Embed Size (px)
Citation preview
Université du Québec à Chicoutimi
MODULE D’INGÉNIERIE
GÉNIE ÉLECTRIQUE
6GIN555 : PROJET DE SYNTHÈSE EN INGÉNIERIE
Rapport final
Projet # 2011-243
Développement et validation d'une procédure standardisée d'essais Doble sur un transformateur-redresseur
Préparé par
FRANCIS THIBAULT
Pour
HUGO SIMARD, ING
RTA division ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
&
LONG PONG, ING
DOBLE ENGINEERING
20 AVRIL 2012
CONSEILLER : ISSOUF FOFANA, ING., PH.D. EN GÉNIE ÉLECTRIQUE
COORDONNATEUR : JACQUES PARADIS, ING.
2
Approbation du rapport d’étape pour diffusion
Nom du conseiller Issouf Fofana, ing., PH.D. en Génie Électrique
Date
Signature
3
Remerciements
En préambule à ce rapport de projet, je souhaite adresser mes remerciements les plus sincères aux
personnes qui m'ont apporté leur aide et qui ont contribué à la réalisation de ce projet.
J’aimerais d’abord remercier M. Hugo Simard de Rio Tinto Alcan sans qui il aurait été impossible de
réaliser les essais sur les transformateurs-redresseurs. Nous avons travaillé de pair à toutes les étapes de la
réalisation de ce projet, de la planification des essais jusqu’à l’émission des recommandations découlant
de l’analyse des résultats obtenus.
Mes remerciements s’adressent également à M. Long Pong de Doble Engineering, qui a été l’instigateur
du projet et qui a su faire bénéficier de sa grande expérience de par ses commentaires sur l’analyse des
résultats d’essais obtenus.
Je tiens aussi à exprimer ma reconnaissance envers M. Issouf Fofana qui a eu la gentillesse de recevoir et
commenter mes différents rapports de projet ainsi que de répondre à mes interrogations au meilleur de ses
connaissances.
Enfin, je remercie M. Jacques Paradis pour la coordination et le soutient qu’il offre permettant ainsi la
réalisation de projets synthèse des plus formateurs.
Merci à vous tous.
4
Résumé
R
ésum
é de
la p
roblé
mat
ique
et d
es o
bje
ctif
s
Les transformateurs-redresseurs sont des équipements permettant la conversion de
puissance fournie d’un réseau triphasé alternatif afin d’alimenter en courant continu de
forte intensité des installations industrielles qui ont besoin d’électricité sous cette forme.
Les transformateurs-redresseurs étant critiques pour l’alimentation en courant-continu des
salles d’électrolyse, les alumineries se doivent de s’assurer de l’intégrité de ceux-ci lors
de leurs entretiens préventifs. Les mesures permettant d’évaluer l’intégrité des
équipements sont prises lors de tests électriques connus sous l’appellation ‘’essais
Doble’’. Développés par l’entreprise Doble Engineering et effectués à l’aide d’un de
leurs appareils, ces essais normalisés permettent d’évaluer l’état mécanique et
diélectrique des composantes de l’équipement testé.
Toutefois, Doble n’a pas encore développé de procédure d’essais normalisée pour
effectuer les essais sur les transformateurs-redresseurs. Cela fait en sorte que les
différentes entreprises qui effectuent des mesures d’entretien sur ces équipements
utilisent diverses procédures d’essais. Il en résulte que les résultats sont difficilement
comparables d’une entreprise à une autre, et il arrive que les résultats ne soient plus
analysables du tout étant donné la procédure utilisée.
L’objectif de ce projet est donc de développer et de valider expérimentalement une
procédure standardisée d’essai Doble sur les transformateurs-redresseurs, applicable pour
tout type de configuration.
Rés
um
é du t
ravai
l ré
alis
é
Des journées d’essais sur les différents transformateurs-redresseurs de RTA ont permis
d’obtenir et d’analyser des résultats d’essais Doble obtenus avec différentes méthodes
d’essai.
Les principales conclusions qui ont pu être tirées de ceux-ci ont été présentées à M. Long
Pong de Doble Engineering, pour finalement être publiés sous la forme d’un papier
technique.
Parallèlement, une procédure d’entretien normalisée (PEN) a été développée pour RTA
selon leur modèle standardisé pour ce type de document. Celle-ci décrit en une quinzaine
de pages les essais Doble à réaliser sur un transformateur-redresseur lors de son entretien
périodique ainsi que lors d’essais diagnostiques.
Rés
um
é des
co
ncl
usi
ons
En conclusion, on peut prétendre que la méthode expérimentale déterminée au début du
projet était efficiente, que l’échéancier qui y a été joint était réaliste et que les objectifs
fixés étaient réalisables. En effet, malgré les disparités qui existes entre les diverses
configurations physiques de l’appareillage nommé transformateur-redresseur, il a été
possible de déterminer des procédures d’essais applicables à toutes les configurations.
La contribution au papier technique émis par Doble Engineering s’est avéré considérable,
puisque la récolte de résultats sur de l’appareillage réel ainsi que l’analyse qui en a été
faite a constitué le corps du document technique émis pour le bénéfice de leurs clients.
Également, la procédure d’essai normalisée livrée à RTA réalisée selon leurs standards a
directement pu être distribuée à toutes leurs installations et servira dorénavant de marche
à suivre pour la réalisation des essais Doble à venir sur les transformateurs-redresseurs.
Les documents, conclusions et recommandations qui ont résulté du projet ont
immédiatement été utilisés par les deux entreprises pour la réalisation de leurs objectifs,
ce qui justifie l’utilité du projet tout en étant extrêmement valorisant.
5
Table des matières
REMERCIEMENTS ................................................................................................................................... 3
RESUME ..................................................................................................................................................... 4
I INTRODUCTION ......................................................................................................................... 6
II PRÉSENTATION DU PROJET .................................................................................................. 6
II.1 Description des entreprises impliquées ......................................................................................... 6
II.2 Description de l’équipe de travail.................................................................................................. 8
II.3 Problématique et état de l’art reliés au projet .............................................................................. 9
II.4 Objectifs généraux et spécifiques du projet ................................................................................ 10
III ASPECTS TECHNIQUES ET ELEMENTS DE CONCEPTION RELATIFS AU PROJET 11
III.1 Recherche et récolte d’information ................................................................................................. 11
III.2 Méthodologie utilisée ...................................................................................................................... 18
III.3 Production de documents ................................................................................................................ 18
IV BILAN DES ACTIVITES ........................................................................................................... 19
IV.1 Arrimage formation pratique/universitaire ................................................................................. 19
IV.2 Travail d’équipe .......................................................................................................................... 20
IV.3 Respect de l’échéancier ............................................................................................................... 21
IV.4 Analyse et discussion .................................................................................................................. 21
V CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS ........................................................................... 22
BIBLIOGRAPHIE ................................................................................................................................... 26
ANNEXES ................................................................................................................................................. 27
Annexe 1 : Diagramme de Gantt de l’échéancier final ............................................................................ 27
Annexe 2 : Résumé de l’analyse des résultats obtenus des essais Doble réalisés.................................... 28
Annexe 3 : Procédure d’entretien normalisée (PEN) développée pour RTA ............................................ 49
6
I Introduction
Dans le cadre du cours 6GIN555 : Projet de synthèse en ingénierie, un projet sur le
développement et la validation d’une procédure d’essais Doble sur un transformateur-
redresseur a été mené de front en collaboration avec Rio Tinto Alcan division Énergie
Électrique et Doble Engineering de septembre 2011 à avril 2012. Le présent rapport met en
contexte le projet, fait état du travail qui a été effectué dans le cadre de sa réalisation et
présente les recommandations et conclusions qui en ont émané.
