[PDF] MEMOIRE Etude du transformateur triphasé HTA/

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SCIENCES ET TECHNOLOGIES

PHYSIQUE ET APPLICATIONS

MEMOIRE

DIPLOME DE MASTER

Parcours : ENERGIES RENOUVELABLES

intitulé : RENOVATION D'UN TRANSFORMATEUR TRIPHASE AU SEIN DE LA

SOCIETE , ET DE

présenté par

RAKOTOARIMANGA Njoharitsiresy Nambinina

devant la commission ée de : Président : RAKOTO JOSEPH Onimihamina Maître de Conférences Rapporteur : RANDRIAMANANTANY Zely Arivelo Professeur Titulaire Examinateurs : RASAMIMANANA François de Salle Maître de Conférences le 26 Avril 2018

SCIENCES ET TECHNOLOGIES

PHYSIQUE ET APPLICATIONS

MEMOIRE

p

DIPLOME DE MASTER

Parcours : S RENOUVELABLES

intitulé : RENOVATION D'UN TRANSFORMATEUR TRIPHASE AU SEIN DE LA

SOCIETE POUR LA MAITRISE , ET DE

présenté par

RAKOTOARIMANGA Njoharitsiresy Nambinina

devant la commission ée de : Président : RAKOTO JOSEPH Onimihamina Maître de Conférences Rapporteur : RANDRIAMANANTANY Zely Arivelo Professeur Titulaire Examinateurs : RASAMIMANANA François de Salle Maître de Conférences le 26 Avril 2018

Remerciements

Ce travail résulte de la coopération de plusieurs personnes auxquelles sont adressés mes remerciements, plus particulièrement : Monsieur RAHERIMANDIMBY Marson, Professeur Titulaire, Responsable du

Domaine Sciences et Technologies pour avoir

permis de suivre ma formation en Master ds Renouvelables au sein du Domaine Sciences et Technologies ; Monsieur RAKOTONDRAMIARANA Hery Tiana, Maître de Conférences HDR et dans ladite Mention ; Madame RAKOTO JOSEPH Onimihamina, Maître de Conférences et Responsable du mémoire et pour voir accepté de présider le jury de ce mémoire ; mémoire ; Monsieur RASAMIMANANA François de Salle, Maîtres de Conférences et Docteur leur lourde occupation ; formation MIER, les Membres du

Applications pour leur amabilité de nous avoir éduqués et aidés durant ces cinq années

Monsieur ANDRIAMASOMANALINA Rivoarivelo, Gérant de la Société pour la

E , Monsieur

RAKOTOMALALA Minoson Sendrahasina, Responsable Financier et Monsieur RASAMIMANANA François de Salle, Responsable Technique de la SM3E pour leur accord et leur contribution afin de mener à terme mon stage au sein de leur Société ; Les techniciens de la Société JIRAMA de nous avoir appris les techniques pratiques nécessaires à la rénovation de ce transformateur ; Mes parents, ma famille et tous mes collègues pour leur soutien, leurs précieuses aides et leur contribution à la réalisation de ce mémoire. i

Table des matières

Table des matières ....................................................................................................................... i

Nomenclature ............................................................................................................................ iii

Liste des acronymes .................................................................................................................. iv

Liste des figures ......................................................................................................................... v

Liste des tableaux ...................................................................................................................... vi

Introduction ................................................................................................................................ 1

Chapitre 1 ........................................................... 3

1.1. ..................... 3

1.2. .................................................................................... 3

1.3. ................................................. 3

1.4. Grandeurs électriques .................................................................................................. 5

1.4.1. Tensions simple et composée ............................................................................... 5

1.4.2. Courants de phase et de ligne ............................................................................... 5

1.4.3. Puissance apparente .............................................................................................. 5

1.4.4. Pertes de puissance ............................................................................................... 5

1.4.5. ........................................................................... 6

1.4.6. Rapport de transformation .................................................................................... 6

1.4.7. .................................................................. 6

1.5. Types de transformateur .............................................................................................. 6

1.6. ....................................................................... 7

1.7. Eventuels incidents rencontrés .................................................................................... 8

1.7.1. Origine diélectrique .............................................................................................. 8

1.7.2. Origines électriques .............................................................................................. 9

1.8. Diagnostic d'un transformateur triphasé .................................................................... 10

1.8.1. Enjeux du diagnostic .......................................................................................... 10

1.8.2. Visualisation ....................................................................................................... 10

1.8.3. ........................................................................................ 11

