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BE Electra

Notions théoriques et pratiques d'électricité

19 mars 2010

Protection des transformateurs

 

 1/ Introduction

 Un transformateur de puissance est un important dispositif ou partie d’un réseau, tant du point de vue de sa fonction que de son prix élevé. De ce fait, sa disponibilité est très importante pour éviter des pertes de production dues à des pannes.


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                                                  D'électricité à partir des déchets


 

  1. Selon sa puissance, certaines pièces de rechange, ou un transformateur de secours pourront être mise à disposition. La fiabilité du transformateur pourra être accrue par une bonne protection et supervision. Contrairement à un défaut sur une ligne qui peu être réparée sur place, le défaut sur un transformateur peut nécessiter une intervention en usine.

 


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 2/ Causes de défauts

 Ils sont souvent causés par :

 *une perte d’isolement entre enroulements ou entre enroulement et noyau, elle-même causée par :

 --un vieillissement du transformateur du à un échauffement de longue durée

--une contamination de l’huile

--des décharges corona sur l’isolation

--Surtensions transitoires dues à la foudre ou aux manœuvres

--Forces électrodynamiques sur les enroulements dues aux courants élevés de défauts externes ou aux courants d’enclenchement lorsque le transformateur est mis sous tension.

*des courts-circuits et défaut terre : causés par une diminution ou perte d’isolement des enroulements.

*dommage sur le réservoir du à une surpression    

3/Protection

La protection doit être fiable et rapide afin de déconnecter le transformateur le plus rapidement possible, dans les délais, pour limiter les conséquences.

La surveillance du transformateur de puissance peut être également utilisée pour détecter les conditions anormales pouvant entraîner le développement de défaut.

Les facteurs à considérer sont :

-la taille, c'est-à-dire la puissance

-la tension

-le type du transformateur : sec ou à huile.

Le prix de des relais de protection est négligeable, comparé au prix du transformateur et au coût des dommages dus aux défauts.

Généralement, les protections suivantes sont mises en œuvre :

ØTransformateur sur poteau cas de réseaux de distribution rurale : pas de protection spécifique. La mise sous-tension est assurée par un interrupteur.

 ØEn dessous de1MVA :

      üInterrupteur combiné avec fusibles au primaire contre les courts-circuits et les surcharges

      üProtection contre les défauts à la terre par relais  

Avec les transformateurs avec conservateur d’huile, on utilise habituellement les protections suivantes :

  ØTransformateur de puissance

üContrôle et surveillance de la pression : relais Bucholz Ansi 63

 üProtection contre les surcharges Ansi 51, supervision de la température des enroulements Ansi 26

               üProtection contre les court-circuits : overcurrent Ansi 50

üProtection contre les défauts à la terre Ansi 50N

 üIndicateur de niveau d’huile

 ØTransformateur de puissance≥5 MVA

 üContrôle et surveillance de la pression : relais Bucholz Ansi 63

               üProtection contre les surcharges Ansi 51, supervision de la température des enroulements Ansi 26

üProtection contre les court-circuits : overcurrent Ansi 50 et backup

 üProtection contre les défauts à la terre Ansi 50N

 üProtection différentielle Ansi 87T

 üRelais de pression dans le compartiment régleur en charge

 üIndicateur de niveau d’huile

 üProtection contre les surtensions dans certains cas : Ansi 59

 3.2 Protection différentielle Ansi 87 T

Une protection différentielle compare les courants entrant et sortant du transformateur.

Lorsqu’un défaut apparaît dans sa zone, la protection différentielle opère instantanément quand le courant différentiel mesuré est supérieur à la valeur programmée dans le relais.

Le relais est équipé d’une fonction stabilisatrice de courant pour les situations suivantes :

   üInrush current ou surcharge courant à l’enclenchement

üDéfauts francs

 üSurexcitation (surflux) du transformateur.

 Egalement, les harmoniques de rang 2 et de rang élevée sont bloquées lors de l’enclenchement du transformateur. 

ØInruch current Ansi 68

 Ce courant apparaît lors de la mise sous tension du transformateur. L’amplitude et la durée dépendent :

 üde la taille et de la conception du transformateur

 üde l’impédance de la source

 üde la rémanence du noyau

 üdu point de l’onde sinusoidale auquel le transformateur est mis sous tension.

 Il peut être de 5 à 15 fois le courant nominal du transformateur. Il est maximal lorsque le transfo est mis sous tension au point initial zéro. (la tension passe par zéro).

 En service normal, il existe un faible courant différentiel (déséquilibre) due aux caractéristiques des TC, et à la position du régleur principalement. Ce dernier influe le plus sur le courant différentiel en service normal.

 Ce déséquilibre est ajusté en interne dans le relais, de manière à avoir l’équilibre.

ØDéfauts externes

Lors des défauts externes, en dehors de la zone protégée, le courant différentiel existant en service normal augmente. Un défaut franc de 10 fois In(avec le régleur en position extrême) peut causer un courant différentiel de 1 à 2 In.

