Dans un transformateur immergé, l’huile isole et refroidit à la fois. Le laboratoire Oksman Séraphin de GE Vernova rappelle que son analyse permet de détecter les premiers signes de dysfonctionnement ou de vieillissement, avant qu’ils ne deviennent problématiques. Selon un mémoire de l’Université du Québec à Chicoutimi, les gaz naissent de la décomposition de l’isolation liquide et de l’isolation solide, puis se dissolvent dans l’huile.
L’analyse des gaz dissous dans l’huile de transformateur, ou DGA (dissolved gas analysis), permet de lire ces traces sans ouvrir l’appareil. Cet article explique quels gaz signalent quels défauts, comment la norme IEC 60599 les interprète, comment prélever l’huile, comment surveiller un transformateur hermétique sans conservateur et ce que la prescription Synergrid C2/112 demande pour la protection du transformateur dans une cabine client.
Pourquoi un défaut produit des gaz
Le mémoire de l’UQAC explique que la rupture de liaisons chimiques de l’huile minérale forme de l’hydrogène (H2), du méthane (CH4), de l’éthylène (C2H4), de l’acétylène (C2H2) et de l’éthane (C2H6). Cette rupture peut venir d’un défaut thermique ou électrique, d’une contamination, mais aussi du vieillissement normal. La dégradation de la cellulose du papier produit des dérivés furaniques, du monoxyde de carbone (CO) et du dioxyde de carbone (CO2).
Chaque défaut laisse une signature. Selon GE Vernova :
- Décharges partielles : hydrogène, méthane et éthane.
- Défaut thermique : méthane et éthane à basse température, éthylène et méthane à haute température.
- Arc électrique : acétylène et hydrogène. Le mémoire précise que l’acétylène se forme essentiellement à très haute température (au moins 800 à 1200 °C), comme dans un arc.
Le même mémoire indique que la méthode des ratios de l’IEC 60599:2022 distingue six défauts : décharges partielles (PD), décharges de faible énergie (D1) et de haute énergie (D2), défauts thermiques de moins de 300 °C (T1), de 300 à 700 °C (T2) et de plus de 700 °C (T3).
Ce que dit l’IEC 60599
La référence est l’IEC 60599:2022, quatrième édition, publiée le 25 mai 2022. Elle décrit comment interpréter les concentrations de gaz dissous ou libres pour diagnostiquer l’état d’un matériel rempli d’huile en service et proposer la suite à donner. Elle vise le matériel à huile minérale isolé par du papier ou du carton. L’IEC précise que ses indications ne sont qu’un guide et que toute action demande un jugement d’ingénieur. Une cinquième édition est en préparation.
Selon le mémoire de l’UQAC, le triangle de Duval, adopté par l’IEC et l’IEEE, s’appuie sur trois gaz : méthane, acétylène et éthylène.
Le CIGRE a affiné l’interprétation dans sa brochure 771 (2019). Tous les défauts n’ont pas la même gravité : le stray gassing de l’huile ou les points chauds dans l’huile inquiètent moins que la carbonisation du papier ou un arc dans le papier. La brochure donne aussi des limites de gaz plus spécifiques à chaque type de défaut.
Prélèvement et extraction des gaz
L’IEC 60567:2023, cinquième édition, traite du prélèvement des gaz libres dans les relais collecteurs de gaz des transformateurs de puissance. Le prélèvement d’huile n’en fait plus partie : la norme renvoie à l’IEC 60475:2022. Avant l’analyse, les gaz dissous sont extraits de l’huile, sous vide, par entraînement avec un gaz vecteur (stripping) ou par partage avec un petit volume de gaz au-dessus de l’échantillon (headspace). Ils sont ensuite dosés par chromatographie en phase gazeuse. Les gaz libres d’un relais sont analysés sans traitement préalable.
La qualité de l’huile
Les gaz révèlent les défauts, mais l’huile vieillit aussi. L’IEC 60422:2024 donne des lignes directrices pour surveiller et entretenir les huiles minérales isolantes des transformateurs et de l’appareillage : essais, évaluation, reconditionnement, régénération et décontamination des huiles polluées aux PCB. La surveillance par les gaz dissous sort de son champ, et la norme s’applique là où un prélèvement d’huile est raisonnablement réalisable.
GE Vernova cite la rigidité diélectrique, la teneur en eau et l’indice d’acidité pour juger l’huile, ainsi que les dérivés furaniques et le méthanol pour évaluer le vieillissement des papiers. Une teneur en eau trop élevée diminue la tension de claquage et accélère le vieillissement des papiers et de l’huile.
Point réglementaire : pour réutiliser un transformateur usagé, la prescription Synergrid C2/112 (§8.9) exige un certificat d’analyse d’huile montrant une teneur en PCB inférieure à 50 mg/kg.
Conservateur ou hermétique
Selon le manuel du constructeur SGB-SMIT, un transformateur hermétique est entièrement scellé, sans coussin de gaz ni conservateur pour absorber les variations de volume de l’huile. La cuve ondulée s’y adapte grâce à l’élasticité de ses ailettes, et elle est remplie de sorte qu’à une température d’huile définie il n’y ait ni surpression ni dépression. Sur les appareils non hermétiques, le même manuel demande de contrôler et de purger le relais Buchholz.