1.8.4. Tests électriques ................................................................................................. 11

1.8.5. Tests diélectriques .............................................................................................. 11

1.8.6. Tests sonores ...................................................................................................... 11

1.9. ................................................................... 11

1.10. .......................................................................... 12

1.11. Normes d'isolement ................................................................................................ 12

Chapitre 2 : Matériels et méthodes ........................................................................................... 13

2.1. .......................................................................................................... 13

2.2. Matériels utilisés ........................................................................................................ 13

ii

2.3. Méthodes ................................................................................................................... 18

Chapitre 3 : Résultats et interprétations ................................................................................... 25

3.1. Diagnostic .................................................................................................................. 25

3.2. Réparation du transformateur .................................................................................... 26

Chapitre 4 : Discussions ........................................................................................................... 32

4.1. Diagnostic du transformateur .................................................................................... 32

4.2. Réparation du transformateur .................................................................................... 32

Conclusion ................................................................................................................................ 35

Références bibliographiques .................................................................................................... 36

iii

Nomenclature

Symbole Définition Unités

I Intensité électrique A

m Masse kg

V Volume l (ou L)

l Longueur m t Temps s

V Tension électrique V

P Puissance W

iv

Liste des acronymes

BT : Basse Tension

CEI : Commission Electrotechnique Internationale

LTTC : Laboratoire de Thermique, Thermodynamique et Combustion

MT : Moyenne Tension

PTTC : Prix Toute Taxe Comprise

SARL : Société A Responsabilité Limitée SM3E : Société pour la Maîtrise de l'Energie, de l'Eau et de l'Environnement v

Liste des figures

Figure 1 : .......................................................................... 4 Figure 2 : ...................................................... 5 Figure 3 : ..................................................... 7

Figure 4 : Amorçages entre enroulements, entre spires et fusion des conducteurs .................... 8

Figure 5 : Formation de carbone solide ...................................................................................... 9

Figure 6 : Conducteur en fusion avec le circuit magnétique ...................................................... 9

Figure 7 : Procédure de diagnostic ........................................................................................... 10

Figure 8 : Couplage Dyn11 ...................................................................................................... 14

Figure 9 : Couplage Dyn11 simplifiée et indice horaire .......................................................... 15

Figure 10 : Transformateur triphasé à rénover ......................................................................... 15

Figure 11 : ................................................. 18 Figure 12 : ............................................................................... 19

Figure 13 : Circuit magnétique ................................................................................................. 19

Figure 14 : Réinstallation des colonnes .................................................................................... 20

Figure 15 : Montage de la culasse supérieure du noyau magnétique ....................................... 20

Figure 16 : ...................................................................................... 21

Figure 17 : vage de la partie active ........................................ 22

Figure 18 : ........................... 23

Figure 19 : Transformateur triphasé rénové ............................................................................. 23

Figure 20 : Essai en élévateur de tension ................................................................................. 24

Figure 21 : Conducteurs et isolants carbonisés ........................................................................ 25

Figure 22 : Divers composants endommagés ........................................................................... 25

Figure 23 : Trois enroulements remontés sur le noyau magnétique ........................................ 26

Figure 24 : Partie active étuvée sous une bâche ....................................................................... 28

Figure 25 : ............................................ 29

Figure 26 : Tests sonores du transformateur ............................................................................ 31

vi

Liste des tableaux

Tableau 1 : Classifications des transformateurs ......................................................................... 7

Tableau 2 : Caractéristiques du transformateur ........................................................................ 14

Tableau 3 : Outils utilisés durant la rénovation du transformateur .......................................... 16

Tableau 4 : Dépenses relatives aux travaux de rénovation du transformateur ......................... 17

Tableau 5 : Résultats issus des premiers tes

.................................................................................................................................................. 27

Tableau 6 : .................................................. 27

Tableau 7 : la partie active ..... 29

Tableau 8 :

.................................................................................................................................................. 30

Tableau 9 : Résultats issus des tests en élévateur de tension ................................................... 30

1

Introduction

pOHFWULFLWp XWLOLVHQW GHV transformateurs, majoritairement triphasés pour la transporter afin de réduire les pertes de

puissance suivant les lignes électriques [1]. Les transformateurs figurent parmi les installations

peu ex

Toutefois, les matériaux isolants se dégradent avec le temps et ils déterminent en dernier ressort

la durée de vie du transformateur [2]. Par conséquent, les producteurs d'électricité devraient

