Analyseurs de réponse en fréquence série FRAX

Les tests SFRA et DFR sont entièrement différents. Le test SFRA examine tout type de changement mécanique à l’intérieur du transformateur tandis que le test DFR est utilisé pour déterminer l’humidité présente dans la cellulose (isolement solide) des transformateurs de puissance remplis d’huile. Les deux tests ont des applications très différentes.

Vous obtenez les détails de diagnostic les plus significatifs d’une analyse SFRA en comparant les tests actuels aux tests précédents ou à « l’empreinte » initiale d’un transformateur. Par conséquent, nous recommandons d’effectuer un test SFRA sur de nouveaux transformateurs lors de leur mise en service ou, si l’unité est déjà en service, dès que possible, lorsque l’on sait que le transformateur est en bon état. Le test SFRA est également très répandu lors du transport d’un transformateur vers son site. Un « balayage » peut être effectué en usine avant l’expédition du transformateur puis une nouvelle fois sur site à la réception, pour s’assurer qu’aucun dommage n’est survenu pendant le transport. Pour qu’une comparaison directe entre les résultats soit valable, vous devez reproduire tous les aspects du test initial, y compris le test avec les bagues de test ou de transport installées et avec le transformateur rempli d’huile (ou non). 

Oui, chaque test fournit des informations différentes sur votre transformateur. Les tests de facteur de puissance et de réponse en fréquence diélectrique (DFR) vérifient l’isolement du transformateur. Les tests de résistance d’enroulement et de rapport du nombre de tours révèlent l’état des enroulements. La SFRA fournit des informations importantes sur l’intégrité mécanique du transformateur et peut vous aider à déterminer si un transformateur a subi des dommages mécaniques. Chaque test électrique que vous effectuez vous donne un peu plus d’informations et, ensemble, ils forment une bonne image de l’état de votre transformateur. Parfois, un « deuxième avis » provenant de deux ou plusieurs tests effectués sur le même composant peut vous aider à confirmer un problème présumé.

Pour les tests SFRA

Aucun ordre particulier ne doit être respecté pour les tests SFRA en circuit ouvert et en court-circuit. Cependant, pour augmenter l’efficacité, vous pouvez exécuter les tests dans un ordre qui vous aidera à minimiser les changements de fils. Par exemple, après avoir effectué un test en circuit ouvert HT de H1-H3, vous pouvez rapidement court-circuiter les enroulements côté bas et exécuter le test en court-circuit HT sur H1-H3. Ensuite, les fils peuvent être commutés sur H2-H1 pour effectuer le test en court-circuit HT, puis vous pouvez supprimer les courts-circuits pour réaliser le test en circuit ouvert HT sur H2-H1, et terminer en mesurant les tests en circuit ouvert et en court-circuit sur H3-H2. Cet ordre de test peut vous faire gagner du temps par rapport au fait de commuter les connexions HT entre les six tests, en particulier dans le cas de transformateurs haute tension pour lesquels les bornes sont difficiles d’accès. Il est beaucoup plus facile de mettre en place et de retirer les courts-circuits sur le côté bas du transformateur que de modifier plusieurs fois les connexions du côté haut.

Pour l’ensemble des tests électriques 

Les tests SFRA et de courant d’excitation doivent être effectués en premier et les tests de résistance d’enroulement en dernier. Cette recommandation vise à éviter que le magnétisme résiduel du test de résistance d’enroulement n’affecte les résultats des autres tests. Cependant, vous n’avez pas à vous soucier de la séquence de test si votre trousse de test de résistance d’enroulement peut démagnétiser efficacement le transformateur après le test. On peut affirmer qu’il y a un avantage à amener le noyau d’un transformateur à un état de magnétisation constant (via une fonction de démagnétisation efficace d’un instrument de test) au début d’une séquence de test comprenant des tests de courant d’excitation et SFRA.

Oui, la SFRA est un test très sensible qui peut détecter de petites modifications physiques ou mécaniques à l’intérieur du transformateur. Par conséquent, toute connexion supplémentaire sur le transformateur, par exemple le bus, peut modifier significativement la réponse (en particulier aux fréquences élevées). L’isolement complet du transformateur permet de garantir les résultats les plus reproductibles et la meilleure analyse. 

