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

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

Le défi
Optimiser la production électrique en mesurant les variations de température et de courant dans les isolateurs et transformateurs électriques.

Contraintes majeures

  • haute-tension : > 25 kV
  • pression : jusqu’à 12 bars
  • milieu agressif : gaz SF6 ou huile minérale
  • atmosphère hostile : humidité
  • variations de température : de -40 °C à +90 °C
  • contraintes d’encombrement : grandes longueurs de fibres de plusieurs dizaines de mètres

Solution SEDI-ATI
Capteur optique consistant en un assemblage de câble diélectrique multifibre comprenant une traversée étanche en ligne pour isolateurs haute tension pressurisés.

Avantages de la solution SEDI-ATI

  • immunité à l’IME/RFI
  • étanchéité au gaz
  • scellement hermétique
  • matériaux diélectriques pour minimiser le potentiel de terre
  • une grande bande passante qui permet des débits de données élevés sur de longues distances
  • des câbles et des connecteurs avec une large gamme de températures de fonctionnement
  • résistance à l’abrasion, aux vibrations et aux produits chimiques
  • canaux multifibres
  • faibles pertes d’insertion
  • plus léger et compact que les câbles en cuivre

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

SEDI-ATI a développé des capteurs optiques avec des propriétés diélectriques. Ils consistent en un assemblage de plusieurs fibres optiques et d’une traversée étanche. Ces capteurs sont destinés à être placés directement à l’intérieur du transformateur pour permettre une surveillance en temps réel de la santé du système.

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.

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.

La décharge partielle n’est pas seulement un précurseur de la dégradation de l’isolation mais aussi un facteur primaire pour accélérer la détérioration du système d’isolation dans un transformateur. La surveillance des activités de décharge partielle par la mesure des changements de température et de courant dans le milieu isolant du transformateur s’est avérée être une procédure efficace pour estimer l’état de santé du transformateur.

Cependant, en raison des fortes interférences électromagnétiques (EMI) à l’intérieur des cuves des transformateurs, et du potentiel de court-circuit, les capteurs actuellement disponibles sur le marché (tels que les capteurs acoustiques piézoélectriques) ne peuvent être installés qu’à l’extérieur des transformateurs. Ils offrent donc une information indirecte ou retardée.

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.

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.