Surveillance de transformateurs électriques isolés à l’aide de capteurs à fibres optiques

Les transformateurs électriques isolés constituent l’un des investissements les plus critiques et les plus coûteux dans les systèmes actuels de transmission et de distribution d’électricité. Leur fiabilité dépend généralement de leur état d’isolation.

Tout défaut critique négligé généré à l’intérieur d’un transformateur de puissance peut entraîner une défaillance catastrophique du transformateur qui pourrait non seulement causer une perturbation du système électrique mais aussi des dommages importants aux équipements. Le coût d’une panne peut facilement atteindre plusieurs millions de dollars.

Par conséquent, la surveillance de l’état de santé des transformateurs avec précision et des informations rapides est la condition préalable essentielle pour prévoir les pannes fatales, optimiser la maintenance et prendre une décision vitale sur un transformateur dont l’état est suspect.

Les capteurs à fibres optiques fabriqués à partir de matériaux diélectriques, comme la silice, sont d’excellents candidats pour la surveillance en ligne et en temps réel. En effet, outre leur petite taille et leur légèreté, ils offrent des avantages uniques tels que l’immunité aux interférences électromagnétiques, une grande sensibilité, une stabilité, une répétabilité, une durabilité contre les environnements extrêmes, et une réponse rapide. Par ailleurs, ils peuvent être immergés dans de l’huile minérale pour transformateur ou du gaz SF6.

Ces capteurs à fibres optiques peuvent être utilisés pour mesurer divers paramètres physiques tels que la température, le courant, la pression, l’accélération, l’indice de réfraction du milieu isolant, la teneur en humidité de l’huile, et une foule d’autres paramètres.

Dans les transformateurs haute-tension, une importance décisive est accordée à une isolation sûre et permanente. L’huile minérale et le gaz SF6 sont de bons matériaux isolants. Cependant, en raison de certains facteurs inévitables tels que les contraintes électriques et thermiques ainsi que le vieillissement mécanique, le milieu isolant à l’intérieur d’un transformateur haute-tension peut être affecté. Par exemple, certaines particules indésirables comme l’eau et le gaz peuvent contaminer l’huile. Par conséquent, la force d’isolation est réduite, ce qui peut entraîner des décharges partielles et des points chauds dans l’huile du transformateur.

Les décharges partielles ne sont pas seulement un précurseur de la dégradation de l’isolation, mais aussi un facteur essentiel d’accélération de la détérioration du système d’isolation d’un transformateur. La surveillance des décharges partielles par la mesure des changements de température et de courant dans le milieu isolant du transformateur s’est avérée être une procédure efficace pour l’estimation de l’état de santé du transformateur.

De plus, les capteurs à fibres optiques ont le grand potentiel du multiplexage, ce qui signifie que la détection répartie des défauts électriques et thermiques pourrait être réalisée avec un seul conditionneur de signal, fournissant le profil de température de l’enroulement et permettant la localisation de l’origine de la décharge partielle.

SEDI-ATI a développé des capteurs à base de fibres optiques multimodes en silice. Ils sont placés à l’intérieur de la cuve du transformateur. Une traversée optique étanche et en ligne est fixée sur la paroi de la cuve du transformateur. Elle permet de faire passer le capteur fibres optiques en toute sécurité à travers la paroi de la cuve sans affecter l’intégrité de l’isolation du transformateur.