Quels sont les types de décharges partielles dans les transformateurs ? Interprétation des décharges internes, des décharges le long de la surface et des décharges corona

• Décharge interne: Elles se produisent dans les vides d'air ou les impuretés présents à l'intérieur des matériaux isolants et constituent le type de décharge partielle le plus courant. Les décharges se répartissent sur les demi-cycles positifs et négatifs, et le spectre PRPD présente une distribution elliptique symétrique.
• Décharge superficielle: Elles se produisent le long de l'interface entre le matériau isolant et l'huile et sont plus dangereuses que les décharges internes, car le canal de décharge continue d'éroder la surface isolante, laissant des traces de carbonisation.
• décharge corona: Décharge produite par la concentration du champ électrique au niveau des pointes métalliques ou des angles vifs ; elle se produit aux alentours des pics de tension du réseau et constitue un indicateur de défauts de conception du champ électrique.
• Décharge en suspension: Se produit sur des pièces métalliques mal mises à la terre ; l'énergie de décharge est importante et le danger maximal ; le spectre se caractérise par un signal fort concentré dans une plage de phase spécifique.

1. Les quatre types fondamentaux de décharges partielles

2. Caractéristiques détaillées des différents types de décharges

2.1 Décharges internes — La forme la plus courante de décharges partielles

Les décharges internes se produisent au niveau de minuscules interstices ou autour d'impuretés présents à l'intérieur du matériau isolant. La constante diélectrique du gaz étant inférieure à celle du matériau isolant environnant, le champ électrique se concentre au niveau de ces interstices ; une décharge se produit lorsque l'intensité du champ électrique dépasse la tension de claquage de l'interstice. Les décharges internes se caractérisent par une intensité généralement faible, une progression lente et une apparition symétrique sur les demi-cycles positifs et négatifs. Des décharges internes persistantes entraînent un élargissement progressif des interstices, pouvant finir par traverser toute la couche isolante.

2.2 Décharge superficielle — Décharge corrosive sur une surface isolante

La décharge superficielle se développe à la surface du matériau isolant ; il s'agit d'une forme plus grave de décharge interne. Lorsque le canal de carbonisation généré par la décharge interne s'étend jusqu'à la surface de l'isolant, il se transforme en décharge superficielle. La décharge superficielle est bien plus destructrice pour le carton isolant que la décharge interne : la température élevée du canal de décharge laisse des traces de carbonisation permanentes (traces de décharge en forme de branches) à la surface de l'isolant, ce qui réduit durablement la résistance diélectrique.

2.3 Décharge corona — Mise en garde concernant la conception des champs électriques

L'effet corona se produit au niveau des pointes ou des arêtes vives à la surface des conducteurs métalliques, car le champ électrique y est fortement concentré. L'énergie dégagée par l'effet corona n'est pas très élevée et ne présente pas de danger direct pour l'isolation à court terme, mais il s'agit d'un signe important de défaut de conception, indiquant un problème de concentration du champ électrique à l'intérieur du transformateur. À long terme, l'effet corona génère également de l'ozone et des oxydes d'azote, ce qui accélère le vieillissement de l'huile isolante et des matériaux isolants.

2.4 Décharge en suspension — la forme de décharge partielle la plus dangereuse

Lorsque les composants métalliques à l'intérieur d'un transformateur (tels que les pièces de serrage, les anneaux de blindage, les boulons, etc.) ne sont pas correctement mis à la terre en raison d'un desserrage ou d'une erreur de montage, ces composants deviennent des corps à potentiel flottant. Sous l'effet d'un champ électrique alternatif, une décharge se produit entre ces éléments en suspension et les composants mis à la terre voisins. Le niveau d'énergie de ces décharges en suspension est nettement supérieur à celui des trois autres types de décharges ; elles ont tendance à évoluer rapidement vers une décharge en arc électrique et constituent une situation d'urgence nécessitant un arrêt immédiat de l'installation pour intervention.

3. Comment distinguer les types de décharges à partir de leurs caractéristiques ?

3.1 Caractéristiques de la distribution de phase

La distribution en phase des différents types de décharges sur le cycle de fréquence industrielle présente des différences notables. Les décharges internes sont réparties dans les premier et troisième quadrants des demi-cycles positif et négatif ; les décharges corona se concentrent à proximité des pics de tension ; quant aux décharges en suspension, elles se concentrent dans une plage de phase spécifique. La distribution en phase constitue le principal critère permettant de déterminer le type de décharge à partir du spectre PRPD.

