A quoi sert un banc de test d'impact de foudre ?

Système de test d'impulsion de foudre dans les usines de fabrication de transformateurs

Le système de test par impulsion de foudre est une installation de test haute tension centrale dans une usine de transformateurs. Sa fonction principale est de simuler et de vérifier la fiabilité du système d'isolation d'un transformateur lorsqu'il est soumis à des surtensions transitoires extrêmes, comme celles provoquées par la foudre, qu'il peut rencontrer pendant son fonctionnement.

En termes simples, il utilise une « foudre artificielle » générée artificiellement pour frapper le transformateur avant qu'il ne quitte l'usine, testant ainsi si son isolation peut « résister » au test d'un véritable coup de foudre.

I. Pourquoi ce test est-il obligatoire ?

Les transformateurs du réseau sont confrontés à deux principaux types de menaces de surtension transitoire, que le système de test d'impulsion est conçu pour simuler :

1. Impulsion de foudre : lorsque les lignes de transmission sont frappées directement ou indirectement par la foudre, une onde d'impulsion extrêmement haute tension et de courte durée (niveau microseconde) se propage le long de la ligne dans le transformateur.

2. Impulsion de commutation : les opérations au sein d'une sous-station, telles que la commutation d'un disjoncteur ou l'élimination d'un défaut, peuvent également générer des surtensions d'une durée légèrement plus longue (niveau milliseconde).

La valeur maximale de ces tensions de choc peut être plusieurs fois, voire supérieure à dix fois, la tension de fonctionnement nominale du transformateur. S'il existe des faiblesses dans la conception ou la fabrication de l'isolation du transformateur (entre les enroulements, des enroulements à la terre ou entre les spires), une panne peut se produire sous de telles impulsions. Cela pourrait laisser un défaut latent dans l’équipement avant même sa mise en service, provoquant potentiellement une panne complète lors d’un orage.

Objectif principal : identifier et éliminer de manière proactive les défauts d'isolation au sein de l'usine, en garantissant que le transformateur peut résister aux surtensions provenant de la nature et du réseau électrique tout au long de sa durée de vie de plusieurs décennies. Il s’agit d’un point de contrôle qualité critique pour garantir la fiabilité opérationnelle à long terme.

II. Comment fonctionne le système de test d'impulsion de foudre ?

Son fonctionnement peut être divisé en trois phases principales :

1. Phase de stockage d'énergie : le système contient une batterie de condensateurs à impulsions de grande capacité . Avant le test, une source haute tension continue charge lentement ces condensateurs en quelques secondes, stockant ainsi une immense énergie (pouvant atteindre des centaines de kilojoules).

2. Phase de libération instantanée (simulation de la « foudre ») : lorsque la tension du condensateur atteint la valeur prédéfinie, un interrupteur à gâchette contrôlé par ordinateur (par exemple, un espace sphérique) se ferme en quelques microsecondes. L'énergie stockée est libérée brusquement à travers un réseau de résistances et d'inductances de mise en forme d'onde , générant une onde de tension de choc conforme aux normes internationales (par exemple, CEI 60076-4), simulant une véritable onde de choc de foudre.

3. Phase d'application et d'évaluation : Cette onde de tension d'impulsion standardisée est appliquée à l'enroulement désigné du transformateur testé (avec les autres enroulements mis à la terre). Simultanément, des sondes haute tension, des diviseurs et des enregistreurs numériques capturent et enregistrent avec précision la forme d'onde de tension appliquée et la forme d'onde de réponse en courant du transformateur. Les ingénieurs analysent si la forme d'onde est déformée (par exemple, hachée, oscillante) pour déterminer l'intégrité de l'isolation.

III. Types de tests et critères de réussite

Deux principaux tests standards sont effectués :

1. Test complet de tenue aux impulsions de foudre : Une onde d'impulsion de foudre complète standard est appliquée (généralement une onde de 1,2/50 µs , ce qui signifie un temps de front d'onde de 1,2 µs et un temps jusqu'à la moitié de la valeur sur la queue de 50 µs). C’est le test fondamental.

2. Test de tenue aux impulsions de foudre hachées : simule une condition plus grave : lorsqu'un isolant situé à proximité du transformateur (par exemple, une traversée) s'enflamme sous la foudre, provoquant un effondrement soudain de la tension. Le test consiste à couper artificiellement l'onde de tension environ 2 à 6 µs après le pic, testant ainsi la capacité de l'isolation à résister à ce changement brusque de tension.

Critères clés de jugement de réussite/d’échec (le strict respect des normes est requis) :

• Méthode de comparaison des formes d'onde : Il s'agit de la méthode la plus critique. Tout d'abord, une « forme d'onde de référence » est enregistrée à un niveau de tension réduit (par exemple, 50 à 75 % de la tension de choc nominale). Ensuite, trois impulsions pleine tension consécutives sont appliquées. Les formes d'onde des tests pleine tension sont strictement superposées et comparées sur un ordinateur avec la forme d'onde de référence.

• Jugement réussi : si les formes d'onde après les impulsions pleine tension chevauchent sensiblement la forme d'onde de référence dans leurs parties principales (front d'onde, queue d'onde) sans distorsion significative , l'isolation est considérée comme réussie. Si la forme d'onde présente une oscillation, un changement d'amplitude ou un hachage évident , cela indique qu'une décharge partielle ou une panne peut s'être produite dans l'isolation, nécessitant une inspection interne.

IV. L'importance du système en usine

1. « Gardien final » pour la qualité : avec le « Test de tenue à la tension induite », il constitue les deux lignes de défense les plus strictes pour tester les performances d'isolation des transformateurs, généralement effectuées après tous les tests de routine.

2. « Pierre de touche » pour la conception et l'artisanat : les résultats des tests vérifient directement si la conception de la structure d'isolation du transformateur, la sélection des matériaux et les processus de fabrication (par exemple, l'étanchéité des enroulements, la qualité de l'emballage de l'isolation) sont excellents.

3. Équipement de grande valeur et à exigences élevées : Le système de test d'impulsion lui-même est coûteux, occupe un espace important et nécessite des techniciens hautement spécialisés et des protocoles de sécurité stricts pour le fonctionnement et la maintenance (en raison des très hautes tensions et énergies impliquées).

4. Symbole de qualification et de capacité : Posséder une capacité complète de test d'impulsion est un indicateur crucial qu'une usine de fabrication de transformateurs possède la qualification et les prouesses techniques nécessaires pour fabriquer des produits de classe haute tension (généralement 110 kV et plus). Il s'agit également d'une qualification essentielle pour obtenir des commandes auprès des sociétés de réseau nationales et des projets à grande échelle.

En résumé, le système de test d'impulsion de foudre agit comme un « simulateur de foudre » et un « centre d'examen de la santé de l'isolation » de l'usine de transformateurs. Il garantit, de la manière la plus sévère, que chaque transformateur quittant l'usine a un « cœur fort » capable de résister à la foudre naturelle.