Applications des huiles de base dans l’isolation électrique et les transformateurs

Fonctions, avantages, types et exigences techniques dans l’industrie de l’énergie

Les huiles de base constituent depuis longtemps l’un des composants les plus essentiels des systèmes électriques moyenne et haute tension, notamment les transformateurs, les disjoncteurs, les traversées et divers équipements d’isolation. Leur fonction principale est d’assurer une isolation électrique fiable et une dissipation thermique efficace, mais en pratique, leur rôle va bien au-delà de ces deux aspects.

Cet article fournit une analyse complète et technique de la structure, des propriétés, des types, des critères de sélection, des performances attendues et des défis opérationnels liés aux huiles de base utilisées dans l’isolation électrique et les applications des transformateurs.

1. Importance de l’isolation électrique dans les équipements de puissance

Les transformateurs et autres équipements électriques sont exposés à :

• Stress thermique

• Champs électromagnétiques

• Décharges partielles

• Arcs électriques

• Contaminations environnementales

Une isolation adéquate peut prolonger la durée de vie de l’équipement de 30 à 50 ans. Une isolation insuffisante peut entraîner :

• Diminution de la rigidité diélectrique

• Risque accru d’arcs électriques

• Risques d’incendie

• Pannes d’équipement et interruptions du réseau

Les huiles de base de haute qualité constituent la première ligne de défense contre ces risques.

2. Fonctions principales des huiles de base dans les transformateurs

2.1 Fonctions électriques

• Augmenter la rigidité diélectrique

• Prévenir les décharges partielles

• Fournir un espacement électrique efficace entre les enroulements

• Réduire les effets corona dans les systèmes haute tension

• Protéger les conducteurs contre l’oxydation

2.2 Fonctions thermiques

• Transférer la chaleur des enroulements vers la cuve du transformateur

• Prévenir les points chauds

• Stabiliser la température en fonctionnement sous forte charge

2.3 Fonctions chimiques et physiques

• Inhiber l’oxydation et la corrosion

• Former une couche protectrice sur l’isolation cellulosique

• Absorber l’humidité et réduire la teneur en eau

• Maintenir une stabilité chimique durable

3. Propriétés essentielles des huiles de base pour l’isolation électrique

Même de très faibles quantités d’eau, d’acide ou de contaminants peuvent réduire la rigidité diélectrique de 50 % ou plus.

4. Types d’huiles de base utilisées pour l’isolation électrique

4.1 Huiles de base minérales

Les huiles les plus couramment utilisées dans les transformateurs.Avantages :

• Rentables

• Bonnes performances diélectriques

• Production facile

Deux grands types :

• Huiles naphténiques

• Huiles paraffiniques

Les huiles naphténiques sont généralement privilégiées grâce à leur point d’écoulement plus bas et leur meilleure stabilité.

4.2 Huiles synthétiques

Utilisées dans les transformateurs haute performance ou spécialisés.Types :

• Esters synthétiques

• Polyalphaoléfines (PAO)

Avantages :

• Excellente stabilité thermique

• Haute résistance environnementale

• Très haut point d’inflammation

4.3 Esters naturels / Huiles biosourcées

Une option émergente et écologique.

• Excellentes performances diélectriques

• Forte tolérance à l’humidité

• Biodégradables et renouvelables

• De plus en plus utilisées dans les zones sensibles à l’environnement

5. Performance thermique et dissipation de chaleur

Environ 70 % des pertes électriques d’un transformateur se transforment en chaleur.Les huiles de base supportent des systèmes de refroidissement tels que :

• ONAN (Oil Natural Air Natural)

• ONAF (Oil Natural Air Forced)

• OFAF (Oil Forced Air Forced)

La viscosité appropriée est un facteur clé pour assurer une circulation thermique efficace.

6. Mécanismes de dégradation et défis

Avec le temps, les huiles isolantes se dégradent en raison de plusieurs facteurs :

6.1 Oxydation

• Formation d’acides

• Accumulation de boues

• Augmentation de la viscosité

6.2 Humidité

Chaque augmentation de 1 % d’humidité entraîne une baisse de 10 à 15 % de la rigidité diélectrique.

6.3 Chaleur excessive

Accélère la décomposition chimique.

6.4 Contaminants

Les particules métalliques, fibres ou résidus de carbone augmentent le risque d'amorçage électrique.

7. Normes pour la sélection des huiles isolantes

• IEC 60296 – Huiles isolantes minérales

• IEEE C57.106 – Directives pour l’évaluation des huiles

• ASTM D3487 – Spécifications pour les huiles minérales

• IEC 61099 – Huiles isolantes synthétiques

L’utilisation d’huiles ne respectant pas ces normes peut réduire considérablement la fiabilité des équipements.

8. Tests essentiels pour évaluer la qualité de l’huile

• Rigidité diélectrique (test BDV)

• Acidité (nombre de neutralisation)

• Humidité (méthode Karl Fischer)

• Analyse des gaz dissous (DGA)

• Tension interfaciale (IFT)

• Point d’éclair

• Viscosité

• Couleur et apparence

9. Avantages de l’utilisation d’huiles de base de haute qualité

• Prolonge la durée de vie du transformateur jusqu’à 20 ans

• Réduit la dégradation thermique

• Diminue les besoins de filtration et de maintenance

• Améliore la stabilité en haute tension

• Optimise la dissipation thermique et l’efficacité

• Réduit les risques d’incendie et de défaillance

10. Tendances futures dans les huiles isolantes

• Transition des huiles minérales vers des alternatives biosourcées

• Renforcement des réglementations environnementales

• Demande croissante pour des huiles résistantes aux hautes températures

• Développement de formulations à faible viscosité et haute stabilité

• Huiles offrant une meilleure tolérance à l’humidité et un comportement diélectrique amélioré

Conclusion

Les huiles de base jouent un rôle essentiel dans l’isolation électrique des transformateurs et autres équipements haute tension. Le choix d’une huile adaptée améliore considérablement l’efficacité opérationnelle, la sécurité et la durée de vie du matériel.Bien que les huiles minérales restent l’option la plus utilisée en raison de leur coût et de leurs performances, les huiles synthétiques et biosourcées, plus respectueuses de l’environnement, gagnent en popularité dans les réseaux électriques modernes.

Cet article a été recherché et rédigé par AmiPetro.

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