Transformateur de type sec de classe 1E pour centrales nucléaires

I. Qu'est-ce qu'un transformateur de type sec de classe 1E ?

Tout d'abord, il est essentiel de comprendre le concept de base de la « Classe 1E ».

• Classe 1E : Il s'agit d'une classification de sécurité dérivée des normes de conception des centrales nucléaires (par exemple, IEEE Std 323 aux États-Unis ou GB/T 12727 en Chine). Il fait référence aux équipements et systèmes électriques essentiels à l'exécution de fonctions clés de sûreté, telles que l'arrêt d'urgence du réacteur, l'isolation du confinement, le refroidissement du cœur du réacteur et la prévention des rejets de matières radioactives..

• Transformateur de type sec : transformateur dont les enroulements ne sont pas immergés dans de l'huile isolante mais sont protégés par des matériaux isolants solides (par exemple, une résine époxy).

Par conséquent, un transformateur de type sec de classe 1E est défini comme : Un transformateur de type sec spécifiquement conçu pour alimenter les systèmes de classe de sécurité (1E) d'une centrale nucléaire. Il doit être capable de fonctionner de manière fiable et continue dans des conditions normales, des conditions accidentelles (par exemple, tremblement de terre, APRP – accident de perte de liquide de refroidissement) et dans des environnements post-accidentels pendant une durée spécifiée.

En termes simples, il s’agit de l’une des « sources d’énergie vitales » pour les systèmes de sécurité d’une centrale nucléaire.

II. Pourquoi les centrales nucléaires doivent-elles utiliser des transformateurs de classe 1E ?

La sécurité des centrales nucléaires est la priorité absolue. Le rôle des transformateurs de classe 1E est de fournir une alimentation stable et fiable aux équipements de sécurité critiques dans les conditions les plus extrêmes, notamment :

• Systèmes de distribution liés à la sécurité

• Appareillage de commutation pour générateurs diesel de secours

• Systèmes de contrôle et de protection des réacteurs

• Moteurs pour pompes du système de refroidissement d’urgence du cœur (ECCS)

• Systèmes de surveillance post-accidentelle

• Systèmes de ventilation et d'isolation de confinement

Une perte de puissance de ces systèmes pourrait avoir des conséquences catastrophiques. Ainsi, les transformateurs de classe 1E constituent un élément crucial dans la stratégie de défense en profondeur de la centrale nucléaire.

III. Exigences de base et technologies clés pour les transformateurs de type sec de classe 1E

Les transformateurs de classe 1E diffèrent considérablement des transformateurs de type sec industriels ou commerciaux standard. Leurs principales exigences se manifestent dans les domaines suivants :

1. Fiabilité ultime et qualification environnementale (équipements K1, K2, K3)

Les centrales nucléaires classent les équipements de classe 1E en fonction de la gravité des conditions environnementales auxquelles ils doivent résister. Les transformateurs appartiennent aux catégories correspondantes :

• Catégorie K1 : Installé à l’intérieur du confinement. Doit résister aux conditions normales, aux tremblements de terre (OBE/SSE) et à l'environnement à haute température, haute pression, humidité élevée et pulvérisation de produits chimiques résultant d'un accident de perte de liquide de refroidissement (LOCA) , et doit rester fonctionnel après l'accident. C'est la catégorie la plus stricte.

• Catégorie K2 : Installé à l’intérieur de l’enceinte de confinement mais uniquement requis pour résister aux conditions normales et aux tremblements de terre , à l’exclusion de l’environnement LOCA.

• Catégorie K3 : Installé à l'extérieur de l'enceinte de confinement mais faisant partie du système lié à la sécurité, nécessaire pour résister aux conditions normales et aux tremblements de terre..

Technologies clés correspondantes :

• Système d'isolation spécial : utilise des matériaux isolants de haute qualité, ignifuges, résistants à l'humidité et aux radiations (par exemple, résine époxy de qualité supérieure). Des procédés avancés de coulée/imprégnation (par exemple, technologie d'isolation fine, imprégnation sous pression sous vide) sont utilisés pour garantir une structure d'isolation dense, exempte de vides, avec des niveaux de décharge partielle extrêmement faibles.

• Résistance supérieure aux flammes (classe F1) : les matériaux sont auto-extinguibles et n'entretiennent pas de combustion même lorsqu'ils sont exposés à une flamme nue, empêchant ainsi la propagation du feu.

• Résistance mécanique robuste :  l'ensemble de la structure du transformateur (y compris les enroulements, les cadres, etc.) doit résister au séisme d'arrêt sécurisé (SSE) sans dommage, garantissant ainsi l'intégrité fonctionnelle. Cela doit être validé par une analyse par éléments finis (FEA) précise et des tests de qualification sismique rigoureux.

2. Assurance qualité et certification rigoureuses

• Programme d'assurance qualité nucléaire :  l'ensemble du cycle de vie, depuis la conception, l'approvisionnement en matériaux, la fabrication, les tests jusqu'à la livraison, doit adhérer à un programme d'assurance qualité nucléaire (généralement basé sur HAF 003 ou 10 CFR 50 Annexe B), garantissant un contrôle et une traçabilité complets des processus.

• Qualification et certification : le transformateur doit réussir les tests de type et les tests de qualification sismique menés par une agence reconnue par l'organisme national de réglementation de la sécurité nucléaire (par exemple, la NNSA en Chine) pour démontrer sa conformité aux normes de classe 1E. C'est sa « licence » pour entrer sur le marché.

3. Conception et tests de performances spécifiques

• Résistance au vieillissement dû aux radiations : en particulier pour les transformateurs de catégorie K1, les matériaux d'isolation et les composants structurels doivent être évalués pour garantir l'absence de dégradation significative des performances sous la dose de rayonnement attendue tout au long de leur durée de vie.

• Tests de routine et de type rigoureux : Au-delà des tests standards (rapport, résistance, perte à vide/charge, diélectrique, niveau sonore, etc.), des tests spéciaux sont obligatoires, tels que :

• Mesure des décharges partielles : les exigences sont exceptionnellement strictes, exigeant généralement des niveaux inférieurs à 5 à 10 PC, pour garantir la fiabilité de l'isolation à long terme.

• Tests de tension d'impulsion (foudre et impulsion de commutation).

IV. Transformateur de type sec de classe 1E par rapport au transformateur de type sec standard

Résumé

Le transformateur sec de classe 1E pour centrales nucléaires n'est pas simplement une version améliorée d'un transformateur standard. Il s'agit d'un dispositif spécialisé qui intègre les plus hauts niveaux de technologie d'isolation, d'ingénierie sismique, de résistance environnementale et de systèmes d'assurance qualité. Sa valeur ne réside pas seulement dans la transformation de l'énergie, mais aussi dans la fourniture d'une garantie ultime d'alimentation de secours pour les dernières barrières de sécurité de la centrale nucléaire.