Relais Buchholz : Détection et protection défauts transformateur
Qu'est-ce qu'un relais Buchholz ?
Un relais Buchholz est un relais de protection actionné par gaz et huile installé dans le tuyau du conservateur de transformateurs immergés huile (typiquement > 500 kVA). Il détecte les défauts internes naissants en détectant accumulation gaz et vague huile, donnant alarme précoce et déclenchement avant défaillance catastrophique.
Construction et principe fonctionnement
- Emplacement : Dans tuyau reliant cuve principale au conservateur (vase expansion).
- Deux flotteurs / Contacteurs :
- Flotteur supérieur (Accumulateur gaz) : Défaut partiel → génération gaz lente (décomposition huile/cellulose) → bulles gaz montent → niveau huile dans relais baisse → flotteur descend → Contact alarme ferme.
- Flotteur inférieur (Vague huile / Clapet) : Défaut majeur → génération gaz rapide + vague pression huile → huile jaillit vers conservateur → clapet/flotteur actionné → Contact déclenchement ferme (instantané ou temporisé).
- Prise échantillonnage gaz : Robinet pour prélever gaz analyse chromatographique (DGA) — identifie type défaut (thermique, électrique, décharge partielle).
- Robinet test : Permet injection gaz manuelle pour test fonctionnel.
Défauts détectés
| Type défaut | Génération gaz | Réponse relais | Gaz clés (DGA) |
|---|---|---|---|
| Décharge partielle (Corona) | Lente, faible volume | Alarme (flotteur sup.) | H₂, CH₄, C₂H₄ (basse énergie) |
| Point chaud / Dégradation thermique | Modérée, soutenue | Alarme → Déclenchement si persistant | CH₄, C₂H₆, CO, CO₂ |
| Arc / Court-circuit | Violente, volume/pression élevés | Déclenchement (clapet inf.) — millisecondes | C₂H₂ (acétylène), H₂, CH₄ |
| Défaut isolation boulons noyau | Lente, localisée | Alarme | CH₄, C₂H₆, CO |
| Défaut changeur prises (dans cuve sélecteur) | Variable | Relais séparé ou connexion tuyau | C₂H₂, H₂ |
Actions protectrices
- Alarme : Notification SCADA/RTU → opérateur investigate (DGA, thermographie, tests électriques).
- Déclenchement : Déclenchement direct disjoncteurs HT & BT (verrouillage 86). Isole transformateur instantanément.
- Analyse gaz : DGA routine + échantillonnage gaz relais → suivi tendances (IEEE C57.104 / CEI 60599).
Limites & considérations
- Uniquement transformateurs immergés huile avec conservateur. Pas pour type sec, cuve étanche, hermétique.
- Faux déclenchements : Vague huile par court-circuit externe (défaut traversant), changement charge rapide, événement sismique. Atténuation : temporisation (0,1–0,5 s) contact déclenchement.
- Insensibilité : Génération gaz très lente (PD mineure) peut ne pas accumuler assez pour déclencher alarme avant diffusion.
- Maintenance : Test fonctionnel annuel (injection gaz), inspection visuelle, nettoyage contacts, vérifier liberté flotteurs.
Compléments modernes
- Moniteurs DGA en ligne : Mesure gaz continue (Vaisala, Morgan Schaffer, Kelman) — détection plus précoce que relais.
- Capteurs température fibre optique : Surveillance point chaud enroulements (Neoptix, Rugged Monitoring).
- Surveillance chemises : Tangente delta, capacitance, décharge partielle.
Résumé
Le relais Buchholz est une sentinelle mécanique basée physique protégeant transformateurs depuis 100+ ans. Il reste le déclenchement défaut interne principal pour transformateurs à conservateur, complété — non remplacé — par moniteurs électroniques modernes.