Les transformateurs constituent un élément essentiel des systèmes électriques modernes, assurant une transmission et une distribution efficaces de l'électricité. Leur fiabilité dépend fortement des mécanismes de protection conçus pour atténuer les risques liés aux défauts internes des transformateurs. Parmi ces mesures de protection, le relais de surtension d'huile (OSR) est essentiel, notamment pour protéger le changeur de prises en charge (OLTC).

Le régulateur de tension en ligne (OLTC) est la pièce mécaniquement la plus complexe d'un transformateur. Il fonctionne en continu pour réguler la tension. Du fait de ses commutations constantes et de son exposition aux contraintes électriques, il est très sensible aux défauts, ce qui rend une protection dédiée indispensable.

Comprendre les relais de surtension d'huile dans les transformateurs

Un relais de surtension d'huile est un dispositif de protection finement calibré, actionné par l'huile, spécialement conçu pour protéger le transformateur de courant alternatif (OLTC) contre les défauts internes soudains. En cas d'anomalie interne, telle qu'un court-circuit ou un arc électrique dans le transformateur de courant alternatif (OLTC), le relais détecte une surtension rapide de l'huile isolante du transformateur et déclenche immédiatement le transformateur avant que des défauts mineurs ne dégénèrent en pannes catastrophiques.

Les OSR se distinguent particulièrement des autres relais de protection ; contrairement au relais Buchholz, qui surveille l'accumulation de gaz ou les changements de niveau d'huile dans le réservoir principal, l'OSR est exclusivement consacré au compartiment OLTC, généralement installé entre le réservoir OLTC et son conservateur dédié.

Qu’est-ce qu’une poussée pétrolière ?

Dans le fonctionnement d'un transformateur, une surpression d'huile désigne un déplacement soudain d'huile causé par l'apparition rapide d'un défaut. Lorsque l'huile traverse le régulateur de tension, un volet ou une ailette se déforme, ce qui ferme les contacts électriques et active une alarme ou un circuit de déclenchement. Cette surpression peut être déclenchée par plusieurs anomalies de fonctionnement :

• Défauts internes, tels que des arcs électriques ou des courts-circuits d'enroulement dans l'OLTC, provoquent une pointe de pression brutale.

• Transitoires thermiques, où les changements rapides de température induisent un mouvement de fluide.

• Dysfonctionnements mécaniquesdans le système de changeur de prises lui-même, ce qui peut perturber le débit d'huile.

La plupart des mouvements mineurs d'huile sont bénins et liés aux fluctuations de charge ou à la dilatation thermique. Cependant, les véritables pics d'huile provoqués par de véritables défauts exigent une attention immédiate et une intervention mécanique rapide. Les mouvements d'huile peuvent être classés comme suit :

• Normale:Changements lents dus aux variations de température ou de charge.

• Modéré:Surtensions temporaires, probablement dues à des perturbations mineures.

• Rapide:Surtensions rapides dues à des défauts internes graves nécessitant une déconnexion immédiate.

Différenciation entre un relais Buchholz et un relais de surtension d'huile

De nombreux techniciens confondent l'OSR avec le relais Buchholz, plus répandu. Bien qu'ils assurent tous deux des fonctions de protection dans les transformateurs à huile, leurs rôles diffèrent largement, comme illustré ci-dessous :

Ainsi, tandis que les deux protègent les composants précieux, l'OSR fournit une défense à grande vitesse et finement réglée spécifiquement pour l'OLTC mécaniquement actif et à cycles fréquents.

Pourquoi l'OLTC nécessite une protection dédiée

Le OLTC est sans doute le sous-système mécanique le plus complexe d'un transformateur. Il subit des mouvements de contact et des commutations constants sous charge, un environnement présentant un risque élevé d'usure prolongée, d'arcs électriques et, à terme, de défauts.

Le fonctionnement normal du OLTC peut générer de faibles quantités de gaz, suffisantes pour déclencher de fausses alarmes dans un système de relais standard. L'OSR contourne ce problème en se concentrant uniquement sur la détection des fortes surpressions de fluide, et non sur l'accumulation inoffensive de gaz, réduisant ainsi considérablement les interruptions et les interventions de maintenance inutiles.

Les modes de défaillance courants de l'OLTC qui peuvent provoquer un déclenchement de l'OSR incluent :

• Arc électrique entre les contacts du changeur de prises

• Courts-circuits dans le mécanisme de dérivation ou de sélection

• Flashovers connectés à la terre

• Rupture diélectrique aiguë de l'huile dans le compartiment OLTC

De tels événements peuvent provoquer une vaporisation d'huile quasi instantanée ou un déplacement brutal du fluide, générant des pics de pression qui activent l'OSR.

Pratiques de maintenance : garantir la fiabilité de l'OSR

Le relais de surpression d'huile fonctionne passivement jusqu'à ce qu'un défaut survienne, ce qui signifie qu'il est rarement activé en conditions normales de service. Néanmoins, des tests et vérifications de routine sont essentiels pour confirmer son bon fonctionnement.

• Contrôles mécaniques: Actionnez les boutons de test ou actionnez manuellement la tringlerie (si la conception le permet) pour confirmer que le flotteur interne ou la palette se déplace librement et active les contacts du commutateur.

• Tests électriques: Vérifiez l’intégrité du circuit de déclenchement via des mesures de résistance d’isolement (mégohmmètre) et des tests haute tension (par exemple 2 kV pendant 60 secondes) — certifiant l’isolation interne du relais et la fiabilité de commutation.

• Analyse d'huileSurtout après un déclenchement OSR, prélevez et examinez l'huile du transformateur. Les analyses courantes incluent la tension de claquage (VRC), les gaz dissous (GAD) et la contamination par les particules en particules (PPM). Ces tests permettent d'évaluer si l'huile s'est dégradée et si une filtration ou un remplacement est nécessaire.

• Procédures préventives:L’utilisation de respirateurs et de systèmes de filtration en gel de silice permet de maintenir la qualité de l’huile sur le long terme, en minimisant la pénétration d’humidité et la contamination par les particules.

Au-delà de l'entretien mécanique, des révisions occasionnelles des mécanismes OLTC ou des principaux composants du transformateur (et la révision des moteurs électriques pour les systèmes d'entraînement associés) garantissent l'intégrité opérationnelle continue. La revitalisation périodique de l'huile du transformateur, en particulier les cycles de filtrage et de déshydratation, maintient les performances diélectriques et prolonge la durée de vie.

Conclusion

Le relais de protection contre les surtensions d'huile est un dispositif de protection hautement spécialisé qui joue un rôle déterminant dans la fiabilité des transformateurs. En détectant les surtensions d'huile rapides dans le compartiment OLTC et en réagissant en quelques millisecondes, l'OSR empêche les défauts localisés de dégénérer en pannes de transformateur à grande échelle. Sa différence avec le relais Buchholz permet aux opérateurs d'identifier précisément l'emplacement des défauts, réduisant ainsi les temps d'arrêt et les coûts de maintenance.