La Société pour la Maîtrise de l'Energie, de l'Eau et de l'Environnement (SM3E) produit centrale hydroélectrique. Elle transporte

l'électricité produite par le biais de deux transformateurs triphasés. Cependant, la SM3E ne

disposait plus de transformateurs de réserve en cas de panne d'un des transformateurs pour

assurer la continuité de ses services. La Société peut choisir entre deux options, la première

option consiste à acheter un nouveau transformate transformateur précédemment détérioré Par ailleurs, il existe une troisième option qui consiste en la rénovation du

remise en état pour constituer ce transformateur de réserve. La première option est

effectivement la solution facile à ce problème, néanmoins son prix reste un blocage pour la de ces transformateurs à notre équipe. conclusion. Ainsi : électriques caractéristiques sont donnés. Le second chapitre décrit les matériels et méthodes utilisés avec les milieux 2 Le troisième chapitre développe les résultats obtenus. Leur interprétation est rapportée par la suite. Les discussions des résultats obtenus terminent le mémoire en quatrième chapitre. 3

Chapitre 1 : Etude bibliographique

1.1. Société pour la ME

Energie, de

suivantes : Statut juridique : Société A Responsabilité Limitée (SARL) ;

Capital : 2 000 000Ar ;

NIF : 4000619367 ;

STAT : 74133 11 2007 0 10176 ;

RCS : 2007B00166.

Créée le 1er

ainsi que la gesti chef-lieu de la Commune rurale de Tolongoina et au village de Tsimbahambo. La distribu avait débuté en Mai 2013. Son siège social se trouve à Antananarivo au Lot II I 143 ter Alarobia Amboniloha.

1.2. ransformateur

Un transformateur est un " appareil statique à deux enroulements ou plus qui, par

induction électromagnétique transforme un système de tension et courant alternatif en un autre

système de tension et de courant de valeurs généralement différentes à la même fréquence dans

le but de transmettre de la puissance électrique » selon la Commission Electrotechnique

Internationale (CEI), [1].

1.3. Principaux constituants

Un transformateur comprend les principaux éléments suivants, [1] : Les enroulements Moyenne Tension (MT) et Basse Tension (BT) ;

Le circuit magnétique ;

uile diélectrique ;

Les traversées MT et BT.

4

La figure 1 présente

Source : [3]

Figure 1 :

Le couple enroulements-circuit magnétique forme la partie active. entre ce dernier et le noyau magnétique.

Cependant, omateur comme :

Le relais Buchholz pour le protéger en cas de mauvais fonctionnement ou de [4] ; Le régleur de tension pour varier la tension de sortie du transformateur, [1]. Chaque transformateur comporte une plaque signalétique comme la figure 2 présente.

Elle renseigne du transformateur comme son

5

Source : Auteur

Figure 2 :

1.4. Grandeurs électriques

1.4.1. Tensions simple et composée

La tension simple correspond à la tension mesurée entre une phase et un neutre, on la

note généralement par V. La tension composée est la tension entre deux phases, notée U, [5].

1.4.2. Courants de phase et de ligne

Le courant de phase, noté J, se définit comme le courant traversant un enroulement. Par

1.4.3. Puissance apparente

La puissance apparente est la puissance que peut délivrer le transformateur sans prendre compte du facteur de puissance. Elle résulte du produit de la tension efficace et du courant efficace, [2].

1.4.4. Pertes de puissance

de cette énergie par effet Joule. Elle dépend de la résistance du conducteur et du courant qui le parcourt. 6

De ces pertes, on distingue, [2] :

Les pertes à vide dans le circuit magnétique dues au courant magnétisant lui- même fonction de la tension ;

Les pertes en charge dans les enroulements ;

Les autres pertes dans les différents éléments du transformateur.

1.4.5.

e par le rapport entre la puissance électrique

à , [6]

des expériences antécédentes, plus le transformateur est puissant, plus le rendement tend vers

100%, [2].

1.4.6. Rapport de transformation

Le rapport de transformation, noté m correspond au quotient du nombre de spires de secondaire par primaire, [7]. Le rapport de transformation

triphasé peut être calculé à partir des tensions composées (à vide) des enroulements secondaire

et primaire, [8].

1.4.7.

Chaque enroulement doit être isolé des autres éléments du transformateur pour assurer

électrique

mesurée entre deux points. Pour des enroulements bien isolés, il peut ȍ GHV* , [9].

