Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

L'indisponibilité d'un transformateur de puissance a généralement de lourdes conséquences financières pour les exploitants des réseaux électriques. Le bon fonctionnement des transformateurs de puissance repose en grande partie sur leur isolation électrique (huile/ papier) et sur le contrôle de leur température.

Les isolants utilisés dans la fabrication des transformateurs; qu'ils soient solides (papier, carton) ou liquides (huile), subissent avec le temps une altération chimique sous l'influence de la chaleur et d'autres agents tels que l'oxygène et l'humidité.

Le présent mémoire, entrepris dans le cadre des travaux de recherches de la chaire sur les isolants liquides et mixtes en électrotechnologie (ISOLIME) de l'université du Québec à Chicoutimi, a pour but d'étudier de nouveaux systèmes de préservation d'huile. Il a également comme objectif d'explorer et de développer de nouvelles perspectives qui pourront résoudre les problèmes d'analyse de vieillissement du papier.

À l'intérieur d'un transformateur, l'huile se dilate et se contracte en fonction de la température, ce changement de volume de l'huile se produit dans le conservateur d'huile. Concernant le circuit d'huile, on trouve deux grandes familles: les transformateurs dits hermétiques et les transformateurs dits respirants.

Dans un transformateur hermétique, l'air du conservateur est emprisonné dans une membrane et comprimé par l'huile en cas de dilatation. L'air et l'huile ne sont donc jamais en contact avec l'extérieur. Mais le problème est que ce type de préservation ne tient pas compte de l'effet du champ électrique sur la décomposition de l'huile qui génère des gaz qui restent emprisonnés dans le conservateur et peuvent se dissoudre dans l'huile.

Dans un transformateur respirant, le volume de l'air dans le conservateur est ajusté en fonction de l'expansion de l'huile au travers d'un dessiccateur. Dans ce type de transformateur, l'huile est exhibée au contact avec l'air où l'impact de l'oxygène et de l'humidité dégrade la qualité du système d'isolation.

Pour palier aux inconvénients majeurs des systèmes de préservations présentés précédemment, deux nouveaux systèmes de préservation d'huile dans les transformateurs de puissance ont été proposés et étudier dans ce mémoire. Le premier utilise un système de préservation à gaz inerte (l'azote pur) et le second un nouveau système de préservation à diaphragme. L'analyse de l'huile pour ces deux systèmes a été effectuée avec différentes techniques de diagnostic et les résultats y sont discutés. Des essais in situ et en laboratoire ont été réalisés. Les résultats obtenus ont montrés que Pinertage par l'azote permet de réduire de façon significative le taux de l'oxygène dans l'huile. Ainsi que le nombre d'acidité (TAN), la turbidité et la surface en dessous des courbes d'absorption (DDP) varier très peu avec le temps d'inertage avec l'azote. Les résultats pour le deuxième système montrent que les produits dissous et la turbidité dans le conservateur varient légèrement avec le temps dans le conservateur à diaphragme alors qu'elle est multipliée par un facteur 4 dans le cas du système sans diaphragme.

Comme nous l'avons mentionné plus haut, la durée de vie d'un transformateur dépend étroitement de son état d'isolation, en particulier du papier cellulose qui le compose. L'évaluation de l'état de l'isolation solide se fait généralement d'une façon indirecte via l'huile, par l'analyse des dérivés fiiraniques ou encore à travers des diagrammes d'équilibre pour estimer la teneur en eau dans le papier.

Dans ce contexte, l'étude de l'utilisation d'un capteur capacitif avec comme isolant le même papier cellulose qu'on utilise comme diélectrique solide dans le transformateur a été réalisé. Cette étude se basera sur la mesure des paramètres diélectriques : permittivité et facteur de dissipation (tan ô). Les principaux éléments du capteur ainsi que sa mise en oeuvre y sont décrits. Une procédure de vieillissement accéléré de l'isolation papier/ huile incorporant le capteur est également décrit. L'étude des pôles de la réponse fréquentielle comme nouveau paramètre d'évaluation de l'état de l'isolation solide est aussi effectuée. Cette technique semble tout à fait prometteuse à basse fréquences.