Le transformateur vibre lorsque différentes machines fonctionnent

Vous pourriez le voir dans des usines, des ateliers, et même de grandes maisons : le transformateur sur un poteau, sur le mur, ou dans le coffre bourdonne plus fort lorsque certaines machines fonctionnent. Le son peut parfois être dû à la magnéostriction, mais parfois il sert de signe d'avertissement que le transformateur est en surcharge, est chargé de manière inégale, ou fonctionne mal. Dans ce guide, nous discuterons des raisons du bourdonnement d'un transformateur, de ce qui change lorsque diverses machines fonctionnent, des sons qui sont normaux, et quand le bourdonnement devient une raison de préoccupation.

Réponse en bref : Les transformateurs émettent constamment un son, qui est dû au processus de magnéostriction — le phénomène d'une légère déformation physique d'un noyau en acier laminé se produisant à un rythme de 100-120 fois par seconde (deux fois plus vite que la fréquence de 50/60 Hz), ainsi que des vibrations provenant des composants du noyau et de l'enroulement. Le bourdonnement d'un transformateur devient plus fort sous l'action de diverses machines pour trois raisons principales : augmentation de la charge (l'augmentation du courant provoque une augmentation du flux magnétique), harmoniques provenant des entraînements de cycle et de soudeur (divers entraînements transmettent des courants déformés produisant des sons de nouvelles fréquences et ainsi chauffant le transformateur), conditions de tension (même le transformateur légèrement chargé peut bourdonner plus fort lorsqu'il est en surcharge car le flux est défini par la tension, et non par la charge).

Pourquoi les transformateurs bourdonnent

Le bourdonnement des transformateurs est un phénomène qui se produit en raison du principe de la physique et ce n'est pas quelque chose qui indique un défaut. Le noyau du transformateur est composé de feuilles d'acier finement laminées, et donc il développe un champ magnétique dans le noyau. Lorsque un courant alternatif passe à travers les fils, le champ magnétique change de direction 100 fois par seconde (pour une alimentation de 50 Hz) ou 120 fois par seconde (pour une alimentation de 60 Hz). Chaque fois que le champ magnétique change de direction, les cristaux d'acier sont légèrement étirés. Ainsi, la magnéostriction se produit et elle est responsable du bourdonnement du transformateur produisant un signal de fréquence égale à deux fois la fréquence de l'alimentation électrique. De plus, les changements dans les fils et les joints font vibrer d'autres composants. Le réservoir du transformateur se comporte comme un haut-parleur ordinaire.

De cela, nous pouvons conclure que le bourdonnement des transformateurs est un phénomène électrique courant, mais l'intensité des vibrations augmente avec l'augmentation de la densité de flux qui est déterminée par la tension appliquée. Les spécifications qui régissent à quel point un transformateur peut être bruyant — et les niveaux sonores audibles liés à la puissance en kVA — font partie des données de conception que vous trouverez sur une bonne fiche de spécifications, comme couvert dans le le guide des spécifications du transformateur.

Pourquoi il bourdonne plus fort lorsque les machines fonctionnent

Les bruits changeants liés au fonctionnement de “ différentes machines ” peuvent presque certainement être retracés à trois causes :

• Courant de charge plus élevé. Un grand moteur ou un chauffage tire du courant entraînant une augmentation du courant d'enroulement résultant en une force de flux de fuite accrue agissant sur l'enroulement et plus de vibrations du noyau. C'est un fait qu'un transformateur en surcharge bourdonne plus qu'un transformateur qui n'est pas sous charge.
• Les harmoniques provenant des charges électroniques et des moteurs. Les charges électromécaniques telles que les variateurs de fréquence (VFD) provoquent une distorsion du courant de manière non sinusoïdale. Les harmoniques causent des vibrations mécaniques du noyau du transformateur et plus de pertes dans le noyau et l'enroulement lorsque les machines fonctionnent, ce qui provoque un bourdonnement et un chant.
• Problèmes de tension et de régulation. Une charge importante inattendue appliquée à un transformateur peut entraîner des chutes de tension instantanées causées par de grands moteurs de démarrage, provoquant un changement dans la tonalité de son bourdonnement pendant de tels événements.