Dans un monde idéal, lors de la mise en service du transformateur, vous testeriez toutes les prises, c’est-à-dire chaque position du DETC avec l’OLTC réglé sur sa position nominale et toutes les positions de prise de l’OLTC avec le DETC réglé sur sa position de service. Chaque position de prise nécessitant 15 balayages pour un transformateur à deux enroulements, cette méthode devient rapidement impossible à mettre en pratique en raison des contraintes de temps et de ressources. Il est généralement recommandé de placer le DETC en position de service et d’effectuer les 15 balayages standard avec l’OLTC en position complètement relevée; cette méthode garantit que tous les tours d’enroulement de l’OLTC seront dans la mesure. De plus, les balayages sont souvent répétés avec l’OLTC en position nominale. Lorsque vous placez l’OLTC dans sa position nominale, vous devez vous approcher depuis la prise « relevée ». En effectuant des mesures SFRA avec l’OLTC en position nominale et entièrement relevée, vous aurez une image générale du transformateur avec l’OLTC complètement engagé et non engagé. 

Remarque: Lorsque vous effectuez des mesures SFRA, notez toujours les positions de prises auxquelles le test a été effectué pour référence et analyse ultérieures.

Des connexions et une mise à la terre correctes sont essentielles à la réussite d’un test SFRA. Assurez-vous que la pression des pinces est suffisante pour le raccordement aux bornes du transformateur et respectez le principe de mise à la terre par la tresse la plus courte. En cas de présence de traces de peinture ou de corrosion au niveau des points de connexion, nettoyez-les ou vérifiez que les pinces sont passées à travers. De plus, vous pouvez effectuer un contrôle de la boucle de terre pour vous assurer que les connexions du fil de mise à la terre et la terre du transformateur sont à un point commun. Vous pouvez effectuer un contrôle de boucle de terre en appuyant sur le bouton « GLD » des appareils FRAX 101 et 150 ou vérifier manuellement avec un ohmmètre si votre unité SFRA ne dispose pas de cette fonction. Les problèmes de mise à la terre et de connexion médiocres se manifestent généralement aux fréquences les plus élevées (environ 500 kHz et plus). Il est conseillé de vérifier les connexions et d’effectuer à nouveau le balayage si les balayages varient de manière significative dans cette plage de fréquence par rapport aux mesures précédentes.

Oui. Les balayages de test en circuit ouvert changent aux basses fréquences si le noyau est magnétisé. Le balayage se déplace généralement vers le haut et vers la droite. Les effets de la magnétisation sur les résultats SFRA sont la raison pour laquelle il est important d’effectuer les tests SFRA avant le test de résistance d’enroulement, si celui-ci est prévu. Si cela n’est pas possible, vous devez démagnétiser le transformateur avant d’effectuer un test SFRA. 

Une préparation et une configuration correctes du test sont essentielles pour tout test électrique. Les tests SFRA, en particulier, sont extrêmement sensibles aux petits changements mécaniques au sein du transformateur, ce qui signifie que tout changement de configuration peut affecter la réponse. Par conséquent, vous devez prêter une attention méticuleuse à vos connexions, à vos pratiques de test et à vos préparations pour garantir des résultats reproductibles. Effectuez toujours des connexions solides au même endroit, respectez le principe de tresse de mise à la terre la plus courte et assurez-vous que le transformateur est toujours dans les mêmes conditions lorsqu’il est testé, notamment les positions du changeur de prises, les bagues et le niveau d’huile. Vous devez noter tout ce qui a changé sur le transformateur depuis le test précédent. Notez toujours la position des prises du transformateur lorsque vous effectuez le test et, le cas échéant, la position à partir de laquelle la prise a été modifiée.

Oui, après qu’un transformateur a été reconstruit, il s’agit essentiellement d’un nouveau transformateur, de sorte que ses mesures précédentes seront différentes de ses mesures actuelles. À ce stade, le transformateur doit être remis en service et une nouvelle empreinte SFRA doit être prise.

Oui. Les résultats des tests SFRA, lorsqu’ils sont effectués correctement et dans des conditions similaires (mise à la terre correcte, même position de prise et connexions similaires), sont comparables. Parmi les facteurs qui peuvent affecter les résultats de test se trouvent le magnétisme résiduel et les mauvaises pratiques de mise à la terre. Le logiciel FRAX de Megger est le seul à pouvoir importer les résultats de tests précédents depuis n’importe quel instrument de test d’un autre fabricant et comparer les résultats. Les modèles FRAX 101 et FRAX 150 peuvent également ajuster la tension de sortie pour correspondre aux produits existants d’autres fabricants qui n’utilisent pas un signal d’entrée de 10 V crête-à-crête.

