Isolation et diélectrique
L’essai de résistance d’isolement du noyau mesure la résistance entre le noyau d’un transformateur et sa cuve ou sa structure une fois la mise à la terre du noyau levée. Il montre si le noyau n’est à la terre qu’au point prévu ou s’il a acquis une seconde mise à la terre pouvant causer un courant de circulation et un échauffement local.
L’essai de résistance d’isolement du noyau vérifie l’isolation qui sépare le noyau magnétique d’un transformateur de sa cuve, de sa structure et de ses éléments de serrage. Un noyau de transformateur est fait de minces tôles d’acier qui doivent être maintenues à un potentiel électrique défini; il est donc volontairement relié à la terre en un seul point. Partout ailleurs, il doit être isolé de la cuve et des brides de serrage. L’essai ouvre cette unique connexion prévue et emploie un appareil d’essai d’isolement pour mesurer la résistance du noyau à la terre. Une lecture élevée signifie que le noyau est isolé partout sauf à la mise à la terre normale. Une lecture basse signifie qu’il existe un second chemin vers la terre, qui peut être un débris faisant pont, une feuille isolante endommagée, une pièce déplacée ou de la contamination. L’essai se fait sur les transformateurs de puissance et de distribution immergés dans le liquide lorsqu’une connexion de terre du noyau est ramenée à l’extérieur, ainsi que sur les gros transformateurs de type sec refroidis par air dont on peut atteindre l’isolation du noyau et des brides. C’est une mesure simple et rapide qui appuie l’ensemble plus vaste des essais électriques d’un transformateur, y compris les essais d’isolation des enroulements et l’essai de courant d’excitation.
Un noyau mis à la terre à deux endroits forme une boucle fermée avec la cuve ou la structure. Le flux magnétique alternatif du transformateur enlace cette boucle et y induit un courant de circulation, lequel échauffe les tôles, la connexion de terre ainsi que l’isolant et l’huile à proximité. L’échauffement est local et peut être considérable; il peut dégrader le liquide isolant et produire des gaz combustibles qui apparaissent dans l’analyse des gaz dissous bien avant que quoi que ce soit se voie de l’extérieur. Au pire, l’échauffement endommage davantage l’isolation du noyau, brûle la tresse de terre ou mène à une défaillance. Une autre raison de l’essai tient à la sécurité de l’agencement. Un noyau qui n’est pas du tout à la terre peut prendre un potentiel flottant et se décharger vers la cuve. Trouver une seconde mise à la terre à la réception, avant la mise sous tension de l’unité, permet de la retracer et de l’éliminer pendant que le fabricant ou l’installateur est encore disponible. La trouver en entretien, lorsque l’analyse des gaz ou les tendances de température désignent un point chaud, aide à distinguer un défaut du noyau d’autres causes d’échauffement.
Le noyau et ses brides sont isolés de la cuve par de minces feuilles, des revêtements et des entretoises. Les essais d’isolement reposent sur l’application d’une tension continue et la mesure du petit courant qui traverse cette isolation. Lorsque l’isolation est intacte, le courant est très faible et la résistance est très élevée. Si une particule métallique, un bout de fil, une pièce pliée, un dépôt conducteur ou une isolation endommagée crée un second chemin, la résistance chute brusquement. La lecture mesure le chemin, non la qualité d’un matériau en particulier, et une valeur basse proche de zéro signifie un contact franc, tandis qu’une valeur modérée indique un film conducteur ou de la contamination, qui peut être de l’humidité, des boues ou de la poussière métallique. Comme le flux du transformateur est intense, même une seconde mise à la terre modeste peut entretenir un courant de circulation notable, et c’est pourquoi cette mesure simple est si utile. La tension continue employée est choisie pour solliciter modérément l’isolation du noyau sans endommager l’isolant mince. L’humidité, la qualité de l’huile et la température influent sur le résultat, d’où la consignation des conditions. Dans certains cas, une lecture transitoire apparaît parce qu’un pont conducteur brûle et se dégage à l’application de la tension d’essai.
Le transformateur est mis hors tension, isolé de toute source et mis à la terre selon les procédures de cadenassage et de permis du propriétaire, et les enroulements sont mis à la terre par mesure de sécurité. La connexion de terre du noyau est repérée. Sur bien des unités immergées dans le liquide, elle est ramenée à l’extérieur par une petite traversée ou une borne accessible sur le couvercle ou la cuve; sur d’autres, on l’atteint par un trou de main ou une ouverture d’inspection; sur les unités de type sec, elle est accessible aux brides du noyau ou à la structure. La tresse de terre prévue du noyau est débranchée pour que le noyau soit isolé, une étape à ne jamais oublier, car un transformateur ne doit pas être mis sous tension avec son noyau non relié à la terre. Un appareil d’essai d’isolement réglé à une tension d’essai appropriée à la construction est branché entre la borne du noyau et la cuve ou la structure. La tension est appliquée pendant la brève période que demande la procédure, la lecture est prise et le circuit est déchargé. Lorsque plusieurs terres ont été ramenées à l’extérieur, par exemple le noyau, les brides de la structure et la liaison entre le noyau et les brides, chacune est mise à l’essai séparément. Après la mesure, la connexion de terre du noyau est rétablie, serrée et vérifiée par un essai de continuité, et la cuve, la température de l’huile ou du milieu et l’humidité sont notées. La lecture est comparée à l’essai d’usine et aux essais antérieurs de la même unité.
