Comment choisir un système de surveillance des lignes locales de transformateurs ? Comparaison des solutions ultrasoniques, HF et UHF

• méthode ultrasonique: Localisation de l'emplacement des décharges grâce à la détection des signaux ultrasonores (20 kHz à 300 kHz) générés par les décharges partielles. Les capteurs sont installés sur la paroi extérieure du réservoir d'huile ; ils sont sensibles aux décharges internes, mais leur sensibilité aux décharges corona est plus faible.
• méthode du courant à haute fréquence: Détecte les courants de décharge partielle (30 kHz à 30 MHz) à l'aide d'un transformateur de courant haute fréquence monté sur le conducteur de mise à la terre ; offre une sensibilité maximale et permet de capter les signaux de décharge partielle les plus faibles.
• Méthode UHF: Utilise une antenne ou une sonde pour capter les ondes électromagnétiques émises par les décharges partielles (300 MHz à 3 GHz) ; offre la meilleure résistance aux interférences et convient aux postes de transformation situés dans des environnements à fort champ électromagnétique
• Fusion multi-capteurs: Ces trois méthodes ont chacune leurs points forts : les ultrasons excellent en matière de localisation, les courants à haute fréquence en matière de sensibilité et les ultra-hautes fréquences en matière de résistance aux interférences ; cette solution combinée couvre le plus grand nombre de cas de figure.

1. Principes et caractéristiques des trois méthodes d'analyse

2. Recommandations de sélection en fonction des cas d'utilisation

2.1 Solution à capteur unique — Une solution économique pour débuter

Si votre budget est limité et que vous n'avez besoin que d'une fonction de détection précoce des décharges partielles de base, la solution à capteur ultrasonique unique est l'option la plus simple. Son installation est très pratique : il suffit de coller le capteur directement sur la paroi du réservoir d'huile. Elle convient à la surveillance de base des transformateurs de distribution de 35 kV et moins. Ses limites résident dans le fait qu'elle n'est pas sensible aux décharges en couronne et qu'elle ne permet pas de distinguer les différents types de décharges.

2.2 Solution à double capteur — Le choix au meilleur rapport qualité-prix

La combinaison ultrasons + courant haute fréquence est la plus couramment utilisée. Le capteur de courant haute fréquence assure une détection très sensible des signaux, tandis que le capteur à ultrasons fournit une référence pour la localisation des décharges. Ces deux technologies se complètent et couvrent l'essentiel des types de décharges partielles couramment observées sur les transformateurs. Cette solution est adaptée aux besoins de surveillance des décharges partielles sur les transformateurs principaux des postes de transformation urbains de 110 kV.

2.3 Solution de fusion de trois capteurs — Configuration haut de gamme

La solution triple combinant ultrasons, courant haute fréquence et ultra-haute fréquence constitue la configuration phare pour la surveillance des décharges partielles. Les signaux des trois capteurs sont analysés et fusionnés au sein de l'unité de diagnostic : le courant haute fréquence capte les signaux faibles, les ultrasons facilitent la localisation et les ultra-hautes fréquences filtrent les interférences environnementales. Cette solution est adaptée aux postes de transformation centraux de 220 kV et plus, ainsi qu'aux applications exigeant les plus hauts niveaux de surveillance des décharges partielles.

3. L'intérêt de la fusion multisensorielle

L'utilisation de plusieurs capteurs ne se résume pas à un simple affichage parallèle des données ; l'essentiel réside dans la fusion des données. Lorsque deux capteurs ou plus détectent des signaux de décharges partielles au cours d'une même fenêtre temporelle, cela permet d'améliorer considérablement la fiabilité des signaux et d'écarter les fausses alertes provenant d'un seul capteur. Par ailleurs, les différents capteurs présentent des sensibilités complémentaires vis-à-vis des différents types de décharges : les ultrasons sont sensibles aux décharges dans les espaces d'air internes, les courants haute fréquence sont sensibles aux courants impulsionnels dans les circuits de mise à la terre, et les ultra-hautes fréquences sont sensibles aux décharges précurseurs d'arcs de haute énergie.

L'algorithme de diagnostic fusionne les caractéristiques des signaux provenant des trois capteurs pour fournir des conclusions de diagnostic plus précises et plus complètes que celles obtenues avec un seul capteur : c'est là que réside la valeur ajoutée de la solution multicapteurs.

4. questions fréquemment posées

4.1 Question : Parmi les trois solutions de capteurs, laquelle convient le mieux aux transformateurs anciens ?

Réponse : L'isolation des transformateurs anciens est déjà fragilisée, ce qui augmente le risque de décharges partielles. Il est recommandé d'utiliser au minimum une solution à double capteur combinant ultrasons et courant haute fréquence : la haute sensibilité du courant haute fréquence, qui détecte les signaux de décharges partielles, permet une alerte précoce optimale. Si le budget le permet, une solution « trois-en-un » offre une sécurité encore plus grande.

4.2 Question : Les capteurs à ultrasons nécessitent-ils un agent de couplage ?

Réponse : Lors de l'installation, il est nécessaire d'appliquer un agent de couplage spécifique afin d'éliminer les poches d'air entre le capteur et la paroi du réservoir, et d'assurer ainsi un bon couplage acoustique. Certains systèmes utilisent un système de fixation magnétique ; l'agent de couplage est pré-appliqué sur la surface de contact du capteur, ce qui permet une utilisation immédiate après l'installation.

4.3 Question : Les capteurs UHF et les capteurs à ultrasons peuvent-ils se substituer les uns aux autres ?

Réponse : Non. Les principes physiques des deux technologies sont totalement différents : elles détectent des signaux physiques distincts générés par les décharges partielles (ondes électromagnétiques vs ondes sonores), et leurs bandes de fréquences ne se chevauchent pas. Dans un environnement soumis à de fortes interférences électromagnétiques, les avantages de l'UHF en matière de résistance aux interférences sont irremplaçables ; en revanche, pour la localisation des décharges partielles, la précision des ultrasons est tout aussi irremplaçable.

4.4 Question : Quel est l'emplacement le plus approprié pour installer un capteur de courant à haute fréquence ?

Réponse : Ils sont généralement installés sur le conducteur de mise à la terre du noyau du transformateur, sur le conducteur de mise à la terre des serre-câbles ou sur le conducteur de mise à la terre du point neutre. Les signaux de décharges partielles captés à différents emplacements proviennent de sources différentes ; un système multicanaux permet d'installer des capteurs à plusieurs endroits simultanément, ce qui aide à déterminer la direction de la source de décharge grâce au temps de propagation des signaux.

4.5 Question : Faut-il choisir le système offrant le plus grand nombre de canaux ?

Réponse : Le nombre de canaux détermine le nombre de capteurs pouvant être connectés simultanément. Un système à 4 canaux suffit déjà à répondre aux besoins de la plupart des transformateurs principaux de 110 kV (par exemple, 2 capteurs à ultrasons + 2 capteurs haute fréquence). Un système à 6 canaux convient aux transformateurs de grande taille de 220 kV et plus, ou aux situations nécessitant une surveillance à plusieurs emplacements. Il suffit de trouver le bon équilibre entre les spécifications et le budget ; ce n'est pas parce qu'il y en a plus que c'est forcément mieux.

5. résumé

Le choix du modèle doit se faire en fonction des besoins : privilégiez les ultrasons pour la localisation, les courants à haute fréquence pour la sensibilité et les très hautes fréquences pour la résistance aux interférences. Une combinaison de deux capteurs répond à la plupart des besoins, tandis que la fusion de trois capteurs offre une protection optimale.

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