FRAX 101 Analyseur de réponse de la fréquence de balayage

FRAX 101
Analyseur de réponse de la fréquence de balayage
DESCRIPTION
Les transformateurs de puissance sont un élément clé des
infrastructures de transport et de distribution de l’électricité.
La défaillance des transformateurs engendre une envollée
des pertes d’exploitation et des opérations de maintenance
imprévues. L’optimisation de la maintenance préventive par
l’utilisation d’outils de diagnostic fiables et performants per-
met de maximiser l’exploitation des transformateurs tout en
réduisant le nombre de pannes.
L’analyseur de réponse de la fréquence de balayage FRAX
101 (SFRA) permettent de détecter des défauts électriques
et mécaniques potentiels, impossibles à détecter par les
méthodes classiques. Les grands opérateurs de service public
utilisent la méthode FRA depuis plus de dix ans. La facilité
d’exécution des mesures permet de prendre en un minimum
de temps, une signature unique comparable à une empreinte
digitale du transformateur. La comparaison des mesures suiv-
antes à cette signature permet de vérifier que les composants
du transformateur demeurent inchangés. Les déviations
indiquent que des modifications géométriques et électriques
se sont produites à l’intérieur du transformateur.
Le FRAX 101 détecte des défauts suivants:
n Déformations et déplacements des enroulements;
n Spires en court-circuit et enroulement ouverts;
n Structures de fixation desserrées;
n Structures de fixation cassés;
n Défauts dans les connexions du noyau magnétique;
n Affaissement partiel de l’enroulement;
n Circuits de terre du noyau magnétique défectueux;
n Mouvements du noyau magnétique;
n Claquage des enroulements;
APPLICATION
Par conception, les transformateurs de puissance résistent
aux efforts mécaniques résultants de divers évènements
tels que le transport, les défauts électriques ou la foudre.
Cependant, lors d’incidents graves ou lorsque le vieillisse-
ment des isolants affaiblit leur résistance mécanique, les
forces mécaniques peuvent dépasser les limites tolérables.
La comparaison entre la signature d’origine et la réponse en
fréquence après évènements permet une prise de décision
fiable en vue d’approfondir le diagnostic ou de remettre en
service le transformateur.
n Appareil FRA le plus petit et le plus robuste sur le
marché
n Répétabilité d’affichage la plus élevée possible grâce
à l’utilisation de câbles fiables et à une instrumenta-
tion hautement performante
n Normes internationales satisfaites quant aux mesures
effectuées à partir d'un analyseur SFRA
n Gamme dynamique la plus élevée et la plus précise
sur le marché
n Communication sans fil et alimentation par accumula-
teur
n Analyse évoluée et aide à la décision intégrées au
logiciel
n Importation de données à partir d’autres appareils de
test FRA
FRAX 101
Analyseur de réponse de la fréquence de balayage
La cueillette de données, sous forme d’empreinte digitale, grâce à l’analyseur de réponse de la
fréquence (FRA) permet de détecter failement les défaillances électromécaniques dans les transfor-
mateurs de puissance. L’investissement dans un analyseur est rapidement rentabilisé.

