Rapport, polarité et magnétisme
L’analyse de la réponse en fréquence par balayage injecte un signal de basse tension dans un enroulement du transformateur sur une vaste plage de fréquences et trace la réponse. La courbe obtenue est une empreinte des enroulements et du noyau : un écart par rapport à une courbe antérieure peut révéler un déplacement d’enroulement ou une déformation du noyau sans ouvrir la cuve.
L’analyse de la réponse en fréquence par balayage, souvent désignée par le sigle anglais SFRA, est un essai électrique qui vérifie l’intégrité mécanique du noyau et des enroulements d’un transformateur de puissance sans ouvrir la cuve. Un signal de basse tension est injecté à une borne et sa fréquence est balayée sur une large plage, pendant que la réponse est mesurée à une autre borne. L’appareil trace le rapport entre la réponse et l’entrée en fonction de la fréquence, ce qui produit une courbe qui sert d’empreinte de la géométrie interne du transformateur. Les enroulements, le noyau et les connexions forment ensemble un réseau d’inductances, de capacités et de résistances, et tout changement physique de ce réseau modifie la courbe. Plusieurs courbes sont relevées sur chaque transformateur, couvrant tour à tour chaque enroulement, les connexions en circuit ouvert et en court-circuit, ainsi que les différentes phases. L’essai s’applique surtout aux transformateurs de puissance, mais aussi aux bobines d’inductance et à d’autres équipements bobinés. On l’apprécie parce qu’il peut révéler des dommages que les autres essais électriques courants laissent souvent passer, comme un enroulement déplacé qui n’a pas encore cédé électriquement.
Un transformateur peut être déformé sans le moindre signe extérieur. Les courants de court-circuit liés à des défauts à proximité engendrent des forces mécaniques très importantes dans les enroulements, et un transport brutal, un déplacement ou un événement sismique peuvent relâcher le serrage des enroulements ou déplacer un enroulement ou le noyau. Une telle déformation échappe souvent aux essais électriques courants, comme le rapport de transformation et la résistance des enroulements, et pourtant elle fragilise l’appareil, car un enroulement déplacé a moins de marge face au prochain défaut et peut présenter des distances réduites qui favorisent une défaillance diélectrique ultérieure. L’analyse de la réponse en fréquence permet de poser directement la question. On y recourt donc pour établir une référence quand le transformateur est neuf ou mis en service, après un transport ou un déplacement, après un défaut traversant ou un autre événement sévère, et quand d’autres indices laissent croire que quelque chose a changé à l’intérieur. Une comparaison concluante peut éviter une inspection interne inutile, et un écart net peut en justifier une avant la remise en service du transformateur.
Tout transformateur est, sur le plan électrique, un réseau en échelle d’inductances et de capacités couplées : les spires de chaque enroulement, les espaces entre enroulements, le noyau et la cuve y contribuent tous. Lorsqu’un signal de basse tension est balayé en fréquence, la réponse de ce réseau dépend de l’agencement de ses éléments, de sorte que la courbe mesurée est une fonction de la géométrie. Si un enroulement se déplace, se comprime ou se bombe, ou si le noyau se déforme ou se met à la terre à un endroit imprévu, les capacités et les inductances changent, et la courbe avec elles. Les différentes zones de la plage de fréquences sont sensibles à des caractéristiques différentes. La zone la plus basse est dominée par le noyau et son aimantation, et elle réagit à la déformation du noyau, aux spires en court-circuit et au magnétisme rémanent. La zone intermédiaire reflète l’interaction entre les enroulements et tend à révéler leur déplacement ou leur déformation les uns par rapport aux autres. La zone la plus haute dépend des extrémités des enroulements, des connexions et du raccordement des câbles de mesure, et elle réagit à la position des conducteurs et aux problèmes du montage d’essai lui-même. Comme la courbe est un outil de comparaison, son sens vient d’une référence et non d’une courbe prise isolément.
Le transformateur est mis hors tension, isolé et mis à la terre selon les procédures de sécurité du propriétaire, et les raccordements externes, comme les jeux de barres, les câbles et les parafoudres, sont retirés des traversées afin de ne mesurer que le transformateur. L’appareil est raccordé aux bornes avec les câbles de mesure blindés prévus à cet effet. Les mises à la terre des blindages sont faites par des liaisons courtes et solides à la bride de la traversée ou à la cuve, à la base de chaque traversée, car des mises à la terre longues ou lâches déforment l’extrémité haute de la courbe et empêchent une comparaison juste. La position du changeur de prises est choisie et notée, et la même position est utilisée chaque fois qu’une comparaison est prévue. Les essais sont organisés de façon à mesurer chaque enroulement en circuit ouvert, puis les configurations en court-circuit et entre enroulements s’ajoutent selon la procédure. Un second balayage aide à confirmer que la courbe est reproductible avant de déplacer les câbles. Les essais qui aimantent le noyau, comme la mesure de résistance des enroulements en courant continu, sont prévus après le balayage en fréquence afin que le magnétisme rémanent n’altère pas la zone basse. Tout ce qui touche au montage, y compris la position des câbles et l’identité de l’appareil, est consigné pour que le prochain essai puisse être mené de la même manière.
