Si vous prenez et parcourez n'importe quelle fiche de spécification de transformateur, vous êtes sûr de trouver des informations concernant ce qui est appelé le Niveau d'Isolation de Base, ou BIL en abrégé — par exemple “ BIL : 95 kV ” ou “ BIL : 150 kV ”. Si vous avez eu des questions concernant ces évaluations ou si vous avez été perplexe par le fait que deux transformateurs similaires peuvent avoir deux évaluations BIL différentes, cet article est précisément pour vous. Le niveau d'isolation de base est en réalité la spécification la plus significative enregistrant la coordination d'isolation.
En bref, le terme BIL ou Niveau d'Isolation de Base fait référence à la classification d'isolation d'un transformateur définie par rapport à la tension maximale de l'onde d'impulsion de foudre et clarifie ce qu'est le BIL. Pour élaborer plus en détail, la norme régissant le BIL est introduite dans la norme IEC 60076-3 et IEEE/ANSI C57.12.00. Le BIL est exprimé en kV (crête). Afin de déterminer le BIL, un test d'impulsion de foudre est effectué en utilisant une onde complète impliquant qu'une onde d'impulsion de foudre de 1,2/50 μs est injectée au niveau de BIL nominal. Un BIL plus élevé doit être adopté en cas d'exposition sévère à la foudre, de faible marge d'isolation, de tension système majeure ; bien qu'il faille se rappeler que le BIL ne s'applique qu'à la tension d'impulsion et ne garantit pas la protection contre les arcs ou les surtensions.
Ce que signifie BIL
Le niveau d'isolation de base (BIL) fait référence à la tension maximale qui est définie par l'impulsion de foudre. Lorsque la foudre frappe les lignes de transmission ou qu'une surtension traverse le système, une surtension électrique est générée, produisant une onde de tension au-dessus de la tension de fonctionnement normale dans n'importe quel système. Le BIL est la valeur calculée par les transformateurs pour gérer cette surtension générée par la foudre sans que l'isolation ne soit détruite et peut être exprimée en kilovolts, comme 95 kilovolts.
Le BIL est particulièrement important car les défaillances d'isolation peuvent causer des problèmes significatifs et peuvent être très coûteuses ; tout transformateur qui flashe en interne ne peut pas être réparé sur place. Le BIL fournit un langage commun pour les concepteurs et les acheteurs — “ ce transformateur classé à 15 kV peut gérer la surtension générée par une frappe de 95 kV ” — et donc, il regroupe essentiellement tous les processus de coordination d'isolation en un seul panneau, assignant le niveau de protection offert à l'appareil. le guide des spécifications du transformateur explique où se situe le BIL parmi les autres évaluations sur une plaque signalétique et une fiche technique.
Comment le BIL est mesuré et testé
Le BIL n'est pas une valeur simple obtenue par estimation. Il fait en réalité référence à un niveau de test. La vérification du BIL signifie généralement effectuer un test d'impulsion de foudre en onde complète, conformément à IEEE C57.12.90 et IEC 60076-3 :
- Le test consiste à appliquer une impulsion de foudre avec une forme d'onde de 1.2/50 µs – le temps de montée de l'impulsion est de 1.2 µs avec la décroissance de l'onde prenant 50 µs, modélisant ainsi l'effet d'une frappe de foudre.
- Le pic de l'onde correspond au BIL nominal (par exemple, 95 kV pour un transformateur de 15 kV).
- Le transformateur peut résister à un nombre minimum défini d'applications sans arc électrique ni défaillance de l'isolation.
- Les transformateurs haute tension subissent des tests supplémentaires de forme d'onde hachée et d'impulsion de commutation, cependant, le BIL est toujours défini par le niveau de résistance à l'impulsion de foudre en onde complète.
En termes pratiques, le BIL représente la valeur de crête qui doit être démontrée lors des tests en laboratoire, soit sur un échantillon soit sur des unités de production. L'ensemble des tests d'acceptation complets — y compris le test d'impulsion — est couvert dans notre guide de test de transformateur, car la plupart des défaillances d'isolation sont dues à des défauts que les tests en usine existent pour détecter avant l'expédition.