1.5. Types de transformateur

On peut classer les transformateurs suivant leur nombre de phase, leur mode de fixation, leur tension BT. Le tableau 1 récapitule ces classifications. 7

Tableau 1 : Classifications des transformateurs

Désignation Caractéristique

Nombre de phases Monophasé Une phase

Triphasé Trois phases

Mode de fixation H59 Transformateur placé dans une cabine H61 Transformateur accroché à un poteau électrique

Tension BT

B1 Tension entre phases autour de 230V

B2 Tension entre phases autour de 400V

B1 B2 Transformateur pouvant fonctionner avec une tension entre phases de 230V ou 400V

1.6. Couplage transformateur triphasé

Il existe différents types de couplage, [10] :

Couplage étoile représenté par la lettre Y ;

Couplage zigzag identifié par la lettre Z.

On écrien lettre majuscule et

BT en lettre minuscule, [11].

La figure 3 présente ces différents types de couplage.

Source : [10]

Figure 3 : D

Le choix du couplage dépend de de

tension comme abaisseur de tension pour la distribution de l 8 Le couplage des enroulements en étoile permet de réduire la tension à leurs bornes vis-

à-vis de celle entre phases. Mais p

enroulements, on les couple en triangle, [11].

Si le couplage du côté MT diffère de celui du côté BT, un déphasage se présente entre

les bornes primaire et secondaire des colonnes. Ce déphasage se nomme indice horaire. On identifie en comparant les directions des vecteurs U entre deux phases (MT et BT) d même colonne, [12].

1.7. Eventuels incidents rencontrés

Comme tout appareil, un transformateur peut se détérioré soit suite à un incident, soit dû à son vieillissement. On peut considérer deux origines, [1] :

Origine diélectrique ;

Origines électriques.

1.7.1. Origine diélectrique

papiers isolants peut entraî diminution, des amorçages se présentent entre les enroulements. Ils forment du carbone nt, [1]. Plusieurs amorçages successifs entre les enroulements dégradent les isolants entre les spires provoquant des amorçages entre elles. Puis, elles peuvent finir par se court-circuiter endommageant ainsi complètement les conducteurs dans les enroulements, [3]. La figure 4 récapitule ces phases de détérioration dues à une origine diélectrique.

Source : [1]

Figure 4 : Amorçages entre enroulements, entre spires et fusion des conducteurs 9

1.7.2. Origines électriques

Les mauvais contacts des connexions dans le transformateur constituent des sources La figure 5 montre un défaut de connexion engendrant une formation de point chaud dans le transformateur matérialisé par une formation de carbone solide, [1].

Source : [1]

Figure 5 : Formation de carbone solide

A part les défauts de connexi à des risques assez

importants de court-circuit extérieur ou de surcharge en temps réel. La figure 6 présente une

fusion des conducteurs provoquée par une surintensité importante.

Source : Auteur

Figure 6 : Conducteur en fusion avec le circuit magnétique 10 Comme le transformateur comprend des pièces métalliques, il est nécessaire de les relier à la tésente un défaut de masse, les pièces restent en potentiel libre favorisant les amorçages entre des pièces de potentiels différents, [3].

1.8. Diagnostic d'un transformateur triphasé

1.8.1. Enjeux du diagnostic

înant un dysfonctionnement du transformateur, il nécessite une rénovation pour être de nouveau fonctionnel. La rénovation comprend deux parties à savoir le diagnostic et la réparation.

Etablir un plan de diagnostic revient à, [1] :

Identifier et cibler les défauts ;

Identifier les causes de ces défauts ;

Estimer les risques inhérents à ces défauts. Le diagnostic comprend plusieurs étapes dont quelques-unes peuvent être exemptées en est visuellement endommagé plus de test. La figure 7 montre la procédure de diagnostic.

Figure 7 : Procédure de diagnostic

En fonction des résultats du diagnostic, on mentionne si le transformateur est réparable ou irréparable.

1.8.2. Visualisation

t du transformateur constitue la première étape du diagnostic. Pour ce faire, on observe : a traversées MT ou BT endommagées, des joints en mauvais état ; o faut la traiter, voire, la remplacer ; o La partie active.

Visualisation

Mesure

d'isolement Tests

électriques

Tests diélectriques

Tests sonores

11 Dans la plupart des cas, cette étape suffit pour estimer la cause des

1.8.3.

est bien isolé, on mesure son isolement par rapport à nt utilisé pour mesurer est le mégohmmètre, [9].

1.8.4. Tests électriques

Les tests électriques en abaisseur de tension consistent à appliquer un courant électrique

220 V/380 V sur les bornes MT du transformateur puis mesurer la tension entre ses bornes BT.

Tandis que les tests électriques en élévateur de tension, plus dangereux que les premiers se

limitent à la détection de la présence de courant aux bornes MT du transformateur.