Lorsque vous sélectionnez l’option « File » (Fichier) dans le menu principal du logiciel FRAX, une option « Import » (Importer) et une option « Export » (Exporter) sont disponibles. Plusieurs autres formats peuvent être sélectionnés (CIGRE, csv, txt, Doble).

Les balayages SFRA en circuit ouvert dépendent de la tension aux basses fréquences en raison de l’impédance de magnétisation du transformateur. Par conséquent, le balayage varie en fonction des variations de tension. Lorsque le balayage se déplace dans les fréquences moyennes, où les enroulements influencent pleinement le balayage, les courbes s’alignent indépendamment de la tension. Si vous souhaitez comparer les résultats à des balayages plus anciens effectués à des tensions différentes, nous vous recommandons d’exécuter le test à la tension précédente puis d’effectuer à nouveau le test avec la tension de crête par défaut de 10 V utilisée par le FRAX.

Sur les modèles FRAX101 et 150, le niveau de tension de sortie peut être ajusté depuis la valeur standard ou par défaut de 10 V à 12 V et jusqu’à 0,1 V en modifiant une ligne de commande dans un fichier du répertoire FRAX. Le nom du fichier est « connectioncommands.txt » et son emplacement par défaut est C:\Program Files\Megger\FRAX. Pour régler la tension de sortie, ouvrez le fichier dans le Notepad (Bloc-notes) et ajoutez la commande « gen:gainx=k » au fichier. K est un facteur de réglage de la tension défini par défaut sur k = 1 pour 10 Vcrête. Par exemple, pour régler la tension de sortie sur 2,828 Vcrête (2 V RMS), changez la valeur en k = 0,2828. La valeur doit être comprise entre 1,2 et 0,01. Enregistrez les modifications puis quittez. Vous devez vous déconnecter et vous reconnecter au FRAX pour activer le nouveau réglage.

Un test SFRA en circuit ouvert indique la réponse du noyau et des enroulements tandis qu’un test SFRA en court-circuit indique uniquement la réponse des enroulements. Chaque plage de fréquences correspond à différents composants du transformateur et c’est là qu’un problème avec ces composants respectifs se manifeste dans la courbe SFRA. Quelques plages de fréquences générales sont indiquées ci-dessous.

• 20 Hz à 2 kHz : déformation du noyau principal, circuits ouverts, courts-circuits, magnétisme résiduel
• 10 kHz à 20 kHz : composant d’enroulement en vrac, impédance de shunt
• 20 kHz à 400 kHz : déformation dans les enroulements principaux
• 400 kHz à 1 MHz : enroulement de prise

Remarque: chaque transformateur aura des réponses spécifiques et les plages ci-dessus sont fournies à titre de référence générale uniquement. Pour les enroulements dont la tension nominale est inférieure à 72 kV, la norme CEI recommande d’effectuer le test jusqu’à 2 MHz.

La norme IEEE C57.149 stipule qu’une « différence de température importante, généralement bien supérieure à 10 °C, entre deux mesures, influence légèrement la réponse aux fréquences plus élevées ».

Pour des raisons pratiques, l’effet de la température sur les mesures SFRA est très faible et peut être ignoré tant qu’il n’existe pas de variation de température considérable entre les deux courbes de comparaison.

Vous devez effectuer un total de 30 tests différents.

• 12 tests en circuit ouvert, un sur chaque enroulement (4 enroulements x 3 phases = 12 tests)
• 18 tests en court-circuit :
  • 9 tests (du côté haut avec trois secondaires en court-circuit, un à la fois)
  • 6 tests (du côté X avec deux autres secondaires en court-circuit, un à la fois)
  • 3 tests (du côté Y avec le dernier secondaire en court-circuit)

Dans ce cas, la norme IEEE C57.152 recommande d’effectuer tous les tests électriques, y compris le facteur de puissance et la SFRA. Le test du facteur de puissance peut révéler un changement de la capacité et de l’état de l’isolement, tandis qu’une courbe SFRA aide à diagnostiquer les problèmes ou défaillances associés aux enroulements du transformateur.