II Présentation du projet
II.1 Description des entreprises impliquées
Rio Tinto Alcan (RTA) est la compagnie de la société Rio Tinto qui est le leader mondial
de la production d'aluminium. Elle est l'un des plus importants fournisseurs de bauxite,
d'alumine et d'aluminium et son leadership est renforcé par :
son large éventail de projets,
sa technologie d'électrolyse - la référence dans l'industrie,
sa position enviable en matière d'hydroélectricité.
Synonyme d’aluminium partout dans le monde, Rio Tinto Alcan est également le plus
important producteur privé et utilisateur industriel d’hydroélectricité au Québec. Avec ses
installations de production hydroélectrique du Saguenay-Lac-Saint-Jean, Rio Tinto Alcan
répond à 90 % des besoins énergétiques de ses alumineries en territoire québécois, l’autre
10 % provenant d'Hydro-Québec.
7
Énergie Électrique est la constituante de Rio Tinto Alcan qui gère les installations de
production, de transport et de distribution hydroélectrique de l'entreprise au Saguenay–
Lac-Saint-Jean.
Le réseau hydroélectrique de Rio Tinto Alcan au Saguenay–Lac-Saint-Jean compte 6
centrales hydroélectriques composées de 43 groupes turbine-alternateur au total, 28
barrages et ouvrages de régularisation, 4 interconnexions avec Hydro-Québec, 884
kilomètres de lignes de transport d'énergie, 2200 pylônes, un réseau d'une quarantaine de
stations hydrométéorologiques ainsi qu'un réseau indépendant de télécommunication.
C’est donc la division Énergie Électrique qui gère l’entretien des appareillages de
distribution d’électricité aux alumineries, incluant les transformateurs redresseurs dont il
est question dans ce projet.
Doble Engineering est une entreprise américaine présente dans plus de 110 pays qui aide
ses clients dans l'industrie de l'énergie électrique à améliorer leurs opérations et à
optimiser leur performance depuis plus de 85 ans. Doble offre des services, des
instruments de diagnostic et possède la plus grande banque mondiale de résultats de tests
statistiquement significatifs sur les appareils électriques pour le bénéfice d’entreprises de
production, distribution et utilisation industrielle d'énergie électrique dans le monde
entier.
De vaste expériences de travail sur tous les continents et dans tous les types
d'environnements d'exploitation a permis à Doble de développer l'instrumentation la plus
avancée techniquement pour effectuer des tests de diagnostic sous tension ou hors
tension. Les résultats des essais Doble peuvent être comparés instantanément à leur
banque de données en ligne toujours croissante de plus de 10 millions de résultats
d’essais sur plus de 350 000 types d'appareils. Ces résultats donnent aux clients la
tranquillité d'esprit dont ils ont besoin lors de la présentation des recommandations
techniques essentielles à la haute direction.
8
II.2 Description de l’équipe de travail
Le projet m’ayant été offert personnellement par mon employeur à la fin de mon stage
d’été, je me suis vu contraint à réaliser le projet sans co-équipier de l’UQAC, étant donné
que l’accès aux terrains et aux équipements de l’entreprise est restreint aux personnes
autorisées seulement. Néanmoins, j’ai su former avec M. Hugo Simard, ingénieur
électrique en charge de l’entretien des transformateurs chez Énergie Électrique, une
équipe de travail dynamique et efficace.
La collaboration de M. Long Pong de Doble Engineering a aussi fait en sorte d’impliquer
beaucoup d’expérience et de connaissance des équipements pour les travaux et l’analyse
des résultats.
Biographie de M. Hugo Simard
Hugo Simard a obtenu en 1997 son Baccalauréat en Génie Électrique à l’Université du
Québec à Chicoutimi. Il a été à l’emploi pour Rio Tinto Alcan division Énergie
Électrique pour les quinze dernières années et y est responsable d’offrir un support
technique pour l’entretien des transformateurs et des sous-stations alimentant les usines
d’électrolyse d’aluminium.
Biographie de M. Long Pong
Long Pong est à l’emploi chez Doble Engineering depuis 2000, et travaille actuellement
comme ingénieur principal au département service à la clientèle. Il a amassé plus de 20
années d'expérience dans l'évaluation des conditions, les essais et les réparations
électriques ainsi que la gestion de projet d'appareils de génération, transmission et de
distribution d’électricité. Au cours des huit dernières années, M. Pong a publié plus d’une
vingtaine de documents techniques se rapportant à l'évaluation de l'état, au dépannage et
aux techniques de test d’appareils électriques de puissance. Avant de se joindre Doble, il
a œuvré chez Alcan-Énergie Électrique et pour Hydro-Québec. Il est membre de l'IEEE,
et a été un membre de la CEA (Association canadienne de l'électricité). Il a obtenu son
baccalauréat en génie électrique de l'École Polytechnique de Montréal en 1988.
9
II.3 Problématique et état de l’art reliés au projet
Les transformateurs-redresseurs sont des équipements d’électrotechnique permettant la
conversion de puissance fournie d’un réseau triphasé alternatif afin d’alimenter en
courant continu de forte intensité des installations industrielles qui ont besoin d’électricité
sous cette forme. Les transformateurs-redresseurs étant critiques pour l’alimentation en
courant-continu des salles d’électrolyse, les alumineries se doivent de s’assurer de
l’intégrité de ceux-ci lors de leurs entretiens préventifs.
Or, tout appareillage électrique est constitué d’un agencement judicieux de matériaux
conducteurs qui servent à transporter l’énergie électrique là où elle doit être utilisée et de
matériaux isolants qui permettent d’empêcher celle-ci de se perdre en empruntant le plus
« court » chemin d’un potentiel à un autre. Outre leur fonction première qui est de
s’opposer au passage du courant entre conducteurs, les isolants solides ont également le
rôle de maintenir mécaniquement les conducteurs dans des conditions prédéterminées.
L’application de la tension de service combinée aux contraintes de diverses sources et
leurs interactions mutuelles fait apparaître un certain nombre de phénomènes parasites
qui provoquent une détérioration graduelle et le vieillissement des isolants. Ces derniers
peuvent ainsi perdre leur capacité à remplir la fonction pour laquelle ils ont été conçus et
entraîner des pannes indésirables par claquage (rupture) électrique de l’isolation. Les
défaillances de l’appareillage électrique sont d’ailleurs dues, dans une très large mesure,
au claquage électrique des isolations. Par conséquent, le besoin, d'une procédure d’essai
standardisée pour effectuer des diagnostics, soutenir la gestion efficace de la
dégradation/vieillissement de l'infrastructure existante s’avère essentiel.
Les mesures permettant d’évaluer l’intégrité des équipements sont prises lors d’essais
électriques connus sous l’appellation ‘’essais Doble’’. Développés par l’entreprise Doble
Engineering et effectués à l’aide d’un de leurs appareils, ces essais normalisés permettent
d’évaluer l’état mécanique et diélectrique des composantes d’équipements que l’on
retrouve sur le réseau de transport et de distribution de l’énergie électrique
(transformateurs de puissance, disjoncteurs, parafoudres, etc.).
