Les transformateurs sont des composants fondamentaux des systèmes d’alimentation électrique, responsables de l’augmentation ou de la diminution des niveaux de tension pour une transmission et une distribution efficaces de l’énergie. Le trempage d’un transformateur, généralement dans un fluide spécial comme l’huile de transformateur, sert à plusieurs fins cruciales qui sont essentielles à son bon fonctionnement et à sa fiabilité à long terme.

Amélioration des performances d’isolation

Augmentation de la force diélectrique

L’une des principales raisons de tremper un transformateur est d’améliorer ses capacités d’isolation. L’huile de transformateur, qui est un milieu de trempage courant, a une rigidité diélectrique élevée. Lorsque les enroulements et le noyau du transformateur sont immergés dans cette huile, celle-ci fournit une couche supplémentaire d’isolation entre les parties conductrices. Par exemple, dans les transformateurs haute tension, la différence de potentiel entre les enroulements primaire et secondaire peut être extrêmement élevée. Sans une isolation adéquate, des arcs électriques peuvent se produire, entraînant des courts-circuits et des dommages importants au transformateur. L’huile de transformateur, dont la rigidité diélectrique est souvent de l’ordre de 60 à 70 kV/mm pour l’huile minérale, empêche efficacement le flux de courant électrique par des chemins indésirables. Il remplit les espaces et les vides entre les enroulements, créant ainsi une barrière isolante continue et efficace.

Exclusion de l’humidité et des contaminants

Le trempage permet également d’exclure l’humidité et les contaminants des composants internes du transformateur. L’humidité peut être très préjudiciable aux performances d’un transformateur car elle réduit la rigidité diélectrique des matériaux isolants. En étant immergés dans l’huile, les enroulements et autres pièces sont protégés de l’environnement extérieur, minimisant ainsi le risque de pénétration d’humidité. De plus, l’huile peut agir comme une barrière contre la poussière, la saleté et d’autres contaminants particulaires. Ces contaminants, s’ils s’accumulent sur les enroulements, pourraient provoquer une panne électrique ou de la corrosion au fil du temps. La capacité de l’huile à maintenir les composants internes propres et secs contribue de manière significative au maintien de l’intégrité de l’isolation du transformateur.

Amélioration de la dissipation thermique

Fluide caloporteur efficace

Les transformateurs génèrent de la chaleur pendant le fonctionnement en raison des pertes résistives dans les enroulements (pertes I²R) et des pertes dans le noyau (pertes par hystérésis et courants de Foucault). Le trempage du transformateur dans l’huile constitue un moyen efficace de dissiper cette chaleur. L’huile de transformateur a une bonne conductivité thermique, ce qui lui permet d’absorber la chaleur des points chauds à l’intérieur du transformateur, tels que les enroulements et le noyau. Au fur et à mesure que l’huile se réchauffe, elle circule naturellement dans le transformateur. Cette circulation peut être améliorée par la conception du transformateur, qui peut inclure des canaux ou des déflecteurs pour diriger le flux de l’huile. L’huile chauffée se déplace ensuite vers les parties les plus froides du transformateur, passant souvent à travers des radiateurs ou des ailettes de refroidissement. Ici, la chaleur est transférée à l’air ambiant et l’huile refroidie retourne au transformateur pour répéter le cycle. Ce processus de transfert de chaleur continu permet de maintenir la température du transformateur dans une plage acceptable, évitant ainsi la surchauffe et les dommages ultérieurs à l’isolation et aux autres composants.

Dilatation thermique et refroidissement

Un autre aspect lié à la dissipation de la chaleur est la dilatation thermique de l’huile. Lorsque le transformateur chauffe, l’huile se dilate. Cette expansion est un processus naturel qui aide à la circulation de l’huile. Au fur et à mesure que l’huile se dilate, elle crée une différence de pression à l’intérieur du transformateur, ce qui entraîne davantage le flux d’huile. Lorsque le transformateur refroidit, l’huile se contracte et le cycle continue. Ce mécanisme d’autorégulation basé sur la dilatation et la contraction thermiques de l’huile contribue à l’efficacité globale du processus de dissipation de chaleur dans le transformateur.

Prévention de l’oxydation interne

Barrière à l’oxygène

Le trempage du transformateur dans l’huile sert également de protection contre l’oxydation interne. L’oxygène dans l’air peut réagir avec les composants métalliques du transformateur, tels que les enroulements et le noyau, entraînant une oxydation et une corrosion. L’huile agit comme une barrière physique, empêchant l’oxygène d’atteindre ces composants. Sans cette barrière, le processus d’oxydation pourrait progressivement affaiblir l’intégrité structurelle du transformateur et également affecter ses performances électriques. Par exemple, les enroulements oxydés peuvent avoir une résistance accrue, ce qui entraîne des pertes d’énergie plus importantes et une efficacité réduite. En excluant l’oxygène, l’huile contribue à maintenir la fiabilité et les performances à long terme du transformateur.

Propriétés antioxydantes de certaines huiles

En plus d’agir comme une barrière physique, certains types d’huiles de transformateur, en particulier celles contenant des additifs, ont des propriétés antioxydantes. Ces antioxydants peuvent réagir avec toutes les molécules d’oxygène qui ont pu pénétrer dans le système, les neutralisant et les empêchant de provoquer une oxydation. Cette protection supplémentaire améliore encore la capacité du processus de trempage de l’huile à protéger le transformateur contre l’oxydation interne.

En conclusion, tremper un transformateur dans un fluide approprié comme l’huile de transformateur est une pratique à multiples facettes qui offre des avantages significatifs en termes d’isolation, de dissipation de chaleur et de protection contre l’oxydation. Ces avantages sont cruciaux pour assurer le fonctionnement fiable et efficace des transformateurs, qui constituent l’épine dorsale de l’infrastructure d’alimentation électrique.