Il n’existe aucune directive industrielle concernant l’utilisation de la SFRA en fonction des valeurs de puissance nominale d’un transformateur. En théorie, vous pouvez effectuer la SFRA sur n’importe quelle taille de transformateur (ou d’enroulements, comme les moteurs). Si des tests ultérieurs sont effectués dans des conditions similaires, les résultats peuvent être comparés et analysés. D’autres tests électriques, tels que les tests du rapport du nombre de tours du transformateur (TTR), du courant d’excitation et d’isolement en courant continu, fournissent également des informations précieuses sur les transformateurs plus petits.

Oui. Le test SFRA examine la réponse du réseau RLC complexe à l’intérieur d’un transformateur. Vous pouvez effectuer des mesures de base ou de référence sur des transformateurs de type sec et comparer les résultats au fil des années. Pour les transformateurs de type sec, vous devez être conscient de l’effet que les capacités de mise à la terre peuvent avoir sur les courbes. En outre, la réponse du côté bas peut présenter de légères déviations en raison de faibles niveaux de signal. Un très bon plan de masse produira des mesures plus reproductibles. 

Les tests traditionnels en circuit ouvert et en court-circuit sont généralement effectués en usine pour déterminer l’absence de charge et les pertes de cuivre du transformateur. Le fabricant utilise généralement des sources égales à la « valeur nominale » du transformateur pour effectuer ces tests. En évaluant l’absence de charge et les pertes de cuivre, vous pouvez déterminer les différents composants dans un circuit équivalent au transformateur. 

Bien qu’ils partagent des noms et des connexions similaires, les tests SFRA en circuit ouvert et en court-circuit sont totalement différents. Le test SFRA en circuit ouvert examine la réponse électrique du noyau et de l’enroulement tandis que le test SFRA en court-circuit isole la réponse de l’enroulement du transformateur. Ces tests fonctionnent à une faible tension de 10 V crête-à-crête mais vous aident à circonscrire les zones où un problème peut se trouver.

Conformément à la norme IEEE C57.149, le test avec huile est la méthode la plus courante et privilégiée pour l’analyse de réponse en fréquence. La sécurité doit être prise en compte lorsqu’un transformateur est testé sans huile afin d’éviter d’appliquer des tensions excessives. La présence d’huile modifie la réponse en fréquence. Les résultats avec et sans huile entraîneront des variations dans les courbes SFRA. Vous trouverez ci-dessous un extrait des directives de la norme IEEE :

« Pour les nouveaux équipements, il peut être nécessaire de réaliser deux tests FRA après réception de l’équipement à sa destination finale : 1) un test avec le transformateur dans sa configuration d’expédition, et 2) un test avec le transformateur assemblé et rempli d’huile comme requis pour le test de résistance d’isolement, à utiliser comme données de référence pour les futurs tests. Si aucun dommage n’est suspecté pendant l’expédition, le test dans la configuration telle qu’expédiée peut ne pas être nécessaire en tant que test de réception. »

Souvent, le fabricant remplit et purge le transformateur avant l’expédition. Vous devez connaître les conditions dans lesquelles le fabricant a effectué le test SFRA avant l’expédition depuis l’usine. La norme IEEE stipule également que:

« Si l’équipement doit arriver vidangé de son huile, la configuration d’expédition doit préciser qu’il sera testé avant et après le déplacement sans huile. Si l’équipement doit être expédié après avoir été vidangé de son huile, il doit être testé avant le déplacement sans huile. Le test de l’unité avant l’expédition, dans ce cas sans huile, et avant le premier remplissage peut ne pas être adapté et peut indiquer de fausses défaillances en raison de l’huile résiduelle retenue dans les enroulements ou de l’huile supplémentaire s’écoulant de l’enroulement pendant les semaines d’expédition. Si l’équipement doit être expédié avec de l’huile, il doit être entièrement rempli pour les tests avant et après déplacement. Si l’équipement doit être expédié partiellement rempli, il doit être testé avec le même niveau d’huile ou, de préférence, après l’ajout d’huile. S’assurer que l’huile est au même niveau avant et après le transport pour les transformateurs partiellement remplis peut être difficile et peut parfois conduire à des évaluations incorrectes. »