Les transformateurs de type sec occupent une place particulière dans la distribution d’énergie. S’ils attirent rarement tous les regards au sein d’un poste électrique, ils constituent souvent le dernier rempart entre le réseau de distribution et un bâtiment accueillant du public, des équipements électroniques sensibles ou une ligne de production ne tolérant aucune interruption de service. Contrairement aux modèles à bain d’huile, ils remplacent l’huile minérale — fluide de refroidissement et isolant classique — par de l’air et des isolants solides, généralement de la résine coulée ou du papier imprégné sous vide et pression. Cette différence fondamentale conditionne tous les aspects en aval : comportement au feu, conformité environnementale et, surtout, modalités des essais effectués sur le transformateur tout au long de sa durée de vie.

Les essais ne constituent pas un événement unique. Il s’agit d’un processus à plusieurs étapes qui débute avant la sortie d’usine de l’appareil et se poursuit lors de la mise en service et de la maintenance périodique. Les essais applicables dépendent de la conception, de la classe de tension et de la norme de référence — le plus souvent la norme IEC 60076-11 ou IEEE C57.12.01. Quelle que soit la norme, les essais se répartissent en trois catégories : les essais de routine, auxquels chaque unité doit se soumettre ; les essais de type, qui valident une conception ; et les essais spéciaux, destinés à vérifier des performances ou des exigences particulières.

1. Essais de routine : les incontournables

Les essais de routine sont réalisés sur chaque transformateur avant son expédition. Ils constituent la preuve fondamentale que l’appareil a été correctement fabriqué et qu’il fonctionne conformément aux attentes. La liste ci-dessous est établie selon la norme IEC 60076-11 et trouve son équivalent dans les normes IEEE.

Essai	Ce qu’il vérifie	Critère d’acceptation typique
Résistance des enroulements	Continuité des conducteurs, qualité des jonctions, raccordement correct des prises	Mesurée sur chaque prise ; écart entre phases de quelques pour cent au maximum
Rapport de transformation et déphasage	Que l’appareil délivre la tension commandée et que le groupe vectoriel (par ex. Dyn11) est correct pour la mise en parallèle	Mesuré sur chaque prise ; rapport dans la tolérance de la CEI 60076-1 (généralement ±0,5 %)
Impédance de court-circuit et pertes en charge	Limitation du courant de défaut, répartition de la charge, pertes I²R et pertes parasites	Impédance à ±10 % de la valeur garantie ; pertes en charge conformes à la garantie
Pertes à vide et courant à vide	Qualité de la tôle magnétique, serrage du circuit magnétique, courant magnétisant	Conforme à la garantie ; tolérance usuelle de +15 % sur les pertes à vide
Tension appliquée de source séparée (AV)	Intégrité de l’isolation principale à la terre et entre enroulements	Une minute au niveau d’essai spécifié sans claquage
Tension induite (IV / ACSD)	Isolation entre spires et entre couches, que l’essai de source séparée ne sollicite pas entièrement	Aucun claquage au niveau de tension induite
Décharges partielles (DP)	Vides, délaminage ou points faibles dans l’isolation en résine moulée	Généralement ≤ 10 pC pour les conceptions en résine moulée
Résistance d’isolement et indice de polarisation	Teneur en humidité et état général du système d’isolation	Rapport et valeurs absolues selon IEEE 43 ou la limite du fabricant

Deux de ces paramètres méritent une mention particulière. L’impédance et les pertes en charge sont mesurées en court-circuitant un enroulement et en appliquant une tension réduite à l’autre, puis en déduisant l’impédance à partir de la tension, du courant et de la puissance ; ce résultat détermine le comportement du transformateur en cas de défaut ainsi que sa capacité à partager la charge avec d’autres unités. Les pertes à vide et le courant à vide sont mesurés en alimentant un enroulement à la tension nominale tandis que l’autre reste en circuit ouvert ; la puissance absorbée correspond essentiellement aux pertes dans le noyau magnétique, ce qui constitue l’indicateur le plus fiable de la qualité de l’acier du noyau. Un appareil présentant des pertes à vide anormalement élevées chauffera davantage et entraînera des coûts d’exploitation accrus tout au long de sa durée de vie.

Les décharges partielles (DP) nécessitent une attention particulière pour les transformateurs de type sec. Les DP consistent en des décharges microscopiques se produisant à l’intérieur de cavités ou aux interfaces de l’isolation ; elles sont à la fois un symptôme et une cause de dégradation. Un transformateur peut réussir un essai de tenue diélectrique tout en présentant un défaut lié aux DP susceptible de provoquer une défaillance ultérieure en service. Pour les modèles à enroulements coulés dans la résine, la limite admissible est basse — environ 10 pC ou moins — ; c’est pourquoi la mesure des DP est devenue une procédure standard plutôt qu’une option.