Niveaux BIL Standards (Tableaux de Référence)
Dans IEEE/ANSI C57.12.00, les valeurs BIL normales sont détaillées pour les transformateurs immergés dans l'huile. Les valeurs BIL marquées en gras sont des valeurs standard pour chaque classe de tension :
| Tension Nominale du Système (kV) | BIL Standard (kV crête) | BIL Réduit Commun |
|---|---|---|
| 2 (distribution) | 30 | — |
| 2.5 | 45 | — |
| 5 | 60 | — |
| 8.7 | 75 | — |
| 15 (distribution) | 95 | — |
| 25 | 150 | 125 |
| 34.5 | 200 | 150 |
| 46 | 250 | 200 |
| 69 | 350 | 250 |
| 115 | 550 | 450 / 350 |
| 138 | 650 | 550 / 450 |
| 161 | 750 | 650 / 550 |
| 230 | 900 | 825 / 750 |
| 345 | 1,175 | 1,050 / 900 |
| 500 | 1,675 | 1,550 / 1,425 |
| 765 | 2,050 | 1,925 / 1,800 |
Pour les transformateurs de type sec (IEEE C57.12.01), les valeurs BIL sont inférieures pour les mêmes niveaux de tension ; par exemple, la classification BIL d'un transformateur de type sec de 15 kV est généralement de 95 ou 110 kV. Les systèmes IEC (IEC 60076-3) ont également un tableau des classifications BIL : la valeur BIL est calculée conformément à la tension système la plus élevée Um. Par exemple, un système de 12 kV a une valeur BIL de 75 kV, 24 kV → 125 kV, 36 kV → 170 kV, 72.5 kV → 325 kV, 123 kV → 550 kV, 145 kV → 650 kV, 245 kV → 1,050 kV. Quel que soit le standard qui régit votre projet, le processus de spécification est le même — et l' notions de transformateur de distribution article montre comment la classe de tension et le BIL sont sélectionnés ensemble pour les applications utilitaires et industrielles.
Quand Spécifier un BIL Plus Élevé
Le BIL standard peut être considéré comme une base plutôt qu'un sommet lorsqu'il y a quatre raisons d'augmenter le niveau :
- Sites avec un risque élevé de foudre. Les zones montagneuses, les endroits caractérisés par une forte activité kéraunique (le nombre d'orages qui se produisent en une année), les longues lignes exposées peuvent être des raisons d'utiliser un BIL plus élevé.
- Marges de protection insuffisantes. Lorsqu'il y a des limitations dans la possibilité de placement des parafoudres au milieu de conditions environnementales à forte surtension, ce niveau de protection plus élevé peut compenser cette distance et cette impédance.
- Unités critiques ou difficiles à remplacer.
- Niveau de protection réduit. En spécifiant la taille du BIL Réduit, on peut économiser de l'argent, cependant, cela nécessite une coordination soigneuse des parafoudres.
Des niveaux élevés de BIL nécessiteront un investissement considérable pour couvrir les problèmes d'isolation et de dégagement prévus lors de la phase de conception. Ainsi, une ingénierie appropriée implique toujours des études de coordination. Le côté mise à la terre et parafoudre de cette étude est couvert dans notre bases de mise à la terre des transformateurs article, car le système de mise à la terre détermine comment l'énergie de surtension est réellement dissipée.
Ce que le BIL ne Couvre Pas
Il y a une chose qui est certaine concernant le BIL ; c'est l'aspect de “résistance à l'impulsion”. Cependant, les acheteurs qui le généralisent sont en attente de surprises. Le BIL ne fournit pas :
- Le problème de l'arc électrique dû à la contamination. Un bushing ou un isolateur contaminé peut provoquer un arc électrique sous une tension de fonctionnement normale avant l'arrivée de toute foudre ; cela signifie qu'il s'agit d'un problème de distance de fuite et de classe de pollution, et non d'un problème de BIL.
- Les surtensions à fréquence de puissance. La raison de la surtension soutenue, qui est soit due à un dysfonctionnement du régulateur soit à la ferro-résonance, mettra l'isolation sous stress thermique et électrique ; la période de fonctionnement d'un transformateur de puissance n'est pas prise en compte dans les tests d'impulsion en microsecondes.
- Les faiblesses internes. Les tests de BIL peuvent détecter des faiblesses ; cependant, l'entrée d'humidité, le mouvement des bobines et le processus de vieillissement de l'isolation l'affecteront négativement après une longue période. C'est pourquoi des contrôles réguliers, tels que les tests d'huile et de DGA, sont effectués en plus des tests d'impulsion en usine.
- La durée de vie du point de vue mécanique. Même lorsque le transformateur réussit le test d'impulsion, il peut être endommagé par un court-circuit, une surcharge ou le vieillissement de l'isolation.
Il est important de se rappeler que le BIL doit être l'un des éléments d'un ensemble cohérent qui comprend le niveau d'impédance, la classification de l'arrestor, la distance de fuite, le type de mise à la terre et un programme de test et non l'indicateur d'immortalité.