10
Toutefois, Doble n’a pas encore développé de procédure d’essais normalisée pour
effectuer les essais Doble sur les transformateurs-redresseurs. Il en est ainsi du fait que
les transformateurs-redresseurs ont des configurations très diverses, avec des couplages et
des branchements du côté secondaire plus complexes que pour un transformateur de
puissance. Cela fait en sorte que les différentes entreprises qui effectuent des mesures
d’entretien sur ces équipements utilisent diverses procédures d’essais. Il en résulte que les
résultats sont difficilement comparables d’une entreprise à une autre, et qu’il arrive
parfois que les résultats ne soient plus analysables du tout étant donné la procédure
d’essai utilisée.
II.4 Objectifs généraux et spécifiques du projet
L’objectif de ce projet est de développer et de valider expérimentalement une procédure
standardisée d’essai Doble sur les transformateurs-redresseurs, applicable pour tout type
de configuration. Les résultats des travaux menés de par ce projet seront présentés à la
conférence annuelle des clients de Doble Engineering et seront distribués à ceux-ci sous
la forme d’un avis technique. De plus, une procédure d’entretien normalisée (PEN) sera
produite pour RTA en utilisant le format standardisé approprié pour ce type de document.
11
III Aspects techniques et éléments de conception relatifs au projet
III.1 Recherche et récolte d’information
Les transformateurs-redresseurs étant des équipements complexes sur lesquels je ne
détenais pas beaucoup de connaissances, une vaste recherche d’information sur cet
équipement a été entreprise.
D’abord, certains ouvrages abordent légèrement la description de ces équipements au
passage lorsqu’ils traitent du redressement de la tension pour l’alimentation d’une charge
à courant continu. Toutefois, aucun ouvrage traitant spécifiquement des transformateurs-
redresseurs n’a été trouvé. De l’information pertinente a pu être tirée des sources
suivantes :
Bharat Heavy Electricals Limited New York, Transformers; Toronto : McGraw-
Hill c2005.
Martin Heathcote, J & P Transformer Book 32th Edition, Elsevier Science,
Great Britain, 2007 (p.736 à 745)
James H. Harlow, Electric Power Transformer Engineering, Second Edition,
CRC press, 2007.
ABB, Transformer Handbook 3rd
Edition, 2010, (p.33 à 35).
ABB, Specific requirements on HVDC converter transformers, 1996
De par ces lectures, j’ai été en mesure de mieux comprendre l’équipement et ses
différentes configurations possibles. En bref, un transformateur-redresseur est un
transformateur de puissance abaisseur de tension qui reçoit à ses enroulements primaire la
haute tension de la ligne et qui fournit du côté de ses traversées basse-tension les tensions
voulues par le redresseur à électronique de puissance. Ce redresseur (fait de diodes ou de
thyristors de puissance) requiert en effet des tensions plus basses que celles du réseau et
avec des angles de phase spécifiques.
Tout dispositif d’électronique de puissance, notamment un redresseur, génère des
harmoniques qui sont propagées vers le réseau. Ces harmoniques étant nuisibles pour le
bon fonctionnement et l’efficacité du réseau de distribution, plusieurs techniques sont
utilisées afin de les éliminer ou du moins de limiter leur propagation.
12
En variant les déphasages entre les différents transformateurs-redresseurs et en utilisant
des configurations d’enroulement en zig-zag, on s’assure de contrebalancer d’une
certaine façon les harmoniques de rang impair générés. Aussi, en optant pour le couplage
en delta du côté primaire, on s’assure de piéger les harmoniques multiples de 3. Il en
résulte que la quantité d’harmoniques générés est grandement amoindrie, ce qui évite
d’avoir à installer des filtres harmoniques coûteux sur le réseau. Ce sont ces exigences
d’atténuation de la génération d’harmonique sur le réseau qui font en sorte que les
enroulements du côté secondaires se présentent sous des configurations beaucoup plus
élaborés et complexes que pour un transformateur de puissance abaisseur de tension
standard.
Détermination des essais à réaliser
Il a été convenu de par des discussions avec l’expert en la matière chez Doble que trois
essais électriques seraient réalisés sur les transformateurs-redresseurs afin d’en connaître
l’état de santé général :
1) L’essai Overall, qui donne une idée de l’état de santé de toutes les composantes
internes en général;
2) L’essai Exciting Current, qui teste l’intégrité du noyau magnétique et de ses
interactions sur les enroulements;
3) L’essai Doble Ratio, qui vérifie l’intégrité des enroulements et du couplage entre les
enroulements haute et basse tension.
Bien sûr, les essais diélectriques sur les composantes externes du transformateur
(traversées, parafoudres) demeurent pertinents lors d’un entretien préventif, mais la
procédure pour réaliser ceux-ci ne diffère pas de celle pour une transformateur de
puissance, alors on ne traitera pas de ces essais.
Les essais sont réalisés avec l’appareil M4000, qui enregistre et
ordonne les résultats à l’aide du logiciel DTA dans un ordinateur
portable auquel il est relié :
Figure 1 : Appareil M4000 de Doble utilisé pour la réalisation des essais électriques Doble
13
L’ensemble fourni par Doble comprend non seulement l’appareil M4000 lui-même, mais
également tous les câbles nécessaires aux branchements à effectuer sur l’appareillage
testé ainsi que de l’équipement auxiliaire, notamment une sonde de température et de
pression atmosphérique. Les informations récoltées par cette sonde sont utilisées par le
système d’analyse du système afin d’appliquer un facteur de correction aux résultats de
mesures qui sont variables en fonction de la température ou de la pression.
Une fois les différentes mesures prises, l’analyse des résultats est réalisée à l’aide du
logiciel DTA. Le système ‘’Expert’’ du logiciel effectue déjà une première appréciation
des résultats en les comparant à des résultats attendus en théorie en utilisant les
renseignements du transformateur fourni dans l’onglet ‘’Nameplate’’ :
Figure 2 : Onglet Nameplate de la fenêtre d’essai du logiciel DTA de Doble
Les cotes d’appréciation des résultats du système ‘’Expert’’ sont les suivantes : G (pour
Good), Q (pour Questionnable), I (pour Investigate), ou B (pour Bad). Ces cotes ne
permettent seulement de se donner une première analyse rapide des résultats, mais ne
doivent en aucun temps être utilisées à elles seules pour l’analyse des données. En effet,
l’expérience de la personne qui les analyse, des résultats antérieurs sur cet équipement
ainsi que des résultats sur d’autres équipements semblables qui sont jugés en santé
doivent être mises à contribution pour l’analyse des résultats.
Détermination des équipements propices aux expérimentations
Une détermination des équipements du réseau d’Énergie Électrique susceptibles d’être
utilisés pour effectuer les essais Doble a été réalisée conjointement avec Hugo Simard,
ingénieur électrique chez RTA.
14
Trois usines ont été identifiées comme endroits où il serait le plus simple de réaliser des
essais, soit l’Usine Alma, ERD sur le complexe Arvida ainsi que l’Usine Laterrière.
