Rapport, polarité et magnétisme
L’essai de réactance de fuite court-circuite un enroulement et applique une faible tension alternative à un autre afin de mesurer la réactance du flux magnétique qui n’embrasse qu’un seul enroulement. Comme elle dépend de la géométrie des enroulements, un écart par rapport à la plaque signalétique ou aux résultats antérieurs peut révéler un déplacement ou une déformation des enroulements.
La réactance de fuite est la part de l’impédance d’un transformateur causée par le flux magnétique qui embrasse un enroulement sans embrasser l’autre, c’est-à-dire le flux qui se disperse dans l’espace entre les enroulements et autour d’eux. L’essai la mesure en court-circuitant les bornes d’un enroulement, en appliquant une tension alternative réduite à un autre enroulement et en mesurant le courant et la tension obtenus, d’où l’on tire l’impédance et la réactance. On l’appelle aussi mesure de l’impédance de court-circuit, et le résultat s’exprime couramment par phase ou en pourcentage de la base du transformateur. Il s’emploie sur les transformateurs de puissance et de distribution à liquide, sur les régulateurs de tension à échelons et sur l’enroulement série des unités à changeur de prises en charge. Les normes le présentent comme un essai facultatif dans plusieurs séquences, appliqué lorsque le propriétaire souhaite une vérification supplémentaire de l’intégrité mécanique des enroulements ou lorsqu’on établit une référence pour une unité susceptible de subir plus tard des défauts ou un déplacement.
La réactance de fuite est fixée par les dimensions et l’espacement des enroulements. Quand un enroulement est déplacé, bombé, comprimé ou télescopé par les forces d’un court-circuit, par une manutention brutale pendant le transport ou par un séisme, la géométrie change, et avec elle le flux de fuite et la réactance mesurée. L’essai devient ainsi un indicateur sensible de dommages mécaniques que de simples essais de rapport ou d’isolement ne révèlent pas. Déceler tôt le mouvement d’un enroulement permet au propriétaire de retirer un transformateur du service pour l’inspecter avant une défaillance électrique plutôt qu’après. L’essai est aussi précieux pour confirmer qu’une unité de remplacement ou réparée correspond à la conception, que les enroulements d’une unité polyphasée sont cohérents entre eux et qu’un régulateur n’a pas été endommagé par un défaut traversant. Relever un écart à la mise en service établit la référence à laquelle les changements ultérieurs seront comparés.
Dans un transformateur idéal, tout le flux produit par un enroulement embrasse l’autre. Dans un transformateur réel, une partie du flux se disperse dans l’espace entre les enroulements ainsi que dans l’isolation, l’huile et la structure environnante. Ce flux de fuite se comporte comme une inductance en série avec l’enroulement, qui est la réactance de fuite. Lorsqu’un enroulement est court-circuité, la tension nécessaire pour faire circuler un courant dans le transformateur est limitée par cette impédance série, surtout réactive, à laquelle s’ajoute une petite part résistive due à la résistance de l’enroulement. Une faible tension appliquée produit donc un courant mesurable, et le rapport des deux donne l’impédance. Comme la réactance est surtout déterminée par la géométrie des enroulements, notamment l’espace radial et la hauteur, elle demeure constante pour une unité saine et se déplace si les enroulements bougent. Puisque, à cette basse tension, le noyau n’est pas poussé vers la saturation, la mesure reflète seulement les enroulements et elle est relativement insensible à l’état du noyau.
Le transformateur est mis hors tension, isolé et mis à la terre selon les procédures de sécurité du propriétaire, les raccordements externes étant retirés des traversées. Le changeur de prises est placé à une position définie, qui est notée, car les spires actives, et donc la réactance, en dépendent. Pour chaque phase, un enroulement est court-circuité avec un conducteur de calibre adéquat et un bon contact, car la résistance du court-circuit influe sur le résultat. Une source alternative à basse tension est raccordée à l’autre enroulement, et l’on mesure la tension, le courant et, si l’instrument le permet, la puissance. Les unités triphasées peuvent être mises à l’essai phase par phase ou avec une source triphasée selon le couplage de l’unité et l’instrument employé. Les appareils d’essai conçus à cet effet calculent automatiquement l’impédance et la réactance et les rapportent en ohms ou en pourcentage. La mesure est reprise sur chaque phase et aux positions de prise exigées par la procédure, y compris celles de l’enroulement série d’un régulateur. Les essais qui magnétisent le noyau sont planifiés après celui-ci, afin que le magnétisme rémanent n’influe pas sur la lecture. L’étalonnage de l’instrument, la température des enroulements et les raccordements utilisés sont consignés.