3.2 Caractéristiques d'amplitude et de fréquence de répétition

Les décharges corona ont une faible amplitude mais une fréquence élevée — elles se produisent à proximité du pic de chaque cycle de fréquence industrielle. Les décharges en suspension ont une amplitude élevée mais une fréquence potentiellement plus faible — celle-ci dépendant de la constante de temps de charge et de décharge de la particule en suspension. L'amplitude et la fréquence des décharges internes se situent entre les deux et évoluent progressivement au fil du temps.

3.3 Caractéristiques de l'évolution des tendances

Les décharges internes et les décharges de surface se développent généralement de manière progressive, se traduisant par une augmentation graduelle de l'amplitude ou de la fréquence des décharges. Les décharges en suspension peuvent survenir soudainement (en raison d'un desserrage mécanique ou d'un choc lors du transport) ; dès leur apparition, il convient de faire preuve d'une grande vigilance. Les décharges corona sont fortement influencées par les variations de tension et peuvent être plus marquées lors des périodes de fonctionnement à haute tension.

4. questions fréquemment posées

4.1 Question : Comment distinguer rapidement une décharge interne d'une décharge corona ?

Réponse : Il suffit d'observer la distribution des phases sur le spectre PRPD. L'effet corona se concentre autour des pics de tension du réseau (aux alentours de 90° et 270°), avec une asymétrie entre les demi-cycles positif et négatif. Les décharges internes sont réparties de manière relativement uniforme entre les demi-cycles positif et négatif. C'est la méthode de distinction la plus intuitive.

4.2 Question : Combien de temps faut-il généralement pour qu'une décharge superficielle évolue jusqu'à la rupture diélectrique ?

Réponse : Il n'y a pas de calendrier fixe ; cela dépend de l'intensité des décharges, du type de matériau isolant et de l'environnement d'exploitation. En cas de décharges de surface continues et de forte intensité, le carton isolant peut passer d'une carbonisation localisée à une rupture de l'isolation en l'espace de quelques mois à un ou deux ans. Par conséquent, dès qu'une tendance à l'aggravation des décharges de surface est constatée, il ne faut pas tarder à procéder à la maintenance.

4.3 Question : Est-il facile de confondre les décharges en suspension et les décharges internes au niveau des signaux ?

Réponse : Il n'y a pas de risque de confusion. L'amplitude des décharges en suspension est généralement bien supérieure à celle des décharges internes, et leur phase se concentre dans une plage spécifique. Si le spectre PRPD présente un signal de forte amplitude avec une distribution de phase étroite, il faut d'emblée penser à une décharge en suspension.

4.4 Question : Faut-il généralement traiter les décharges corona ?

Réponse : Des décharges corona légères peuvent ne pas nécessiter d'intervention immédiate, mais elles doivent être consignées et intégrées au plan de maintenance. Si l'amplitude des décharges corona augmente de manière continue ou si elles s'accompagnent d'autres types de décharges, il convient de procéder à un diagnostic dans les plus brefs délais. Les décharges corona peuvent accélérer la dégradation de l'huile isolante ; si elles ne sont pas traitées à long terme, elles peuvent nuire au niveau d'isolation global du transformateur.

4.5 Question : Dans l'analyse par chromatographie en phase liquide, on détecte de l'acétylène et, lors de la surveillance des décharges partielles, on observe des décharges. Quel est l'ordre dans lequel ces deux phénomènes se produisent ?

Réponse : La surveillance des décharges partielles permet de détecter les signaux de décharge avant la chromatographie en phase liquide. Lorsque de l'acétylène apparaît dans l'huile, cela signifie que les décharges ont déjà atteint un certain niveau d'énergie. La surveillance des décharges partielles offre donc une fenêtre d'alerte plus précoce que la chromatographie en phase liquide pour les défauts liés aux décharges.

5. résumé

La compréhension des types et des caractéristiques des décharges partielles est essentielle pour interpréter correctement les données de surveillance de ces décharges. Chaque type de décharge nécessite une stratégie d'intervention spécifique : les décharges en couronne peuvent faire l'objet d'une maintenance planifiée, les décharges de surface doivent être suivies de près, tandis que les décharges en suspension doivent être traitées immédiatement. Le système de surveillance des décharges partielles identifie automatiquement les types de décharges à l'aide du spectre PRPD, fournissant ainsi aux équipes d'exploitation et de maintenance une base précise pour leur évaluation.

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