Les transformateurs sont essentiels à la transmission et à la distribution efficaces de l'énergie électrique dans les réseaux électriques. L'huile de transformateur, composant essentiel de ces appareils, assure de multiples fonctions essentielles, telles que l'isolation, le refroidissement et l'extinction de l'arc. Lorsque les transformateursLorsque l'huile est chauffée, une série de changements physiques et chimiques se produisent, ce qui peut avoir un impact significatif sur les performances et la durée de vie du transformateur.

Changements physiques

1.Réduction de la viscosité

À mesure que l'huile de transformateur chauffe, sa viscosité diminue. La viscosité mesure la résistance d'un fluide à l'écoulement. À des températures normales de fonctionnement, l'huile de transformateur présente une viscosité relativement faible, ce qui lui permet de circuler librement dans le transformateur et de transférer efficacement la chaleur. Lorsqu'elles sont chauffées, les molécules de l'huile gagnent en énergie cinétique, ce qui réduit les forces intermoléculaires qui les maintiennent ensemble. Cette réduction de viscosité facilite l'écoulement de l'huile, améliorant ainsi ses capacités de refroidissement. Par exemple, dans un transformateur de grande puissance fonctionnant sous forte charge, la température de l'huile peut augmenter. Cette diminution de viscosité permet à l'huile d'atteindre rapidement toutes les pièces du transformateur, évacuant ainsi la chaleur des points chauds comme les enroulements.

2.Expansion du volume

Le chauffage entraîne une dilatation du volume de l'huile du transformateur. Ceci est dû à l'augmentation de la distance entre les molécules à mesure qu'elles acquièrent de l'énergie. Le coefficient de dilatation thermique de l'huile du transformateur est relativement faible, mais suffisamment important pour être pris en compte dans la conception des transformateurs. Dans les transformateurs étanches, cette dilatation peut entraîner une augmentation de la pression interne. Une pression trop élevée peut entraîner des problèmes tels que des fuites d'huile ou des dommages à l'enveloppe du transformateur. Pour y remédier, les transformateurs sont souvent équipés de dispositifs tels que des conservateurs, capables de compenser les variations de volume de l'huile lors de son chauffage et de son refroidissement.

Changements chimiques

1.Oxydation

Lorsque l'huile de transformateur est chauffée, notamment en présence d'oxygène, une oxydation peut se produire. L'oxygène de l'air réagit avec les hydrocarbures contenus dans l'huile, entraînant la formation de divers produits d'oxydation, notamment des acides organiques, des peroxydes et des boues. L'oxydation dégrade non seulement la qualité de l'huile, mais réduit également sa rigidité diélectrique. Au fil du temps, l'accumulation de produits d'oxydation peut obstruer les canaux de refroidissement du transformateur, entravant ainsi la circulation de l'huile et réduisant son efficacité de refroidissement. Pour atténuer l'oxydation, des antioxydants sont souvent ajoutés à l'huile de transformateur lors de sa fabrication. Ces antioxydants peuvent ralentir la réaction d'oxydation en réagissant avec les radicaux libres générés lors du processus.

2.Décomposition

À haute température, l'huile de transformateur peut se décomposer. Les hydrocarbures à longue chaîne contenus dans l'huile se décomposent en molécules plus petites, telles que des gaz (comme le méthane, l'éthane et l'hydrogène) et des composés volatils. Cette décomposition est une réaction chimique complexe qui peut être accélérée par des facteurs tels que la présence de catalyseurs métalliques (provenant des composants du transformateur), les contraintes électriques à haute tension et la durée de chauffage. La formation de gaz peut créer des bulles dans l'huile. Ces bulles peuvent perturber les propriétés d'isolation électrique de l'huile, augmentant ainsi le risque de panne électrique. Dans les cas extrêmes, la décomposition de l'huile de transformateur peut entraîner une perte importante de ses capacités d'isolation et de refroidissement, pouvant entraîner une panne du transformateur.

Impact sur les performances du transformateur

1.Dégradation de l'isolation

Les modifications physiques et chimiques de l'huile de transformateur dues à la chaleur peuvent entraîner une dégradation de l'isolation. La diminution de la rigidité diélectrique, causée par l'oxydation et la présence de bulles de gaz issues de la décomposition, réduit la capacité de l'huile à supporter les différences de haute tension. Cela augmente le risque d'arcs électriques et de courts-circuits dans le transformateur. Une défaillance complète de l'isolation peut entraîner une panne électrique majeure, entraînant des coupures de courant et des réparations coûteuses.

2.Inefficacité du refroidissement

La formation de boues due à l'oxydation et l'obstruction des canaux de refroidissement peuvent réduire l'efficacité de l'huile comme liquide de refroidissement. À mesure que l'efficacité du refroidissement diminue, la température à l'intérieur du transformateur augmente. Cela crée un cercle vicieux : les températures élevées accélèrent les modifications physiques et chimiques de l'huile. À terme, le transformateur peut surchauffer, endommageant ses enroulements et d'autres composants.

En conclusion, le chauffage de l'huile des transformateurs entraîne une série de modifications physiques et chimiques pouvant avoir des conséquences importantes sur les performances et la fiabilité des transformateurs. La compréhension de ces modifications est essentielle au bon fonctionnement, à la maintenance et à la conception des transformateurs, afin de garantir une distribution d'électricité sûre et efficace.