C’est qu’à Arvida ainsi qu’à Alma, on dispose de transformateurs-redresseurs de réserve
conservés sur une dalle de béton, et donc disponibles en tout temps pour les essais. Du
côté de Laterrière, on a un transformateur-redresseur qui a été sorti de l’opération pour
aller subir une réparation dans un atelier de réparation. On profiterait donc de son retour
pour réaliser des essais avant branchement sur l’unité redresseur, puis après branchement
pour en évaluer l’impact.
Ces trois différents lieux ont chacun leur particularité, et donc les unités de redressement
de ces usines sont toutes les trois différentes. L’aspect technologique des configurations
des unités de redressement de ces usines fait en sorte que l’information sur celles-ci est
très difficile à obtenir. Toutefois, mes démarches de recherche d’information à leur sujet
m’ont permises de prendre connaissance de ce qui suit :
Usines Arvida : Technologie relativement vieille (+ de 70 ans) et transformateurs-
redresseurs tout aussi vieux. Ceux-ci ont une configuration Y-yy0 avec deux secondaires
chacun composés de 6 enroulements, donc une configuration étoile au primaire et
quadruple-étoile au secondaire, comme le montre l’image suivante :
Figure 3 : Plaque signalétique d’un transformateur-redresseur d’Usine Arvida
On remarque qu’il n’y a pas de déphasage entre les enroulements primaires et
secondaires. C’est donc que la pratique qui consiste à ajouter un léger déphasage aux
enroulements secondaires dans le but d’atténuer la génération d’harmoniques sur le
réseau n’était pas encore utilisée dans les années 1930.
15
Usine Laterrière : L’usine Laterrière étant beaucoup plus récente (inaugurée en 1990), la
technologie d’unité de redresseur utilisée est beaucoup plus récente que celle des Usines
Arvida, ce qui se traduit par des configurations d’enroulements du transformateur plus
complexes. En effet, le transformateur-redresseur est composé de deux enroulements
primaires (alimentés par les mêmes traversées haute-tension). Le premier bobinage haute-
tension est un ‘’extended-delta’’ couplé avec un indice horaire de 0 à un enroulement
secondaire delta. Le deuxième bobinage primaire est un étoile-zigzag-déphasé qui est
couplé à un enroulement secondaire delta. On peut visualiser sa configuration de par
l’image qui suit :
Figure 4 : Plaque signalétique d’un transformateur-redresseur d’Usine Laterrière
Une autre particularité des transformateurs- redresseurs d’Usine Laterrière provient du
fait que les quatre unités de redressement utilisées pour alimenter ses salles de cuves
possèdent toutes un déphasage différent au primaire, si bien que la somme des
déphasages des quatre unités donne zéro. Cette distribution de déphasage fait en sorte
d’atténuer la génération d’harmoniques sur le réseau. La distribution des déphasages est
la suivante :
Transfo-redresseur 1 Transfo-redresseur 2 Transfo-redresseur 3 Transfo-redresseur 4
θ= 11,25° θ= 3,75° θ= -3,75° θ= -11,25°
Pour éviter d’avoir à tenir en réserve un transformateur-redresseur pour chacune des
configurations, ceux-ci peuvent être convertis d’un angle négatif à un angle positif par un
simple jeu de changeur de prise, ce qui permet une meilleure flexibilité pour l’utilisation
de l’équipement de réserve.
16
Usine Alma : En ce qui attrait à l’Usine Alma (inaugurée en 2000), la technologie de
redresseur s’apparente à celle de l’Usine Laterrière, bien qu’il y ait quelques distinctions.
Les transformateurs-redresseurs de l’Usine Alma sont composés d’un enroulement
primaire en étoile, dont la moitié est couplée à un enroulement secondaire étoile et l’autre
moitié est couplée à un deuxième secondaire, celui-ci en delta. On peut observer cette
configuration sur la plaque signalétique suivante :
Figure 5 : Plaque signalétique d’un transformateur-redresseur d’Usine Alma
Les salles d’électrolyse d’Usine Alma sont alimentées par cinq unités de redressement et
à l’instar d’Usine Laterrière, les transformateurs redresseurs sont tous couplés avec un
déphasage différent au primaire, si bien que la somme des déphasages des cinq unités
donne zéro. La distribution des déphasages est la suivante :
Transfo-redresseur 1 Transfo-redresseur 2 Transfo-redresseur 3 Transfo-redresseur 4 Transfo-redresseur 5
θ= +12° θ= +6° θ= 0° θ= -6° θ= -12°
Encore une fois, la distribution de déphasage a pour but d’atténuer la génération
d’harmoniques sur le réseau.
17
Une fois la détermination faite avec RTA des transformateurs-redresseurs susceptibles
d’être testés, la planification des essais avec des équipes d’électriciens de RTA a été
entreprise (voir section Échéancier pour plus de détails sur la planification des travaux).
Parallèlement à cela, la détermination des différents essais à réaliser ainsi que des
branchements à effectuer pour chacun d’eux a été entreprise en collaboration avec M.
Long Pong de chez Doble Engineering. En effet, les transformateurs-redresseurs des trois
usines étant tous distincts, il fallait déterminer un plan de branchement pour chacun d’eux
et pour chaque test à effectuer. Par exemple, pour les transformateurs-redresseurs d’usine
Laterrière, les recommandations de branchements pour les essais Doble se sont avérés
être les suivants :
Figure 6 : Recommandations de branchements pour essais <<Doble Ratio>> à Usine Laterrière
Le même type de schéma de branchement et de détermination de connexion a été produit
pour les autres essais Doble effectués (Essais <<Overall Test>>, <<Exciting Current>> et
<<Doble Ratio>>) et ce, pour chacune des trois usines où des transformateurs-redresseurs
sont testés.
18
III.2 Méthodologie utilisée
Les mesures des essais à réaliser étant sensibles aux variations de température, Doble
recommande que les essais Doble soient réalisés lorsque la température se trouve au
dessus du point de congélation, sans quoi les résultats peuvent être sérieusement remis en
question. On a donc dû, lors de la planification des essais, considérer que ceux-ci
devaient tous être complétés avant la mi-novembre.
Des mesures avec l’appareil Doble ont été effectuées lors de trois journées complètes
d’essais sur les transformateurs-redresseurs suivants :
T-R de réserve à Usine Alma le 23 septembre 2011
T-R 14-42 à Usine Arvida le 28 octobre 2011
T-R 4 à Usine Laterrière le 31 octobre 2011
Accompagnés d’équipes de techniciens de RTA, Hugo Simard et moi-même avons fait
effectuer les branchements requis afin de réaliser les différents essais préalablement
déterminés et planifiés.
III.3 Production de documents
Une fois les mesures récoltées, une critique de la méthode utilisée pour réaliser les essais
a été faite. Également, une analyse des résultats obtenus a permis d’en tirer certaines
observations concernant la validité des procédures d’essai utilisées. Les principales
conclusions qui ont pu être tirées de nos observations ainsi que des résultats d’essai ont
été présentées à M. Long Pong de Doble Engineering (voir le document présenté en
Annexe 2).