L’IEC 60076-22-1 désigne le relais Buchholz comme un relais de protection réagissant aux gaz et au liquide, et décrit à part un relais de protection des équipements hermétiquement scellés immergés dans un liquide. Dans une cuve hermétique, un gaz qui se forme ne peut pas s’échapper. Un relais intégré le surveille donc avec la pression, la température et le niveau d’huile. Avec le relais de mesure intégré d’Hitachi Energy, par exemple, conçu pour les transformateurs de distribution hermétiques, l’opérateur reçoit une alarme si la pression, la température, le niveau d’huile ou le gaz dépasse un seuil prédéterminé. Le QYW-3 est un protecteur intégré du même type, comparable dans ses fonctions à un relais DGPT2 : il surveille gaz, pression, niveau et température de l’huile sur le couvercle d’un transformateur hermétique.
Ce que demande la C2/112
Selon le §13.3.3 de la C2/112, les transformateurs jusqu’à 800 kVA (400 kVA si la tension de réseau est inférieure à 10 kV) peuvent être protégés par un combiné interrupteur-fusibles ; au-delà, par un disjoncteur. La protection contre le court-circuit et la surcharge est imposée par le RGIE, celle contre les défauts impédants du transformateur est optionnelle. Avec un combiné, cette protection optionnelle passe par un équipement complémentaire qui, pour un transformateur à huile, mesure la pression et la température dans la cuve et détecte les bulles de gaz dans l’huile. La prescription renvoie à l’EN 50216-3.
Le §13.5 décrit une protection complémentaire pour les locaux où la température autour du transformateur dépasse une moyenne journalière de 35 °C, ou lorsque l’activité présente un risque accru de fuite d’huile hors du local : alarme à 90 °C, déclenchement à 95 °C, sur surpression ou sur détection de gaz ou de niveau d’huile. Synergrid indique sur son site que la C2/112 est en révision : demandez à votre gestionnaire de réseau quelle version s’applique à votre projet.
À quelle fréquence prélever
GE Vernova conseille une analyse annuelle en l’absence de défaut apparent, et une fréquence plus élevée en cas de signe anormal. Le laboratoire belge ENGIE Laborelec fixe la fréquence et le jeu d’analyses par transformateur après une première série, et suit l’évolution dans une base de données : les écarts annoncent souvent une panne. Le mémoire de l’UQAC rappelle aussi qu’une mesure en laboratoire comporte toujours une part d’imprécision.
Selon les résultats, Laborelec peut recommander de sécher ou dégazer l’huile, la remplacer, inspecter l’intérieur, installer une surveillance en ligne, faire des mesures électriques ou, en dernier recours, remplacer le transformateur.
Sur un transformateur hermétique, le prélèvement demande des précautions. Le manuel de SGB-SMIT prévoit un échantillon d’environ 0,2 litre, prélevé au dispositif de vidange en bas de cuve. Si l’huile est sous la température de référence, la cuve est en dépression : il faut alors purger le tube de remplissage puis le remplir. GE Vernova recommande, après quatre ou cinq prélèvements sur un transformateur de distribution, de vérifier le niveau et de remettre de l’huile, pour éviter un déclenchement sur niveau insuffisant.
Tableau de décision
| Constat | Cause possible | Que faire |
|---|---|---|
| Surtout de l’hydrogène | Décharges partielles | Nouveau prélèvement, suivre la tendance |
| Méthane, éthane et éthylène en hausse | Défaut thermique | Vérifier refroidissement et charge, refaire l’analyse |
| Acétylène et beaucoup d’hydrogène | Arc électrique | Faire évaluer le résultat sans attendre |
| CO et CO2 en hausse | Dégradation thermique du papier | Demander l’analyse des dérivés furaniques |
| Teneur en eau élevée, rigidité faible | Humidité dans l’huile | Étudier un séchage ou un dégazage |
| Alarme gaz ou niveau d’huile | Formation de gaz, huile manquante après prélèvements | Faire prélever gaz et huile, chercher la cause |
| Déclenchement sur surpression | Arc de haute énergie dans la cuve | Appeler le service de dépannage |
| Alarme de température | Défaut thermique, refroidissement insuffisant | Vérifier charge et ventilation |
Questions fréquentes
L’analyse des gaz dissous est-elle obligatoire ?
La C2/112 exige une analyse d’huile (PCB) pour réutiliser un transformateur usagé. Pour les gaz dissous, les sources de cet article ne fixent pas de fréquence légale : GE Vernova conseille une analyse annuelle, Laborelec une fréquence propre à chaque appareil.
Peut-on prélever de l’huile sur un transformateur hermétique ?
Oui, au dispositif de vidange en bas de cuve, en tenant compte de la surpression ou de la dépression, comme le décrit SGB-SMIT. Après quelques prélèvements, faites vérifier le niveau d’huile pour éviter un déclenchement.
Relais Buchholz ou relais intégré : quelle différence ?
Le relais Buchholz équipe les transformateurs non hermétiques. Pour les appareils hermétiques, l’IEC 60076-22-1 décrit un relais de protection distinct, et un relais intégré surveille gaz, pression, niveau et température dans un seul appareil.
Que faire en cas d’alarme ou de déclenchement ?
Faites rechercher la cause avant de remettre sous tension. Pour distinguer un défaut de votre cabine d’une panne du réseau, lisez notre article sur la coupure de courant en entreprise. Le service de dépannage d’EDS Cabling est joignable 24 h/24 au +32 485 79 20 09.
Pour aller plus loin
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