BIL et Coordination de l'Isolation
Le concept de coordination de l'isolation peut être défini comme s'assurer que le transformateur résiste à l'influence de la surtension qu'il reçoit. Selon l'approche conventionnelle (IEC 60071-2), le niveau d'isolation de l'équipement (BIL) doit dépasser le niveau du dispositif de protection (arrestor) d'au moins 20%. Par exemple, dans le cas d'une installation de 145 kV et d'une tension résiduelle de 400 kV à travers des arrestors ZnO avec un courant nominal de 10 kA, il est nécessaire d'avoir un BIL du bushing (et de l'équipement) d'au moins 480 kV, donc un niveau standard de 550 kV doit être appliqué. Si le niveau d'isolation ne répond pas aux exigences, il serait nécessaire soit d'augmenter la valeur de BIL soit de rapprocher l'arrestor de l'équipement.
Les bushings sont également inclus dans la même coordination d'isolation. Le BIL du bushing doit être égal ou supérieur au BIL de l'enroulement auquel il est connecté, sinon il devient l'élément le plus faible de toute la chaîne. Par conséquent, toutes les fiches pour ces dispositifs (transformateur, bushing, arrestor) doivent inclure le BIL, car les valeurs de BIL doivent être égales pour tout l'équipement participant au processus. Lorsque vous achetez un transformateur et ses accessoires, demander les niveaux d'impulsion coordonnés sur un seul document fait la différence entre une installation coordonnée et un échec futur — et le gamme de produits de transformateurs de distribution énumère les options de BIL standard disponibles avec chaque classe de tension.
FAQ
Quel est le niveau d'isolation de base (BIL) d'un transformateur ?
Le BIL fait référence à la tension la plus élevée de l'impulsion standard de foudre de 1,2/50 µs, à laquelle l'isolation du transformateur est obligée de résister sans arc électrique. Il est cité en kV crête, par exemple, pour le transformateur de distribution de 15 kV, le BIL est de 95 kV, tandis que pour le transformateur de 69 kV, il devrait être de 350 kV. Sa définition/test est indiquée selon IEEE/ANSI C57.12.00/C57.12.90 (ou IEC 60076-3).
Quelle est la définition du Niveau d'Isolation de Base (BIL) ?
Le Niveau d'Isolation de Base est la permittivité à la tension d'impulsion, en tant que tension maximale que le système d'isolation doit supporter (le niveau BIL). Il fait référence soit aux tests en usine de l'équipement, soit à une valeur particulière dans la liste des niveaux d'isolation pour la classe de tension.
Qu'est-ce que le BIL et le SIL ?
BIL signifie niveau d'isolation d'impulsion (niveau de foudre) et implique son niveau en kV de sa crête. Dans le contexte des transformateurs, le SPL signifie le niveau de commutation car il est applicable aux surtensions de commutation lentes avec un front d'onde plus long qui se produisent généralement à des tensions élevées, à partir de 345 kV et plus. Les deux termes sont similaires car ils sont utilisés pour considérer la coordination d'isolation puisqu'ils traitent de situations différentes : BIL pour les pics de haute tension, et SIL pour la commutation lente.
Quelle est la valeur minimale de Megger ?
Bien qu'il n'y ait pas de minimum strict, environ 1 MΩ de résistance d'isolation est requis par kV de tension nominale pour les transformateurs en pratique (ou environ 100 MΩ pour les transformateurs de distribution qui passent sous une tension d'essai de 2500V). Le facteur le plus important lors de la mesure est la tendance des valeurs plutôt que la valeur elle-même.
Références
- Tables de Test IEEE C57.12.00 — Niveaux d'Isolation des Transformateurs de Distribution et de Puissance
- Eaton — Spécification du Transformateur de Sous-station (Tables de Tension et de BIL)
- Ziyao Power — Guide de Sélection de Bushing et de Coordination de BIL
- IEEE C57 — Tables de Test BIL et Dielectrique des Transformateurs Instrumentation
- IEC 60076-3 — Transformateurs de Puissance : Niveaux d'Isolation, Tests Dielectriques
Conclusion
Le niveau d'isolation de base inclut la construction de foudre et de surtension d'un transformateur, fournissant une valeur de tension maximale spécifique : pour une construction de classe 15 kV – 95 kV, pour la classe 69 kV – 350 kV, et pour une construction de classe 500 kV – 1,675 kV ; ces valeurs indiquent la robustesse de la construction d'isolation. L'essence de cette notion réside dans la coordination, ce qui signifie que nous devons adapter le BIL à la classe de tension, évaluer le BIL du transformateur s'il y a besoin de marges de protection épaisses et d'influence de la foudre, et maintenir la marge de protection au-dessus de 20%. Cependant, il convient de noter que seul le problème d'impulsion peut être résolu avec l'aide du BIL.