La tâche de diagnostic consiste à déterminer le type de bourdonnement que nous avons en ce qui concerne la façon dont il change pendant le fonctionnement de différents équipements (s'il change continuellement en fonction du nombre de charges, il est considéré comme lié à la charge et est normal). Distinguer les deux est au cœur de l'analyse, et la logique de charge et de service qui la sous-tend est couverte dans le notions de transformateur de distribution article.

À quoi ressemble le bruit normal d'un transformateur

Le moyen le plus rapide de comprendre ce que signifie anormal est d'apprendre à quoi ressemble le normal.

• Normal : un son continu et de basse fréquence, qui est égal à deux fois la fréquence du réseau (100 Hz ou 120 Hz). Vous pouvez imaginer le son d'une corde de guitare basse ou le son d'une sous-station, entendu de loin. Peut-être qu'il gagnera un peu de volume et de tonalité à mesure que la charge augmente.
• Anormal : un bruit métallique de cliquetis (laminage du noyau lâche ou fixations ou montages de réservoir lâches), un bruit très aigu (en raison d'une décharge électrique ou d'une connexion lâche), un bruit de crépitement (qui indique un arc), ou un changement dans le caractère global du transformateur (qui peut être caractérisé par une soudaineté de volume ou un son de sifflement fusionné).

Une bonne pratique : écoutez attentivement le son du transformateur dans son mode de fonctionnement normal jusqu'à ce que vous appreniez son son normal. Cette discipline de référence est la même qui sous-tend la surveillance de l'état, que ce soit à l'oreille ou par instrument, et elle se connecte directement aux routines de test et d'inspection dans le guide de test de transformateur.

Comment la taille et la charge affectent le bruit

La plupart de ce qui est dit sur les transformateurs peut être attribué à deux principes.

Facteur	Effet sur le bruit	Pourquoi
Taille en kVA	Les transformateurs plus grands bourdonnent plus fort	Des noyaux et des réservoirs plus grands rayonnent plus de son
Niveau de charge	Le bruit augmente avec la charge	Un courant d'enroulement plus élevé augmente les forces et les vibrations
Niveau de tension	Le bruit augmente avec la tension (même à vide)	La densité de flux est déterminée par la tension ; la surtension sature le noyau
Contenu harmonique	Nouvelles fréquences, bourdonnement, chaleur supplémentaire	Le courant déformé provenant des variateurs et des soudeurs excite le noyau

La situation pratique : lorsque les machines fonctionnent, certains transformateurs produisent un bourdonnement qui signifie que tout fonctionne comme prévu en termes de charge. La règle de chargement exigeant que les machines fonctionnent à des charges temporaires ne dépassant pas environ 80% est là pour cette raison. En d'autres termes, appliquer la règle aide à éviter de suralimenter les transformateurs, ce qui produit du bruit et de la chaleur et diminue leur durée de vie. Avoir un transformateur qui bourdonne et qui a un signal de charge élevé ne signifie pas nécessairement qu'il est défectueux ; c'est la même conclusion qui peut être lue ci-dessous lorsqu'on parle de la règle 80%.