Pour stabiliser le fonctionnement du relais, ce dernier est fourni avec une fonction de mise au travail basée sur le pourcentage du courant différentiel par rapport au défaut Franc. Ce dernier est mesuré et le courant différentiel nécessaire à un déclenchement croit en fonction du défaut franc

ØSaturation ( Ansi 24)

 Elle est causée par les surtensions. Elle entraîne des pertes dans le fer et un échauffement du circuit magnétique. Le flux magnétique dans le noyau augmente considérablementet entraîne une augmentation du courant magnétisant Im . Ce courant comprend des harmoniques de rang 5 I5 qui augmentent avec Im, ce qui peut entraîner un déclenchement intempestif de la protection différentielle. Donc la présence d’harmoniques de rang 5 est utilisée pour empêcher ces fonctionnements intempestifs.

Lorsque la surtension ou surexcitation augmente, Im % de In augmente. I5 % de I1 augmente puis décroît, I1% de Imdécroît puis croît.

Im: le courant magnétisant

I1: le courant àfréquence fondamentale

I5 : l’harmonique de rang 5.

La protection contre la saturation(V/Hz) est montée du côté ou il n’y a pas de régleur de prise en charge.

Pour les transformateurs raccordés aux bornes des génératrices, lors de démarrage, la saturation peut être évitée en augmentant la tension graduellement, avec l’augmentation de la fréquence.

ØProtection contre les surtensions

üProtection cuve : c’est une protection contre les surtensions due à une coupure de ligne ou d’origine atmosphérique. La cuve du transformateur est mise à la terre à travers un tore raccordé à un relais de terre.

üMise à la terre à travers un limiteur de surtension qui permet d’écouler à la terre les surtensions dans un régime à neutre isolé ou impédant.

 ØRelais Back-up ou protection de secours

 Ce sont des relais de protection contre les courts-circuits et les défauts à la terre. Ces protections sont à temps défini ou inverse et sont connectés du côté haute ou basse tension, et du côté neutre pour la fonction défaut à la terre. La protection contre les courts- circuits du côté HT sert aussi réserve pour le départ de ce côté.Une protection de distance sur la ligne (Ansi 21) sert également de back-up pour les grands transformateurs.

 ØRelais pour la détection de gaz Bucholz.

 Il est utilisé dans un transfo immergé dans l’huile, avec conservateur. En cas de défaut, l’arc entraîne une surpression, puis une décomposition de l’huile , puis une émission d’huile et du gaz . Ce dernier est détecté par un relais détecteur de gaz Bucholz. Ce dernier possède une unité d’alarme et une unité de déclenchement sensible au flux élevé de gaz lors de défauts internes sévères. Le gaz collecté est analysé et peut délivrer des informations sur la cause de son existence : si le gaz est inflammable cela veut dire qu’il y’a décompositiond’huile ou de papier, sinon, c’est de l’air et donc pas de danger. Le signal de déclenchement du relais Bucholz est très court lors de défauts internessévères car le relais est souvent détruit. Un système de relais permet la réception par le disjoncteur et les relais du signal.

ØIndication ou surveillance de la température

Une température très élevée dans le transformateur peut être causée par une surcharge, un problème de refroidissement ou une saturation.

Les transfos immergés dans l’huile sont surveillés par thermomètre. Ils font partie de l’équipement standard du transformateur. Il y’a un choix à faire entre deux types : thermomètre pour huile ou pour enroulement. Pour les gros transformateurs (> quelques MVA), les deux sont fournis. Les deux types constituent des capteurs pour la surcharge. Pour chaque type, il y’a une alarme qui peut mettre en marche un système de refroidissement et un déclencheur

ØSchéma de protection

Il faudra mettre les protections de défauts internes et de secours pour les défauts externes.

 TransfoHT/MT : Fonctions code Ansi : 87N-87T-51-37N-24

 

TransfoTHT /HT : Fonctions code Ansi : 87N-87T-51N-27N-21

 ØEnfin il existe des systèmes de prévention ouprotection contre l’explosion et les incendies .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Commentaires sur Protection des transformateurs

    protections

    Vraiment j'ai bien saisi la notion de protection des transfo de puissance cordialement.

    Posté par hasbous, 05 septembre 2010 à 15:52 | | Répondre
  • Entretien Transformateur

    Monsieur bonjour, je suis ingénieur en électricité j'aimerai avoir des détailles de la réparation des pannes du transformateur, comment faire des réglages des ses différentes protections et surtout lors des défauts internes externes, changement des prises.
    Je vous remercie et j'attends de vos détailles

    Posté par Ngou Ngoua Rosta, 17 novembre 2010 à 13:22 | | Répondre
  • Reglage

    Monsieur bonjour, j'aimerai avoir des différentes manières des réglages des protections lignes, transfos,câbles et la façon du changement d'huile, gaz sur les Disjoncteur .
    Je vous remercie

    Posté par Ngou Ngoua Rosta, 17 novembre 2010 à 14:21 | | Répondre
  • coach outlet

    thank you for your post!

    Posté par coach outlet, 26 décembre 2010 à 02:10 | | Répondre
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