mise à la terre.
Les types structurels spécifiques des transformateurs d'essai comprennent généralement trois types : le type à simple traversée, le type à double traversée et le type à cylindre isolant.
Exigences techniques
Forme d'onde de la tension de sortie : La forme d'onde de la tension de sortie des transformateurs testés doit être aussi proche que possible d'une sinusoïde. Afin de réduire la distorsion de la tension due aux harmoniques générées lors du passage des composantes harmoniques du courant à vide à travers l'impédance du régulateur de tension et du transformateur, la densité de flux magnétique doit être choisie dans la partie linéaire de la courbe d'aimantation du noyau de fer. Par ailleurs, il convient d'utiliser un régulateur de tension à faible distorsion et d'ajouter des filtres si nécessaire.
Tension d'impédance : Le courant secondaire des transformateurs de test est généralement un courant capacitif. Lorsque ce courant traverse l'impédance du régulateur de tension et du transformateur de test, la tension de sortie dépasse la valeur déterminée par le rapport de transformation. Par conséquent, la tension d'impédance des transformateurs de test ne doit pas être trop élevée, sous peine d'affecter la précision des résultats et de réduire la tenue en court-circuit de l'appareil. À l'inverse, une tension d'impédance trop faible peut entraîner une augmentation du courant de court-circuit en cas de défaillance ou d'amorçage de l'appareil testé. La tension d'impédance d'un transformateur de test unique est généralement de 4.5 à 10 %, et peut atteindre 30 à 40 % lorsque plusieurs transformateurs sont montés en cascade.
Pour toute vérification d'équipements de test haute tension et de transformateurs d'essai HT, n'hésitez pas à nous contacter. Nos ingénieurs commerciaux maîtrisent les tests en laboratoire et en intérieur, les tests basse et moyenne tension en environnements humides et propres, les tests de tenue diélectrique à fréquence industrielle dans les centrales électriques, les sous-stations et les usines d'équipements électriques haute tension, les tests de tenue diélectrique des équipements ultra-haute tension tels que les transformateurs et les disjoncteurs, les tests de précision pour les applications de grande capacité et haute tension, les tests de tenue diélectrique aux impulsions d'équipements tels que les transformateurs et les parafoudres, ainsi que la détection sur site des lignes électriques et des équipements de distribution.