Le relevé indique l’unité et la paire d’enroulements mises à l’essai, la phase, la position de prise, ainsi que la source et la disposition de mesure. Il contient l’impédance ou la réactance mesurée pour chaque phase, dans les unités rapportées par l’instrument ou converties à la même base que la plaque signalétique, avec la tension et le courant de source appliqués. L’instrument et son état d’étalonnage, la date, la température des enroulements et les conditions ambiantes sont consignés. L’état constaté de l’unité est décrit, par exemple neuve d’usine, récemment transportée ou revenue d’un défaut. Le relevé conserve la configuration afin que le même essai puisse être repris à l’identique plus tard.
Les résultats se jugent par comparaison et non par une limite absolue, et cette page n’en donne aucune. La valeur mesurée est comparée à l’impédance de la plaque signalétique ou au rapport d’essais d’usine, et une concordance étroite est attendue pour une unité dont les enroulements sont intacts. Les valeurs des trois phases sont comparées entre elles, car une phase qui diffère des autres évoque une déformation locale de l’enroulement. La comparaison avec les résultats antérieurs de la même unité, pris dans la même configuration, est la forme d’évaluation la plus sensible, puisqu’un changement graduel ou soudain signale un déplacement. Un écart s’interprète avec d’autres indices, comme l’analyse de la réponse en fréquence, l’analyse des gaz dissous et le courant d’excitation, chacun éclairant un aspect différent de la même unité. La méthode de comparaison et le traitement des régulateurs sont couverts par IEEE C57.15-2017, et ANSI/NETA ATS-2025 et ANSI/NETA MTS-2023 présentent la réactance de fuite comme un essai facultatif; reportez-vous à vos exemplaires sous licence pour les valeurs et les critères.
À la réception, la réactance de fuite est parfois effectuée pour confirmer l’unité par rapport aux données d’usine et établir une référence, et elle s’applique plus souvent aux unités plus grandes ou plus critiques. À l’entretien, elle sert après un défaut traversant, un déplacement ou tout événement qui aurait pu bouger les enroulements, et lorsque d’autres essais, comme l’analyse de la réponse en fréquence, donnent un résultat douteux. Les régulateurs de tension à échelons sont mis à l’essai à travers l’enroulement série à chaque position de prise d’intérêt, et les unités à changeur de prises en charge sont mises à l’essai avec le changeur à des positions définies. Les transformateurs triphasés à enroulements en triangle ou en zigzag exigent que la disposition de l’essai corresponde au couplage. Les petits transformateurs de distribution se traitent vite avec un appareil portatif, alors que les grands transformateurs de puissance demandent une source de plus grande capacité et du soin dans les raccordements. Le cas le plus instructif demeure toujours la comparaison avec le résultat antérieur de la même unité.
Les catégories d’équipement et les articles de norme qui exigent cet essai, et les formulaires de UltraDb qui le comportent.
Elle reflète la géométrie des enroulements, parce que le flux de fuite dépend des espaces et des dimensions entre eux et autour d’eux. Un écart par rapport à la plaque signalétique ou à une mesure antérieure peut indiquer qu’un enroulement s’est déplacé, bombé ou comprimé, souvent après un défaut traversant ou un transport brutal.
L’impédance de court-circuit comprend la partie réactive de fuite et une partie résistive plus faible due à la résistance de l’enroulement. Pour les transformateurs de puissance, la partie réactive domine, de sorte que les deux termes s’emploient souvent l’un pour l’autre, et la mesure est la même : court-circuiter un enroulement, appliquer une basse tension à un autre et mesurer.
Le nombre de spires actives varie avec la position de la prise, et avec lui la géométrie et la réactance. Une comparaison n’est équitable qu’entre des résultats pris sur la même prise; la position est donc notée et la même est utilisée chaque fois qu’un essai ultérieur est comparé à un essai antérieur.
Les spécifications publiées de réception et d’entretien le présentent comme un essai facultatif pour plusieurs types d’équipement. Les propriétaires l’appliquent généralement aux unités plus grandes ou plus critiques, ou lorsqu’un déplacement des enroulements est soupçonné. Consultez la norme applicable et la spécification du propriétaire pour connaître l’exigence de chaque projet.
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