La séquence d’essais s’achève par la mesure de la résistance d’isolement, souvent accompagnée du calcul de l’indice de polarisation pour détecter la présence d’humidité, ainsi que par des vérifications de l’isolation et des essais fonctionnels des accessoires : sondes de température, ventilateurs et changeurs de prises, le cas échéant.

2. Essais de type — Validation de la conception

Les essais de type ne sont pas réalisés sur chaque unité. Ils sont effectués sur un échantillon représentatif pour démontrer que la conception répond aux performances spécifiées ; les unités de série issues d’une conception qualifiée ne sont généralement pas soumises à de nouveaux essais.

Le test le plus exigeant est celui de la montée en température. Il est plus crucial pour les transformateurs secs que pour tout autre type, car la durée de vie de l’isolation est directement liée à la température de fonctionnement. L’unité est soumise à une charge nominale — parfois à une surcharge spécifiée — jusqu’à ce que l’équilibre thermique soit atteint, ce qui peut prendre plusieurs heures. La température des enroulements est mesurée avec des capteurs intégrés ou par la méthode de la résistance, où l’augmentation de la résistance des enroulements est convertie en une température moyenne des enroulements. L’augmentation doit rester dans les limites de la classe d’isolation — par exemple 100 K pour la classe F en conditions nominales. Ce test valide à la fois la conception thermique et l’arrangement de refroidissement.

Le test d’impulsion de foudre est le deuxième pilier, bien qu’il soit parfois appliqué comme test de routine pour les applications critiques. Une forme d’onde standard de 1,2/50 µs est appliquée à chaque borne haute tension, et les traces de tension et de courant résultantes sont enregistrées. Tout écart par rapport à la forme d’onde attendue — par exemple, une chute soudaine de tension — indique une défaillance quelque part dans l’enroulement. Le test d’impulsion est plus exigeant pour les conceptions à sec, car l’isolation solide se comporte différemment de l’huile, mais il reste la meilleure preuve de la capacité à résister aux surtensions.

La détermination du niveau sonore a pris de l’importance à mesure que les transformateurs de type sec sont installés plus près des zones occupées. Un appareil émettant un bourdonnement de 65 dB dans un local électrique dédié est une chose ; le même appareil à côté d’un service hospitalier ou d’un bureau en espace ouvert en est une autre. La pression acoustique est mesurée en des points définis autour du transformateur sous tension nominale, à la fois pour confirmer le niveau garanti et pour déceler des sources de bruit anormales.

3. Essais spéciaux — Lorsque la norme ne suffit pas

Les essais spéciaux ne sont ni systématiques ni universellement exigés. Ils sont réalisés lorsque l’acheteur les spécifie, lorsque l’application l’impose ou lorsque les essais de routine et de type laissent une question en suspens.

L’essai de tenue au court-circuit est le plus sévère. Un enroulement est mis en court-circuit tandis que la tension nominale est appliquée à l’autre ; les courants résultants atteignent plusieurs fois le courant nominal, et les forces électromagnétiques à l’intérieur des enroulements sont considérables. L’essai démontre que les enroulements et leur structure de support résistent sans déformation ni dommage à l’isolation. Il est particulièrement pertinent pour les transformateurs de type sec, car l’isolation solide ne possède pas les propriétés d’autocicatrisation de l’huile. Un enroulement qui se déplace légèrement sous l’effet des forces de court-circuit peut ne pas défaillir immédiatement, mais les contraintes mécaniques induites dans l’isolation conduisent à une défaillance prématurée.

L’analyse de la réponse en fréquence (FRA) est devenue une méthode de diagnostic standard pour évaluer l’intégrité mécanique. Une gamme de fréquences est injectée dans un enroulement et la réponse est mesurée sur un autre, produisant une signature qui reflète la géométrie physique des enroulements et du noyau magnétique. Comparée à une référence établie en usine ou lors d’un essai précédent, cette signature révèle toute déformation de l’enroulement, tout déplacement du noyau ou toute autre modification mécanique invisible lors des essais électriques conventionnels. La FRA est particulièrement utile après un défaut traversant ou une manipulation brutale lors du transport.

Lorsque l’appareil est destiné à un environnement difficile ou inhabituel, des essais climatiques, environnementaux et de comportement au feu peuvent être spécifiés. La norme IEC 60076-11 définit les classifications ci-dessous.