Les transformateurs, l'une des pierres angulaires de tout réseau électrique, sont des composants essentiels conçus pour permettre une distribution et un transport efficaces de l'électricité à travers différents niveaux de tension. Normalement, les transformateurs sont conçus pour fonctionner en dessous de leur capacité nominale, mais il arrive parfois qu’ils doivent fonctionner temporairement dans des conditions de surcharge. Tant qu’ils fonctionnent dans les limites de leur capacité de surcharge prévue, il est peu probable que des problèmes se produisent. Si la surcharge dépasse celle pour laquelle l'unité est conçue, il y aura naturellement des impacts négatifs qui compromettront son état et sa durée de vie.

Poursuivez votre lecture pour en savoir plus sur ces différents effets et comment ils diminuent la santé d'un transformateur.

Qu'est-ce que la surcharge du transformateur ?

Une surcharge se produit lorsque la charge d'un transformateur dépasse la valeur nominale indiquée sur sa plaque signalétique, c'est-à-dire qu'il est soumis à des courants et/ou des tensions qui dépassent ses spécifications de conception. Une surcharge entraîne toujours des températures de fonctionnement plus élevées pour le transformateur, ce qui entraîne toutes sortes d'usures accélérées qui réduisent finalement la durée de vie de l'unité. Et contrairement aux moteurs qui peuvent être revitalisés viale moteur électrique rembobine, un transformateur fréquemment surchargé peut ne pas être facilement réparé et nécessitera souvent un remplacement complet.

Ces conditions de surcharge peuvent survenir pour diverses raisons, telles que des aléas dans les lignes de transport ou des installations choisissant délibérément de surcharger le transformateur. Ce dernier cas découle souvent de raisons de fiabilité ou d'économies, à savoir gagner du temps pour atténuer les scénarios d'urgence mentionnés précédemment et éviter les pannes de courant ou maintenir les demandes de charge des clients. Dans de tels événements, inciter les transformateurs à utiliser 25 à 50 % de plus de leur durée de vie est considéré comme un sacrifice nécessaire.

Alternativement, cela peut être dû à des pannes ou à des défauts dans d’autres domaines du système électrique. Étant donné que ces systèmes sont intrinsèquement complexes, il y aura toujours un risque de défaillance, quelle que soit la qualité de leur conception. C'est là qu'intervient son équipement de protection pour identifierdéfauts du transformateuret isoler les éléments défectueux du reste du système. En conséquence, le flux d'énergie recherche de nouveaux moyens de répondre à la demande de charge établie, et les transformateurs situés sur ces chemins risquent de subir des conditions de surcharge.

Principales conséquences de la surcharge

1. Surchauffe

Les transformateurs qui fonctionnent au-delà de leur capacité nominale ont plus de courant circulant dans leurs enroulements, ce qui entraîne une augmentation significative de la température. La chaleur supplémentaire générée endommage divers composants de l'unité comme l'isolation et accélère leur vieillissement et leur dégradation, diminuant finalement les performances globales et provoquant éventuellement une panne. De plus, des températures plus élevées affectent égalementhuile isolante pour transformateuret diminue son efficacité.

2. Usure accélérée et dommages à l’isolation

La santé et la durée de vie d'un transformateur sont directement liées à l'état de ses matériaux isolants. Ces matériaux subissent une usure accrue lorsque les transformateurs fonctionnent à leur capacité maximale pendant des périodes prolongées, réduisant ainsi leur durée de vie effective. Chaque fois que le transformateur dépasse sa capacité de charge, les contraintes internes s'accumulent et le risque de pannes (pouvant conduire à des courts-circuits internes) augmente considérablement. En fin de compte, des cycles de maintenance plus courts et des arrêts plus fréquents pour des réparations ou des remplacements de composants se produiront et entraîneront des coûts plus élevés.

3. Efficacité réduite

L'efficacité du transformateur est déterminée par la quantité d'énergie que l'unité peut convertir sans perte. Lorsqu’un transformateur est surchargé, davantage d’énergie est perdue sous forme de chaleur. Ce gaspillage d'énergie non seulement sollicite davantage le transformateur, mais augmente également les coûts d'exploitation. Le noyau et les enroulements perdent leur capacité à fonctionner efficacement, ce qui entraîne une consommation d'énergie supplémentaire. Les opérateurs remarqueront une consommation d'énergie plus élevée et des performances opérationnelles réduites, car les équipements dépendant du transformateur subissent une instabilité ou des irrégularités de tension.

4. Chutes de tension

Les transformateurs surchargés ont souvent du mal à maintenir des niveaux de tension stables. L'augmentation du courant traversant les enroulements provoque des chutes de tension, ce qui signifie que la tension de sortie du transformateur est inférieure au niveau requis pour les équipements en aval, ce qui entraîne un dysfonctionnement ou un fonctionnement inefficace des appareils connectés. Les équipements sensibles peuvent fonctionner en dessous de leur capacité ou ne pas démarrer, et des surtensions peuvent se produire lorsque le système tente de compenser la basse tension, provoquant ainsi des dommages supplémentaires à l'équipement. Ce problème devient encore plus préoccupant lors de l'utilisation d'équipements qui dépendent de niveaux de tension précis, comme les ordinateurs, les dispositifs médicaux ou les systèmes automatisés, car ils peuvent devenir peu fiables ou endommagés.

5. Arrêts ou pannes fréquents

Lorsqu’un transformateur est régulièrement poussé au-delà de sa limite de conception, il est plus sujet à des pannes ou à des arrêts soudains en raison des contraintes exercées sur ses systèmes internes. Les disjoncteurs ou les mécanismes de sécurité s'enclencheront pour éviter d'autres dommages. Les arrêts imprévus affectent la distribution électrique, entraînant des pannes dans les systèmes critiques dépendant du transformateur. Les pannes peuvent causer des dommages temporaires ou permanents à ces systèmes, perturbant les opérations industrielles ou la stabilité du réseau.

Autres risques de surcharge

Au-delà des problèmes énumérés ci-dessus, la surcharge du transformateur comporte d’autres risques, à savoir :

Formation de bulles de gaz à partir de l'isolation adjacente aux parties métalliques structurelles et aux conducteurs isolés, ce qui peut diminuer la rigidité diélectrique du transformateur.

Capacité de tenue aux courts-circuits réduite en raison de la détérioration temporaire des propriétés mécaniques du transformateur en raison de températures plus élevées.

Défaillances diélectriques ou mécaniques causées par la dilatation thermique des pièces structurelles, des conducteurs et des matériaux isolants.

Pression croissante dans les bagues, ce qui peut entraîner une perte d'huile, des fuites de joints et une défaillance diélectrique extrême.

Possibilité d'expansion de l'huile dans le réservoir lorsque la température supérieure de l'huile dépasse les limites standard.

La régulation de tension du transformateur peut augmenter en raison de la charge de puissance plus élevée et éventuellement du faible facteur de puissance en retard.

Conclusion

La surcharge d'un transformateur a de graves conséquences sur sa santé et ses performances. Lorsqu’un transformateur fonctionne au-delà de sa capacité nominale, il risque de surchauffer, de diminuer son efficacité et de vieillir prématurément. Au fil du temps, des dommages à l'isolation et une dégradation du noyau peuvent survenir, entraînant des réparations coûteuses ou des pannes complètes.