Effets de la surtension sur un transformateur
Appliquer tension au-dessus du rating plaque signalétique d'un transformateur déclenche une cascade d'effets dommageables, principalement pilotés par saturation magnétique du noyau et pertcess excessives. Même surtension modeste (10–15 %) peut drastiquement raccourcir durée de vie.
Mécanismes dommages primaires
| Mécanisme | Physique | Conséquence |
|---|---|---|
| Saturation noyau | B ∝ V/f. Excès V pousse densité flux au-delà genou courbe B-H. | Courant magnétisant grimpe (10–100× normal), bourdonnement fort, vibrations. |
| Pertes noyau (hystérésis + courants Foucault) | Pnoyau ∝ B1,6–2 × f. Petite hausse V → forte hausse pertes. | Surchauffe rapide ; vieillissement thermique isolation (Arrhenius : +8–10°C divise vie par 2). |
| Pertes enroulements (I²R) | Surge courant magnétisant augmente pertes I²R primaire. | Chauffage additionnel enroulements et contacts. |
| Contrainte isolation | Tension plus élevée spire-à-spire, couche-à-couche, enroulement-à-terre. | Décharges partielles → amorçage → rupture diélectrique → court-circuit / incendie. |
| Forces mécaniques | F ∝ I². Courant magnétisant niveau court-circuit exerce forces radiales/axiales énormes. | Déformation enroulements, déplacement connexions, dommages serrage noyau. |
Effets selon durée
- Surtension transitoire (foudre, manœuvre) : Paratonnerres dévient énergie ; transformateur tient via Niveau Isolation de Base (BIL). Survit généralement si BIL adéquat.
- Surtension soutenue (erreur prise, défaillance AVR générateur, résonance) : Destructrice en secondes à minutes. Aucune protection sauf relais surtension amont (59) ou relais V/Hz.
Stratégies protection
- Réglage prises correct : Adapter prises primaire à tension système réelle.
- Relais surtension (59) : Déclenche disjoncteur amont à 110–115 % Vnominal avec délai.
- Relais Volts-par-Hertz (24) : Protège contre sur-excitation fréquence réduite (démarrage générateur, îlotage).
- Paratonnerres : Limite surtensions foudre/manœuvre sous BIL.
- DGA régulier (Analyse gaz dissous) : Détecte gaz thermiques/défaut surtension chronique.
Limites plaque signalétique
Transformateurs puissance standard (IEEE C57.12.00 / IEC 60076) autorisent fonctionnement continu à ±5 % tension nominale (si prises bien réglées). Certains autorisent 105 % durée limitée. Ne jamais dépasser 110 % sans analyse ingénierie.