Le dossier comprend les courbes de chaque connexion mesurée, ainsi que les renseignements nécessaires pour répéter l’essai : le transformateur et le couplage de ses enroulements, la position du changeur de prises, la configuration de chaque balayage, l’appareil et ses réglages, les câbles et les mises à la terre utilisés, et la date. On y note aussi l’état du transformateur à ce moment, par exemple s’il était rempli d’huile, récemment transporté ou tout juste retiré du service, de même que la raison de l’essai. Ces renseignements sont importants parce qu’une courbe peut différer pour des motifs étrangers aux enroulements, comme une autre position du changeur de prises, une autre disposition des câbles ou le magnétisme rémanent, et la personne qui l’examine en a besoin pour distinguer un changement réel d’une différence de montage.
L’interprétation est une comparaison, et cette page ne donne volontairement aucune limite d’acceptation ou de rejet. La référence privilégiée est une courbe antérieure du même transformateur, habituellement relevée en usine ou à la mise en service, dans la même configuration. En l’absence de référence, on peut comparer la courbe à celle d’un transformateur jumeau de même conception, ou entre les phases du même transformateur, où des enroulements semblables devraient donner des courbes semblables. Dans chaque cas, on observe à quel point les courbes se superposent et à quel endroit elles s’écartent. Les écarts dans la zone basse orientent vers le noyau, ceux de la zone intermédiaire vers le déplacement ou la déformation des enroulements, et ceux de la zone haute vers les conducteurs, les connexions ou le montage d’essai. De faibles écarts peuvent avoir des explications bénignes, tandis qu’un écart plus grand ou croissant appelle une enquête plus poussée. Les méthodes de comparaison et le jugement des écarts sont exposés dans des guides publiés sur l’analyse de la réponse en fréquence. ANSI/NETA ATS-2025 et ANSI/NETA MTS-2023 incluent l’essai parmi les essais électriques des transformateurs à isolant liquide, à la réception et à l’entretien; reportez-vous à votre propre exemplaire sous licence pour savoir comment chacune traite l’essai et ses résultats.
Le cas le plus instructif est l’essai comparé à une courbe antérieure du même transformateur, ce qui justifie de relever une référence en usine ou à la mise en service. À défaut, un transformateur jumeau ou les autres phases offrent une référence plus faible, et les conclusions doivent être plus prudentes. L’objectif modifie l’usage de l’essai : après un transport ou un déplacement, il vérifie que l’appareil est arrivé intact; après un défaut traversant, il demande si les enroulements ont bougé; et comme mesure périodique, il suit les changements lents. La construction modifie les courbes. Les transformateurs triphasés à enroulements en triangle, les autotransformateurs et les transformateurs à enroulement tertiaire donnent des courbes différentes de celles d’un transformateur simple à deux enroulements, et la position du changeur de prises peut altérer le résultat. Les bobines d’inductance et les autres équipements bobinés se mesurent dans le même esprit, avec leurs propres courbes de référence. Dans tous les cas, la configuration doit correspondre exactement à celle de la référence.
Les catégories d’équipement et les articles de norme qui exigent cet essai, et les formulaires de UltraDb qui le comportent.
Elle vise les changements mécaniques à l’intérieur du transformateur : enroulements déplacés, bombés ou déformés, déformation du noyau, serrage relâché et certains problèmes de mise à la terre. Ils peuvent survenir après un transport, un déplacement ou un court-circuit à proximité, et échappent souvent aux essais de rapport et de résistance jusqu’à la défaillance du transformateur.
L’essai fonctionne par comparaison; la meilleure référence est donc le même transformateur, dans la même configuration, à un moment antérieur. Une courbe d’usine ou de mise en service permet d’attribuer un écart ultérieur au transformateur et non à la variation entre conceptions. Sans elle, les transformateurs jumeaux ou les autres phases offrent une comparaison plus faible.
L’extrémité haute de la courbe est sensible au montage de mesure lui-même. Des mises à la terre longues ou lâches, des câbles déplacés ou une autre position du changeur de prises peuvent altérer la courbe et passer pour un dommage; les raccordements sont donc faits de la même façon à chaque essai et consignés.
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