Parallèlement, une procédure d’entretien normalisée (PEN) a été développée pour RTA
selon leur modèle standardisé pour ce type de document. Celle-ci décrit en une quinzaine
de pages les essais Doble à réaliser sur un transformateur-redresseur lors de son entretien
périodique (normalement réalisé aux 4 ans). Elle contient également une section sur les
essais à réaliser en mode diagnostique, c'est-à-dire lorsque quelque chose nous porte à
croire que l’équipement est défectueux. Cette procédure (présentée en Annexe 3) est déjà
publiée à la grandeur des installations d’Énergie Électrique et servira dorénavant de
marche à suivre pour la réalisation des essais Doble à venir sur les transformateurs-
redresseurs.
19
IV Bilan des activités
IV.1 Arrimage formation pratique/universitaire
La réalisation de ce projet a permis de mettre à profit des connaissances et compétences
qui ont été développées au cours du cheminement académique réalisé jusqu’à présent,
mais a aussi mené à l’acquisition d’une quantité importante de nouveaux savoirs.
D’une part, le projet a amené à utiliser des connaissances de l’appareillage d’électricité
de puissance obtenues à partir de plusieurs cours de la formation en génie électrique à
l’UQAC.
En effet, les aspects théoriques de la partie ‘’transformateur’’ de l’appareillage testé avait
été bien assimilés de par les cours Transport et exploitation de l’énergie électrique de
l’UQAC ainsi que Appareillages et matériaux électriques suivi à l’IGEE. Également, la
partie ‘’redresseur’’ de l’appareillage testé avait été vue dans la matière du cours
Électronique de puissance donné à l’UQAC.
Aussi, les compétences développées lors des cours ‘’Introduction aux projets
d’ingénierie’’ et ‘’Impact des projets d’ingénierie’’ ainsi que les compétences
développées au cours de mes deux stages en entreprise chez Énergie Électrique ont été
mises à contribution, notamment lors de la rédaction des différents documents techniques
produits et lors de présentations devant des intervenants concernées par le projet.
D’autre part, un vaste bagage de savoirs sur les pratiques utilisées lors de la réalisation
d’essais diélectriques sur de l’appareillage a été acquis tout au long de ce projet. Ces
connaissances et expériences seront directement mises à contribution dans l’exercice de
ma future carrière. Aussi, d’avoir pu travailler avec différentes entités dans deux pays
différents et dans deux langues différentes constitue une expérience très formatrice.
Aussi, d’avoir participé à la rédaction d’un papier technique qui sera distribué un peu
partout dans le monde constitue une chance exceptionnelle qui s’est avérée fortement
enrichissante.
20
IV.2 Travail d’équipe
Les travaux effectués au cours du projet de conception ont été parsemés d’expériences de
travail d’équipe assez diversifiées.
Dans un premier temps, une collaboration étroite avec M. Hugo Simard de RTA s’est
manifestée par une coopération tout au long des différentes étapes du projet et par des
échanges soutenus par courriels. Une relation de confiance entre les deux a permis
d’obtenir de l’autre parti l’effort et le soutien escompté tout en tirant profit du projet selon
les objectifs respectifs que chacun s’était fixé.
D’autre part, une relation des plus professionnelles avec les équipes d’électriciens-
techniciens avec qui les journées d’essais ont été réalisées a permis de développer un
respect mutuel ainsi que de susciter l’intérêt des techniciens pour les procédures testées.
Cette bonne relation et collaboration entre les électriciens, techniciens et les ingénieurs
est primordiale pour la réussite d’essais expérimentaux comme ceux-ci. Cette affirmation
peut être extrapolée pour tout projet ou travail impliquant ces métiers puisque les
compétences de ces trois disciplines sont toutes aussi importantes les unes que les autres.
Aussi, des échanges très intéressants par courriels et par téléphone avec M. Long Pong de
chez Doble Engineering ont apporté beaucoup d’expérience et de profondeur à l’analyse
des résultats obtenus. Aussi, des échanges périodiques ont su faire en sorte que
l’orientation ainsi que l’état d’avancement du projet convenait aux deux partis.
Également, la relation professionnelle qui s’est développée entre le conseiller UQAC
pour ce projet et moi-même a permis un bon déroulement du projet ainsi que le respect
des différents échéanciers imposés par le cadre du cours 6GIN555 : Projet de synthèse en
ingénierie.
21
IV.3 Respect de l’échéancier
L’échéancier initial avait été développé réalistement, comme en témoigne le peu de
modifications qui y ont été apportées tout au long de la session. En effet, très peu
d’imprévus sont venus chambarder l’échéancier initial.
La planification des essais sur les transformateurs-redresseurs des différentes usines de
RTA impliquait beaucoup de gens et de ressources, ce qui rendait la tâche ardue. Ainsi,
on a dû se conformer aux disponibilités restreintes qu’offraient les différentes équipes de
travail, même si cela impliquait de se libérer des journées entières de toute autre activité
afin d’être disponible pour la réalisation complète des essais pour un endroit dans une
même journée. Une bonne disponibilité était donc essentielle dans ce contexte, puisque le
report des journées d’essai était quasi impossible du fait que les journées d’essais
devaient toutes être réalisées avant que la température de jour ne passe sous zéro.
Il est donc possible d’affirmer qu’à tout moment au cours du projet, suite aux
disponibilités restreintes des équipes de travail et aux imprévus, l'échéancier a pu être
adapté afin d'assurer la poursuite des travaux et la finalisation du projet dans les délais
prévus.
IV.4 Analyse et discussion
En regard de ce qui précède, il est possible d’affirmer que le projet a été mené à terme
avec succès. Une bonne compréhension des attentes des deux entreprises impliquées dans
le projet et un plan de travail réaliste ont su amenuiser l’impact d’éléments hors de notre
contrôle et ont permis d’avancer dans le projet de manière structurée.
D’une part, un rapport détaillé des procédures d’essai utilisées et des observations qui en
ont émanés a été livré à Doble Engineering duquel un papier technique a été produit pour
être émis et distribué à leurs clients à leur conférence annuelle.
D’autre part, une procédure d’entretien normalisée (PEN) a été produite pour RTA
présentant la marche à suivre pour la réalisation d’essais Doble sur l’appareillage
complexe qu’est le transformateur-redresseur.
22
V Conclusion et recommandations
Somme toute, plusieurs conclusions intéressantes émanent des travaux qui ont été effectués
sur le développement et la validation d’une procédure d’essais Doble sur un transformateur-
redresseur de septembre 2011 à avril 2012.
D’abord, sur les documents techniques, ces équipements sont tous représentés par le même
symbole. Toutefois, il apparait assez évident à l’observation des différentes photos prises
des transformateurs redresseurs que cet équipement vient sous différentes configurations :
Figure 7 : Transformateur-redresseur d’Usine Alma (à gauche), d’ERD à Arvida (au centre) et
d’Usine Laterrière (à droite).
Ainsi, lors de la planification des essais Doble sur transformateur-redresseur, on doit s’assurer de
bien connaître la physionomie de l’équipement à tester, notamment :
L’accès aux différentes traversées du transformateur ;
Présence ou non de la connexion entre la partie ‘’redresseur’’ et le
transformateur ;
L’accès aux condensateurs du côté basse tension et s’il est possible de les
déconnecter ;
La manière dont sont branchées les sorties des redresseurs entre-elles.