Signes d'avertissement : Quand le bourdonnement nécessite une attention

Tous les bruits aigus ne signifient pas un problème, mais certains sons sont des signes d'avertissement :

• Apparition soudaine : un transformateur qui était silencieux et qui a soudainement commencé à faire du bruit doit être examiné.
• Des bruits de bourdonnement, de crépitement et de grésillement sont des signes de connexions défectueuses, de défaillance de l'isolation et d'étincelles à l'intérieur du transformateur — c'est l'un des problèmes les plus dangereux selon les types de transformateurs.
• Chaleur et odeur : si le transformateur est chaud et sent l'huile brûlée et le vernis, il y a une possibilité qu'il surchauffe ou fonctionne mal.
• Fuite ou déformation : la fuite d'huile et la déformation du boîtier du transformateur indiquent des problèmes majeurs à l'intérieur.
• Indicateurs de performance défectueuse : le déclenchement du disjoncteur, les lumières clignotantes et le dysfonctionnement de l'équipement au moment de l'apparition du bourdonnement montrent que le son est réel et non inoffensif.

Beaucoup de ces signes sont liés aux mécanismes de défaillance que les tests d'isolation et l'analyse de l'huile existent pour détecter tôt — les modes de défaillance catalogués dans le causes de défaillance des transformateurs article sont exactement ce qu'un bourdonnement modifié peut annoncer.

Liste de contrôle des avertissements de bruit de transformateur

Si vous entendez un bourdonnement de transformateur inhabituel, voici la liste de contrôle à considérer avant de prendre toute mesure :

• Le bourdonnement semble-t-il constant ou plutôt un bruit de bourdonnement/sifflement ? Un bourdonnement constant est un phénomène normal tandis que s'il bourdonne ou crépite, il est temps de vérifier.
• Le volume du bourdonnement change-t-il avec le fonctionnement des machines ? S'il ne change pas, cela indique que quelque chose a mal tourné avec le transformateur.
• Y a-t-il quelque chose de chaud, sentant ou fuyant près de l'unité ? L'odeur de vernis, la chaleur ou la fuite d'huile suffisent amplement à conclure qu'il n'est pas nécessaire d'analyser le son du transformateur.
• Quelque chose s'est-il produit avec l'électricité récemment ? Si oui, un électricien devrait comprendre la source du bruit et pourrait identifier diverses fréquences à partir du son du bourdonnement du transformateur.
• Le transformateur a-t-il déjà fait ce bruit auparavant ? Si oui, cela signifie qu'il faut vérifier s'il s'agit toujours d'un problème ou non.
• Quelle charge porte-t-il maintenant ? S'il est proche ou supérieur à sa charge de travail régulière, le bruit peut s'expliquer par ce fait.

Dans le cas où l'une des conditions n'est pas satisfaisante, un professionnel doit être appelé pour vérifier le transformateur. La routine qui maintient les transformateurs en bon état entre ces inspections — tests d'huile, DGA et contrôles visuels — est décrite dans le les bases des tests d'huile de transformateur article, qui couvre les échantillons et seuils qui détectent les problèmes d'isolation avant qu'ils ne deviennent audibles.

Comment réparer ou réduire le bourdonnement problématique

Selon ce qui est diagnostiqué, les solutions peuvent varier de la plus simple à la plus professionnelle :

• Pièces desserrées : lors de la vérification des boulons, ainsi que des extrémités du réservoir et des panneaux qui le couvrent, nous devons voir si le bruit disparaît lorsque le panneau est poussé.
• Haute tension : si le bruit est fort lorsqu'il n'y a pas de charge, il faut faire ce qui suit : vérifier la tension entrante par rapport au point de prélèvement ; en changeant le point de prélèvement de surtension, vous pouvez vous débarrasser du bruit.
• Surcharge harmonique : si le bruit est produit uniquement par des variateurs de fréquence ou des machines à souder, vous devez mesurer le contenu harmonique et éventuellement appliquer des filtres ou d'autres méthodes visant à résoudre le problème avec l'aide de réacteurs.
• Charge lourde continue : vous pouvez rééquilibrer la charge sur les phases ou transférer une partie de la charge à un autre transformateur en tenant compte de l'indication de la règle 80%.
• Vrai problème interne : s'il est causé par des lectures desserrées, une isolation cassée ou d'autres facteurs, la réparation en atelier est impossible et le transformateur doit être amené à l'usine pour des réparations.