1.8.5. Tests diélectriques

diélectrique convient au transformateur, on la teste spintermètre en mesurant sa tension de claquage. Puis on compare le résultat obtenu avec la valeur de cette tension mentionnée sur la plaque signalétique du transformateur, [13].

1.8.6. Tests sonores

Si des amorçage ou des vibrations se manifestent dans le transformateur, il peut srtance de ces tests. Ils consistent à écouter le moindre bruit se produisant

1.9. Réparation

La réparation t les directives principales suivantes, [14] :

Rebobinage des enroulements MT ;

Montage des enroulements ;

Tests ;

Essai en abaisseur de tension ;

Etuvage de la partie active ;

Tests ;

Expertise de la cuve et nettoyage ;

huile diélectrique ;

Encuvage ;

12

Tests ;

Essai en élévateur de tension ;

Tests sonores.

1.10. Traitement

e deux rôles dans un transformateur, [1] : sous tension ; enroulements et circuit magnétique vers le système de refroidissement (cuve, radiateurs, tubes à ailettes ventilés, etc.). pend fortement de sa qualité. Or au fil du temps, elle se facteurs du vieillissement de , [3]. Cette dégradation peut spires ou entre les enroulements endommageant le transformateur. Dans ce cas, un traitement , [15]. On peut se passer du

1.11. Normes d'isolement

Comme tout appareil électrique, des no ent à un transformateur. les normes exigées sont les normes les enroulements. On distingue les normes CEI-

60076 [16].

13

Chapitre 2 : Matériels et méthodes

2.1. Milieux

Cette étude concerne un transformateur triphasé défect déroulée, en majeure partie, au sein du Laboratoire de Thermique, Thermodynamique et rebobinage sis à Analamahitsy. La rénovation a commencé le 12 Octobre 2017 prolongé 12 Février

2018. Elle renferme des connaissances théoriques et des techniques pratiques à la rénovation

Elle est une combinaison de , de

, de la thermique et de la mécanique.

2.2.Matériels utilisés

Les matériels utilisés comprennent les éléments suivants :

Le transformateur ;

Les locaux ;

Les moyens de transport ;

Les outils utilisés ;

Les ressources financières ;

Les ressources humaines.

Le transformateur triphasé appartient à la Société et est à utiliser comme un des

transformateurs dans la Commune de Tolongoina en cas de panne des transformateurs . Alors, ce transformateur une fois rénové constituera un transformateur de réserve pour la Société. 14 Le tableau 2 présente les caractéristiques du transformateur.

Tableau 2 : Caractéristiques du transformateur

Nombre de colonnes 3

Mode de fixation H61 (poteau électrique)

Nom du constructeur Tunisie Transformateur Société Anonyme

Numéro de série 28532

Année de fabrication 2009

Puissance [kVA] 50

Tension entre phases MT [kV] 20

Tension entre phases BT [V] 400

Couplage Dyn11

Pour simplifier la connexion des fils, la figure 8 illustre le couplage Dyn11 de ce transformateur.

Source : Auteur

Figure 8 : Couplage Dyn11

15 La figure 9 présente une simplification de ce couplage avec des illustrations des directions des vecteurs U pour plus de clarté. Figure 9 : Couplage Dyn11 simplifiée et indice horaire La figure 10 montre le transformateur avant rénové.

Source : Auteur

Figure 10 : Transformateur triphasé à rénover 16 On avait entreposé le transformateur au sein du laboratoire LTTC. Comme un indispensable avec une machine rebobineuse, on devait mobiliser des moyens de transport assurés par la Société pour acheminer les colonnes depuis le LTTC vers lde rebobinage. Une fois le rebobinage terminé, on les ramenait au laboratoire. Le tableau 3 donne les différents outil pour effectuer les différentes étapes de diagnostic et de réparation. Tableau 3 : Outils utilisés durant la rénovation du transformateur

Catégorie Outil Utilisation

Electronique

Voltmètre Mesurer la tension électrique

Ampèremètre

Mégohmmètre Mesurer la résistance électrique (isolement) entre deux points Electromécanique Machine rebobineuse Rebobiner un enroulement MT

Electrique

Résistance électrique Etuver une matière

Secteur triphasé Alimenter un transformateur en abaisseur ou en

élévateur de tension

quotesdbs_dbs29.pdfusesText_35

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