23
De ces premières vérifications, plusieurs décisions peuvent être prises afin d’assurer le bon
déroulement de la prise de mesure et l’obtention de résultats concluants :
Dans le cas d’une configuration au primaire en étoile, si la traversée de neutre du côté
haute-tension est difficile d’accès ou est située loin des autres traversées haute-tension,
réaliser les essais du côté primaire comme s’il s’agissait d’une configuration triangle
(donc en laissant la traversée de neutre flottante).
S’assurer de la présence ou non de la connexion entre la partie ‘’redresseur’’ et le
transformateur. C’est que bien que les essais Doble peuvent être réalisés dans les deux
conditions, certaines précautions doivent être prises si la connexion est en place. Aussi,
le branchement ou non à l’unité redresseur affecte légèrement les résultats obtenus pour
les différents essais. Toutefois, cela ne signifie pas que les résultats ne sont plus
analysables pour autant. En effet, on doit se souvenir que les résultats des essais sont
comparés à l’essai ‘’signature’’ qui a été fait lors de la mise en service de l’équipement.
Ainsi, en autant que les deux essais ont été réalisés dans les même conditions
(redresseur branché ou non), il demeure possible de suivre la progression des mesures
réalisés sur l’équipement et d’en déduire son état de santé.
Le fait d’avoir un secondaire branché à l’unité redresseur peut diminuer la tension qu’il
est possible de tolérer avant d’obtenir des pertes significatives dans l’isolation. Ainsi, il
faut prévoir effectuer les essais du côté basse-tension à une tension réduite si l’unité
redresseur est branché par rapport au cas où il ne l’est pas.
Les condensateurs qui sont reliés à la partie basse-tension du transformateur-redresseur
doivent être débranchés de celle-ci avant d’y réaliser les essais. Ne pas réaliser les
essais Doble du côté basse-tension si les condensateurs qui y sont reliés ne peuvent pas
être débranchés : ceux-ci fausseraient les résultats obtenus ou ne permettraient même
pas à l’appareil Doble d’incrémenter la tension.
Les transformateurs-redresseurs peuvent être considérés comme étant des
transformateurs triphasés à trois enroulements d’un point vu essais électriques.
Toutefois, si les sorties des redresseurs des deux enroulements secondaires sont
interconnectées entre-elles, on peut conserver l’interconnexion et considérer
l’appareillage comme étant un transformateur triphasé à deux enroulements. Les
procédures d’essai seront donc très différentes dans ce cas.
24
D’autres recommandations concernant l’opération de l’appareil d’essai fourni par Doble peuvent
également aider au bon déroulement des essais :
Lors des essais ‘’Exciting’’ et ‘’Doble Ratio’’, il arrive que la tension d’essai
sélectionnée provoque l’apparition de l’erreur ‘’Overcurrent’’. C’est que l’impédance
interne du transformateur est différente pour tous les transformateurs, et donc la tension
d’essai à utiliser pour chacun d’eux n’est pas aisée à déterminer. Ainsi, lorsque le
message d’erreur ‘’Overcurrent’’ se manifeste, simplement observer la tension à
laquelle l’appareil Doble avait été en mesure de se rendre dans sa progression lorsque
l’erreur s’est manifesté, et recommencer l’essai à une tension légèrement inférieure à
cette valeur.
La méthode d’essai ‘’supplementary test’’ présentée pour les essais ‘’Doble Ratio’’ est
celle qui donne des résultats significatifs pour des enroulements zig-zag, et devrait
donc être utilisée lorsqu’on a affaire à ce type de couplage plutôt que la méthode
usuelle.
La recommandation suivante a été adressée à Doble:
Le patron d’essai ‘’three windings transformer’’ est relativement bien adapté aux essais
sur transformateurs-redresseurs à trois enroulements. Toutefois, lorsque le type de
couplage ‘’zig-zag’’ est sélectionné dans l’onglet ‘’nameplate’’ du transformateur, les
calculs automatiques de ratio de l’onglet d’essai ‘’Doble Ratio’’ devraient être
automatiquement désactivés, car ils ne représentent plus la valeur à laquelle on devrait
s’attendre. En effet, la comparaison avec ces valeurs peut amener l’utilisateur à mettre
en doute la validité des résultats d’essai obtenus alors que ceux-ci sont tout-à-fait
corrects.
D’autres recommandations plus spécifiques à la réalisation des essais Doble sont présentées dans
la procédure d’essai normalisée produite pour RTA qui se trouve en annexe 3.
25
En conclusion, on peut prétendre que la méthode expérimentale déterminée au début du projet
était efficiente, que l’échéancier qui y a été joint était réaliste et que les objectifs fixés étaient
réalisables. En effet, malgré les nombreuses disparités qui existes entre les diverses
configurations physiques de l’appareillage nommé transformateur-redresseur, il a été possible de
déterminer des procédures d’essais applicables à toutes les configurations.
La contribution à un article technique émis par Doble Engineering s’est avérée considérable,
puisque la récolte de résultats sur de l’appareillage réel ainsi que l’analyse qui en a été faite a
constitué le corps du document technique émis pour le bénéfice de leurs clients. Cet article
technique a été présenté à la conférence Doble 2012 en mars dernier par M. Hugo Simard de
RTA et Long Pong de Doble Engineering. Il est important de rappeler que cette conférence attire
chaque année plus de 1800 professionnels du domaine de l’énergie en provenance de 38 pays.
Également, la procédure d’essai normalisée livrée à RTA réalisée selon leurs standards a
directement pu être distribuée à toutes leurs installations et servira dorénavant de marche à suivre
pour la réalisation des essais Doble à venir sur les transformateurs-redresseurs.
Ainsi, l’apport aux deux entreprises qui ont participé à la réalisation de ce projet de conception
est considérable. En effet, les documents, conclusions et recommandations qui ont résulté du
projet ont immédiatement été utilisés par les deux entreprises pour la réalisation de leurs
objectifs, ce qui justifie l’utilité du projet tout en étant extrêmement valorisant.
26
Bibliographie
Bharat Heavy Electricals Limited New York, Transformers; Toronto : McGraw-
Hill c2005.
Martin Heathcote, J & P Transformer Book 32th Edition, Elsevier Science,
Great Britain, 2007 (p.736 à 745).
James H. Harlow, Electric Power Transformer Engineering, Second Edition,
CRC press, 2007.
ABB, Transformer Handbook 3rd
Edition, 2010, (p.33 à 35).
ABB, Specific requirements on HVDC converter transformers, 1996.
RTA, Modèle pour la conception d’une PEN, 2010.
DOBLE ENGINEERING COMPANY, Formation : Théorie, procédures et
essais Doble, 2008.
27
ANNEXES
Annexe 1 : Diagramme de Gantt de l’échéancier final
28
Annexe 2 : Résumé de l’analyse des résultats obtenus des essais Doble réalisés
Essais Doble sur Tx-redresseurs chez RTA en 2011
Essais à Usine Alma
Figure 1 : Transformateur-redresseur de réserve à Usine Alma
Les transformateurs-redresseurs d’Usine Alma sont composés d’un enroulement primaire en
étoile, dont la moitié est couplée à un enroulement secondaire étoile et l’autre moitié est couplée à
un deuxième secondaire, celui-ci en delta. On peut observer cette configuration sur la plaque
signalétique de la page suivante. À noter cependant que le transformateur redresseur testé était en
réserve sur une base de béton et n’était donc pas couplé à l’unité de redresseur.