La règle de la limite : le bruit qui peut être atténué par le serrage des boulons et la réparation de l'assemblage mécanique est lié à l'entretien, tandis que le bruit électrique qui cause des échauffements, des odeurs étranges et d'autres problèmes connexes est un problème de fiabilité. Enfin, il est toujours préférable d'inspecter le transformateur que de se fier à son bruit de sifflement.

FAQ

Pourquoi mon transformateur émet-il un bruit de bourdonnement ?

Les transformateurs sont conçus pour bourdonner en raison de la magnéostriction, un phénomène dans lequel le noyau en acier s'étire et se rétracte deux fois pendant chaque cycle électrique de 60 ou 50 Hertz, faisant vibrer le noyau et les enroulements. De plus, plus la charge et la tension appliquées au transformateur sont élevées, plus le bourdonnement qu'il produit est fort. Cependant, si le bruit suit le fonctionnement d'autres machines, il est généralement lié à la machinerie actuellement en fonctionnement.

Comment se débarrasser du bourdonnement du transformateur ?

La première étape devrait être de diagnostiquer le problème en cours. Un bruit de cliquetis mécanique peut être corrigé en serrant les boulons de montage. Si le bourdonnement peut être entendu en l'absence de charge, alors le transformateur doit être vérifié pour surtension. Si un bourdonnement et une surchauffe se produisent lors de l'alimentation avec des variateurs de fréquence ou des équipements de soudage, des réacteurs de ligne ou des filtres doivent être utilisés ou des charges non linéaires déplacées. Si un transformateur subit une charge lourde constante, un équilibrage de la charge est nécessaire. Des insuffisances réelles telles que des laminations desserrées et une mauvaise isolation nécessitent des réparations.

Quelle est la règle 80% pour les transformateurs ?

La règle 80% stipule essentiellement que la charge d'un transformateur ne doit pas dépasser 80% de sa puissance nominale en kVA afin de lui permettre de remplir correctement sa fonction. Sinon, le transformateur peut produire trop de bruit et de chaleur. La plupart des cas de bourdonnement des transformateurs peuvent être expliqués en utilisant cette règle.

Quels sont les signes d'un transformateur soufflé ?

Les signes d'une explosion d'un transformateur incluent un fort bruit, une coupure de courant, de la fumée ou des flammes visibles, une odeur de brûlé, des fuites d'huile autour des transformateurs remplis d'huile, des arcs électriques et des boîtiers brûlants. En général, un bourdonnement nouvellement apparu et des bruits de crépitement ou de grésillement indiquent que quelque chose ne va pas avant que l'explosion ne se produise et que le transformateur nécessite une inspection immédiate.

Références

• Eaton — Comprendre le bruit des transformateurs
• GE Grid Solutions — Ressources sur le son et les vibrations des transformateurs
• IEEE — Normes de son audible des transformateurs
• Hitachi Energy — Surveillance de l'état des transformateurs
• NFPA — Directives d'inspection des équipements électriques

Conclusion

Un transformateur vibrant davantage pendant que d'autres équipements sont en fonctionnement est généralement juste un cas de physique en action — la magnéostriction fait que chaque transformateur génère un son deux fois à la fréquence de l'électricité fournie dans le pays, et la charge, la tension et les harmoniques doivent faire leur travail et augmenter le volume. Le bruit causé par les machines est normal ; le son des machines qui devrait vous inquiéter est différent. Cela pourrait être un bourdonnement ou un bruit de crépitement ou être associé à un échauffement, une odeur, des fuites, etc. Il est important de reconnaître le son normal du transformateur et de savoir ce qu'il faut faire si quelque chose change, de suivre les instructions données pour la charge, de réparer les bruits mécaniques, et de laisser les problèmes électriques aux ingénieurs professionnels qui peuvent analyser la source du bruit lorsqu'il apparaît.