Le relevé comprend la résistance d’isolement mesurée entre le noyau et la cuve ou la structure, et pour chaque terre supplémentaire du noyau ou des brides mise à l’essai séparément, avec la tension d’essai appliquée et la durée de son application. Il consigne la température de l’huile ou du milieu, l’humidité relative, la façon dont la terre du noyau a été levée et l’état de la connexion, l’instrument et son état d’étalonnage, ainsi que la confirmation du rétablissement de la connexion de terre. Le niveau d’huile ou une référence aux résultats d’analyse des gaz connexes est noté au besoin. Ces éléments aident un lecteur ultérieur à comparer équitablement les résultats et à confirmer que l’unité est retournée en service avec son noyau à la terre.
Aucune valeur isolée ne décide si l’isolation du noyau est acceptable, et cette page n’en donne aucune. La lecture se juge par plusieurs observations employées ensemble. La première est le niveau absolu de résistance, lu en regard des recommandations publiées pour le type d’équipement, ANSI/NETA ATS-2025 pour les essais de réception et ANSI/NETA MTS-2023 pour les essais d’entretien, et en regard du résultat de l’essai d’usine du fabricant. Une lecture proche de zéro indique une seconde terre franche, alors qu’une lecture très élevée est la condition attendue. La deuxième est la tendance par rapport aux résultats antérieurs du même transformateur, où une baisse importe même si la lecture demeure élevée. La troisième est la comparaison entre les diverses voies d’isolement du noyau et des brides de la même unité, où l’une qui se démarque des autres suggère où se situe le problème. La quatrième est la corrélation avec d’autres indices, dont l’analyse des gaz dissous, les profils de température, le courant d’excitation et les résultats de facteur de puissance de l’isolant. La cinquième est la stabilité de la lecture, puisqu’une valeur qui dérive ou saute pendant l’essai suggère un pont conducteur ou de l’humidité. L’essai est présenté comme facultatif dans certaines sections des normes; la pratique du propriétaire et les recommandations du fabricant comptent donc. Reportez-vous à votre propre exemplaire sous licence des normes citées pour le texte qui fait autorité.
Les essais de réception et d’entretien diffèrent par leur but. À la réception, la mesure confirme que l’isolation du noyau a survécu au transport, à la manutention et à l’installation, et le résultat s’ajoute au dossier d’usine comme référence. En entretien, elle se fait lorsqu’un transformateur montre des signes d’échauffement ou une production anormale de gaz, après une inspection interne ou une réparation, et parfois selon un calendrier. La construction change l’accès. Sur les transformateurs immergés dans le liquide, la terre du noyau peut être ramenée à une borne externe, auquel cas l’essai se fait sans ouvrir la cuve, ou elle peut se trouver à l’intérieur, où on ne l’atteint que par une ouverture, et le travail est planifié en conséquence. Sur les grosses unités de type sec refroidies par air, le noyau et ses brides sont directement accessibles. Certains transformateurs ont des sections de noyau isolées séparément, ou des terres de noyau et de structure ramenées séparément, et chaque voie est mise à l’essai. La tension d’essai et l’évaluation dépendent de la conception de l’unité et des recommandations du fabricant. Dans tous les cas, la terre doit être rétablie avant la mise sous tension de l’unité, et la mesure complète la résistance d’isolement des enroulements, le facteur de puissance, le courant d’excitation et l’analyse des gaz, sans les remplacer.
Les catégories d’équipement et les articles de norme qui exigent cet essai, et les formulaires de UltraDb qui le comportent.
Un noyau mis à la terre à deux endroits forme une boucle fermée avec la cuve, et le flux alternatif du transformateur y induit un courant de circulation. Ce courant cause un échauffement local et peut dégrader l’huile et l’isolant. Un seul point de mise à la terre garde le noyau à un potentiel défini sans créer de boucle.
Cela signifie qu’il existe un chemin supplémentaire entre le noyau et la cuve ou la structure, comme des débris, une pièce déplacée, un isolant endommagé ou de la contamination. Une lecture proche de zéro suggère un contact franc. L’unité exige un examen plus poussé, souvent avec l’analyse des gaz et les données de température, et la cause doit être trouvée et corrigée.
Non. La terre du noyau n’est ouverte que pour la mesure et doit être rétablie et vérifiée avant la mise sous tension du transformateur. Un noyau laissé sans mise à la terre peut prendre un potentiel flottant et se décharger vers la cuve. Le rétablissement de la connexion doit être consigné dans le cadre de l’essai.
La mesure d’isolement elle-même exige que la terre du noyau soit levée et qu’une tension continue soit appliquée; elle se fait donc transformateur hors tension et isolé. D’autres méthodes, comme la mesure du courant dans la tresse de terre du noyau, peuvent révéler une seconde terre sur un transformateur en service.
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