Figure 2: Couplage des enroulements du transformateur-red. testé à Usine Alma
29
Figure 3 : Plaque signalétique d’un transformateur-redresseur d’Usine Alma
Bien que les branchements sur papiers aient été clairement définis, la réalisation de ces
branchements dans la pratique s’est avérée beaucoup plus complexe que prévu. Par exemple, la
mise en court-circuit des traversées haute-tension entre-elles a donné beaucoup de fil à retordre
aux électriciens réalisant les connexions du fait qu’elles se retrouvent très hautes, recluses au fond
d’un espace restreint et placées à l’opposée complètement du transformateur de la traversée de
neutre H0.
On peut visualiser la problématique sur les images suivantes:
Figure 4 : Positionnement des traversées haute tension sur le transformateur-red.
L’essai <<Exciting Current>> a donné des résultats concluants :
Traversées H1, H2, H3 Traversée H0
30
Figure 5 : Onglet Exciting Current de la fenêtre d’essai du logiciel DTA de Doble
En effet, dû à la configuration zigzag des enroulements, on pouvait s’attendre à obtenir trois
valeurs différentes de courants et de pertes Watt pour les trois différents enroulements, selon le
modèle suivant : une valeur haute, une valeur moyenne ainsi qu’une valeur basse. C’est bien ce
qu’on obtient, alors faute de pouvoir les comparer avec un essai antérieur sur ce même
équipement, ces résultats sont jugés corrects.
Pour une configuration physique comme celle de ce transformateur, on recommande de réaliser
les essais comme si le primaire était connecté en triangle, même s’il est étoile en réalité. Cela
permet de réaliser les essais sans avoir à relever la difficulté que représente de court-circuiter la
traversée de neutre avec les trois autres traversées haute-tension.
31
Essais à Arvida (ERD)
Ces transformateurs-redresseurs ont une configuration Y-yy0 avec deux secondaires chacun
composés de 6 enroulements, donc une configuration étoile au primaire et quadruple-étoile au
secondaire, comme le montre leur plaque signalétique :
Figure 6 : Plaque signalétique d’un transformateur-redresseur d’Usine Arvida
Les essais sur le complexe Arvida ont été effectués le 28 octobre 2011 sur le transformateur-
redresseur TR U14-42 qui était déjà hors-tension mais toujours connecté à son unité redresseur :
Figure 7 : Transformateur-redresseur TR U14-42 à Arvida
32
D’abord, l’essai « Overall » s’est bien déroulé pour le côté haute-tension, et les résultats obtenus
sont similaires à ceux obtenus en 2007 sur le même Tx-red :
Figure 8 : Résultats 2011 de l’essai Overall du TR U14-42 sur le DTA de Doble
Figure 9 : Résultats 2007 de l’essai Overall du TR U14-42 sur le DTA de Doble
33
Toutefois, il a été impossible de réaliser les essais du côté des deux secondaire, car un message
d’erreur ‘’Problème d’incrément de tension’’ s’affichait, et ce peu importe la tension d’essai
sélectionnée.
On en conclut que c’est la présence des condensateurs sur la barre du côté basse tension qui
empêchait l’appareil Doble de réaliser l’essai. En effet, les condensateurs n’avaient pu être
débranchés de la barre basse-tension pour des raisons d’accessibilité :
Figure 10 : Condensateurs branchés du côté basse-tension
Comme on peut le voir sur l’image, les condensateurs sont situés à l’intérieur du bâtiment et des
chemins de câbles empêchent d’y accéder directement. Ces travaux présentent des risques de
chute (sécurité). De plus, marcher dans les chemins de câbles n’est pas une pratique
recommandée. Cependant, cette usine est en fin de vie et les essais Doble n’y sont plus pratiqués.
Pour cette raison, les condensateurs sont restés branchés à la barre basse tension, ce qui, on a pu
le constater, rend impossible la réalisation des essais Overall du côté basse-tension.
En ce qui concerne l’essai ‘’Exciting Current’’ sur les enroulements haute-tension, celui-ci donne
des résultats satisfaisants :
34
Figure 11 : Résultats de l'essai ''Exciting Current'' du côté haute-tension
À noter qu’on obtient le message d’erreur ‘’Overcurrent’’ lorsque l’essai est lancé à 10kV; c’est
pourquoi il a fallu descendre la tension d’essai aux alentours de 3kV. Pour déterminer la tension
maximale que l’essai peut tenir avant d’obtenir l’Overcurrent, simplement observer la tension à
laquelle l’appareil Doble avait été en mesure de se rendre dans sa progression lorsque l’erreur
s’est manifestée.
En résumé, les essais semblent donner des résultats représentatifs malgré le fait que le secondaire
soit branché au redresseur. Toutefois, il s’avère primordial de débrancher les condensateurs de la
barre basse-tension, sans quoi les essais Overall ne seront pas praticables pour la basse tension.
Aussi, la tension que peuvent tenir les enroulements lors de essais ‘’Exciting current’’ et ‘’Doble
ratio’’ dépend de leur impédance, ce qui varie d’un transformateur à l’autre. Ainsi, on se doit de
réajuster la tension d’essai à une valeur légèrement inférieure à celle qu’on lit lorsque l’appareil
donne le message d’erreur d’Overcurrent.
35
Essais à Laterrière
Le transformateur-redresseur testé est composé de deux enroulements primaires (alimentés par les
mêmes traversées haute-tension). Le premier bobinage haute-tension est un ‘’extended-delta’’
couplé avec un indice horaire de 0 à un enroulement secondaire delta. Le deuxième bobinage
primaire est un étoile-zigzag-déphasé qui est couplé à un enroulement secondaire delta. On peut
visualiser sa configuration de par l’image qui suit :
Figure 12 : Plaque signalétique d’un transformateur-redresseur d’Usine Laterrière
36
Les essais à l’Usine Laterrière ont été effectués le 31 octobre 2011 sur le transformateur-
redresseur TR4 (T8314) :
Figure 13 : Transformateur redresseur TR4 de l’Usine Laterrière
Celui-ci était tout juste revenu d’un atelier de réparation de transformateur. Cela permettait donc
d’avoir en notre possession des résultats d’essais Doble récents effectués sur l’équipement avant
son départ de l’atelier et alors qu’il était débranché de l’unité redresseur. Ces résultats d’essais
s’avéreraient très utile pour fins de comparaison.
Le plan d’essai qui a été utilisé pour ces tests est présenté dans les pages qui suivent :
37
38
39
40
41
42
Pour ces essais, la procédure qui avait été déterminée au préalable a été respectée à la lettre. En
effet, les sectionneurs DC étaient ouverts, et les condensateurs ont été déconnectés de la barre
basse-tension :
Figure 14 : Condensateurs déconnectés de la barre basse-tension
Figure 15 : Condensateurs déconnectés de la barre basse-tension
43
On remarque que contrairement aux transformateurs-redresseurs d’Arvida, ceux de Laterrière ont
les condensateurs du côté basse-tension facilement accessibles, et on peut les débrancher
aisément. Ceux-ci sont donc mieux adaptés que ceux d’Arvida pour les essais lorsque le
transformateur-redresseur est branché à son unité de redresseur.
D’abord, les essais Overall ont fourni des résultats intéressants. Ils sont comparables à ceux
obtenus par l’atelier après la réparation, et comparables aussi avec ceux réalisés sur le même
transformateur redresseur en 2007 :
Figure 16 : Résultats 2011 de l'essai Overall avec l’unité de redresseur branché
44
Figure 17 : Résultats 2011 de l'essai Overall (réalisé par l'atelier de réparation) sans l’unité
de redresseur
Figure 18 : Résultats 2007 de l'essai Overall avec l’unité de redresseur branché
On remarque qu’on obtient des facteurs de puissance négatifs de la soustraction 5-6 ainsi que 9-
10, mais on considère que cette soustraction de %PF n’a pas la même signification pour un
transformateur-redresseur que pour un transformateur de puissance standard.
La capacitance mesurée par cette soustraction concorde toutefois très bien avec le résultat de la
ligne précédente, ce qui confirme que nos branchements étaient adéquats.
45
Un autre phénomène intéressant a été observé lors de ces essais : lorsque les essais de la ligne 7
étaient réalisés à 1kV, nous obtenions un facteur de puissance négatif. Le même essai réalisé à
1kV réalisé par l’atelier de réparation de transformateurs (donc débranché du redresseur) donnait
pourtant un facteur de puissance correct. Or, en baissant la tension d’essai à 0,5kV, on obtient les
résultats semblables à ceux obtenus par l’atelier.
On en conclut donc que les pertes de l’isolation sont trop importantes à 1kV, et que les essais
doivent être réalisés à 0,5kV lorsqu’on est branché au redresseur.
Le branchement à l’électronique de puissance amoindrit donc la tension d’essai admissible du
côté basse tension.
Pour ce qui est de l’essai Exciting current, les résultats concordent avec ce à quoi nous pouvions
nous attendre. En effet, dû aux enroulements zig-zag, on obtient une valeur haute, une moyenne et
une basse :
Figure 19 : Résultats de l'essai Exciting Current sur le logiciel DTA de Doble
46
Concernant les essais ‘’Doble Ratio’’, nous les avons effectué des deux manières suggérés :
d’abord avec la méthode standard, puis avec la méthode ‘’supplementary test’’. Les résultats sont
très éloquents : la méthode standard (ligne 1) donne des ratios différents pour tous les
enroulements, alors que la méthode ‘’supplémentary test’’ (ligne 2) donne des résultats constants
de ratio pour les trois enroulements :
Figure 20 : Résultats d'essai Doble Ratio (2 méthodes d’essai) primaire-secondaire
Figure 21 : Résultats d'essai Doble Ratio (2 méthodes d’essai) primaire-tertiaire
On considère donc que c’est la méthode ‘’supplémentary test’’ qui devrait être celle à utiliser
pour les essais ‘’Doble Ratio’’ effectués sur les transformateurs-redresseurs.
Encore une fois, les essais Doble Ratio n’ont pu être effectués à 10kV, un message d’erreur
apparaissant lorsqu’on dépasse 5kV. Pour cette raison, ces essais ont été effectués à une tension
limitée à 5kV.
Somme toute, les essais effectués sur ce transformateur-redresseur sont les plus révélateurs des
trois différents transformateurs-redresseurs testés. En effet, en ayant des résultats d’essai
‘’Overall’’ réalisé peu avant par l’atelier de réparation avec le redresseur débranché, on peut
comparer les résultats obtenus et réellement juger de l’impact de la présence du redresseur
branché à la basse tension.
47
Conclusions et recommandations
Suite à ces expérimentations, les principales conclusions et recommandations qui ressortent sont les
suivantes :
Lors de la planification des essais Doble sur transformateur-redresseur, on doit s’assurer de
bien connaître la physionomie de l’équipement à tester, notamment :
L’accès aux différentes traversées du transformateur ;
L’accès aux condensateurs du côté basse tension et s’il est possible de les
déconnecter ;
De cette première vérification, plusieurs décisions peuvent être prises afin d’assurer le bon déroulement
de la prise de mesure et l’obtention de résultats concluants :
Dans le cas d’une configuration au primaire en étoile, si la traversée de neutre du côté haute-
tension est difficile d’accès ou est située loin des autres traversées haute-tension, réaliser les
essais du côté primaire comme s’il s’agissait d’une configuration triangle (donc en laissant la
traversée de neutre flottante).
Ne pas réaliser les essais Doble du côté basse-tension si les condensateurs qui y sont reliés ne
peuvent pas être débranchés. Ceux-ci fausseraient les résultats obtenus ou ne permettraient
même pas à l’appareil Doble d’incrémenter la tension.
D’autres recommandations peuvent également aider au bon déroulement des essais :
Lors des essais ‘’Exciting’’ et ‘’Doble Ratio’’, il arrive que la tension d’essai sélectionnée
provoque l’apparition de l’erreur ‘’Overcurrent’’. C’est que l’impédance interne du
transformateur est différente pour tous les transformateurs, et donc la tension d’essai à utiliser
pour chacun d’eux n’est pas aisée à déterminer. Ainsi, lorsque le message d’erreur
‘’Overcurrent’’ se manifeste, simplement observer la tension à laquelle l’appareil Doble avait
été en mesure de se rendre dans sa progression lorsque l’erreur s’est manifesté, et recommencer
l’essai à une tension légèrement inférieure à cette valeur.
48
Le branchement ou non à l’unité redresseur affecte légèrement les résultats obtenus pour les
différents essais. Toutefois, cela ne signifie pas que les résultats ne sont plus analysables pour
autant. En effet, on doit se souvenir que les résultats des essais sont comparés à l’essai
‘’signature’’ qui a été fait lors de la mise en service de l’équipement. Ainsi, en autant que les
deux essais ont été réalisés dans les même conditions (redresseur branché ou non), il demeure
possible de suivre la progression des mesures réalisés sur l’équipement et d’en déduire son état
de santé.
Le fait d’avoir un secondaire branché à l’unité redresseur peut diminuer la tension qu’il est
possible de tolérer avant d’obtenir des pertes significatives dans l’isolation. Ainsi, il faut
prévoir effectuer les essais du côté basse-tension à une tension réduite si l’unité redresseur est
branché par rapport au cas où il ne l’est pas.
La méthode d’essai ‘’supplementary test’’ présentée plus haut pour les essais ‘’Doble Ratio’’
est celle qui donne des résultats significatifs pour des enroulements zig-zag, et devrait donc être
utilisée plutôt que la méthode usuelle lorsqu’on a affaire à ce type de couplage.
Une recommandation qu’il serait intéressant à adresser à Doble est la suivante :
Le patron d’essai ‘’three windings transformer’’ est relativement bien adapté aux essais sur
transformateurs-redresseurs à trois enroulements. Toutefois, lorsque le type de couplage ‘’zig-
zag’’ est sélectionné dans l’onglet ‘’nameplate’’ du transformateur, les calculs automatiques de
ratio de l’onglet d’essai ‘’Doble Ratio’’ devraient être automatiquement désactivés, car ils ne
représentent plus la valeur à laquelle on devrait s’attendre. En effet, la comparaison avec ces
valeurs peut amener l’utilisateur à mettre en doute la validité des résultats d’essai obtenus alors
que ceux-ci sont tout-à-fait corrects.
49
Annexe 3 : Procédure d’entretien normalisée (PEN) développée pour RTA
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