Fondements de la méthode
Un transformateur comprend un grand nombre de capac-
titances, d’inductances et de résistances formant un circuit
très complexe créant une empreinte digitale ou signature
unique lors de l’injection de signaux injectés à des fréquences
discrètes. Les réponses se traduisent sous forme de courbe.
La capacitance se détermine en
fonction de la distance entre les
conducteurs. Les mouvements
dans l’enroulement influent sur
la valeur des capacitances et
modifient ainsi la forme de la
courbe. La méthode d’analyse
SFRA se fonde sur des comparai-
sons entre les courbes tracées
et la détection de variations.
L’un des tests effectués selon
la méthode SFRA comprend un
balayage multiple et indique si
l’intégrité mécanique ou élec-
trique du transformateur a été
compromise.
Application pratique
Dans une application standard, la création de la courbe de
référence sous forme “d’empreinte digitale” pour chacun des
enroulements est saisie lorsque le transformateur est neuf ou
lorsqu’il est considéré en bonne condition. Ces courbes ser-
viront de points de référence durant les diagnostics et tests
de maintenance ultérieurs.
Trois méthodes de mesures peuvent être utilisées:
La première méthode, la plus fiable, se base sur la comparai-
son périodique, à des intervalles définis, des résultats de
mesure et de la courbe de signature. Cette méthode permet
de suivre avec précision les évolutions electromécaniques
du transformateur. La seconde méthode consiste à utiliser,
pour effectuer la comparaison, un transformateur de même
type. En l’absence de transformateur de modèle équivalent
et/ou de signature d’origine, la troisième méthode consiste
à effectuer la comparaison entre chaque enroulement d’un
même transformateur.
Ces tests de comparaison peuvent être effectués 1) avant et
après le transport, 2) après un courant de défaut traversant
intense, 3) avant et après une remise en état et 4) comme
test de diagnostic en cas de défaut suspecté. Un test SFRA
détecte les défauts d’enroulement, qui nécessitent typique-
ment plusieurs essais effectués par des appareils de mesures
différents. Sa rapidité et son faible coût font du test SFRA
un outil de diagnostic détectant des défauts et dommages
sur les transformateurs, qu’aucun autre équipement ne peut
déceler. Le résultat du test contribue à la prise de décision
en vue de poursuivre les investigations ou de la remise en
service le transformateur en toute sécurité et confiance. Lors
d’un incident, la mise à disposition de la mesure de référence
du transformateur critique apporte une aide précieuse grâce
à la finesse et à la précision du diagnostic.
FRAX 101
Analyseur de réponse de la fréquence de balayage
Analyse et logiciel
En règle générale, les spires en court-circuit, la magnétisa-
tion et d’autres défauts liés au noyau magnétique altèrent
la forme de la courbe aux basses fréquences. Les moyennes
fréquences concernent des mouvements axiaux ou radiaux des
enroulements et les hautes fréquences indiquent des défauts
des câbles qui relient les enroulements aux traversées et aux
changeurs de prise.
Le logiciel FRAX comprend plusieures fonctions assurant une
analyse efficace des données. L’utilisateur garde le contrôle
complet des balayages qu’il souhaite composer, indépenda-
ment du nombre de mesures effectuées. Le logiciel permet
la visualisation de la réponse selon la méthode habituelle
de l’amplitude et de la phase en fonction de la fréquence.
Pour une analyse plus poussée sur certains types de transfor-
mateurs, l’utilisateur dispose d’une fonction lui permettant
d’afficher les courbes d’impédance et d’admittance en fonc-
tion de la fréquence.
La figure ci-dessus montre un transformateur monophasé après une remise en état où, par erreur, la
mise à la terre n’a jamais été connectée (en rouge). La courbe verte représente la même mesure après
connection de la mise à la terre du circuit magnétique. Ce défaut potentiel est indiqué clairement aux
fréquences entre 1kHz et 10kHz, et un changement sensible est également visible dans la gamme de
fréquences de 10kHz à 200kHz.
Un exemple de basses, moyennes et hautes fréquences

FRAX 101
Analyseur de réponse de la fréquence de balayage
Appuis à la décision grâce à un outil d’analyse intégré selon la norme internationale DL/T 911-2004
Navigateur d’objets de test - Nombre
illimité de tests et de balayages. Contrôle
complet de l’utilisateur.
Réglages de balayage et courbe - Chaque
balayage peut être démarré ou interrompu
individuellement; vous pouvez en changer la
couleur, la largeur et la position.
Analyse automatisée - Compare deux
courbes grâce à l’utilisation d’un algorithme
qui analyse les variations d’amplitude et les
déviations de fréquence, ce qui permet de
visualiser si la différence est importante, évi-
dente ou faible.
Onglets de sélection rapide - Modifier
rapidement la présentation selon les dif-
férents outils de perspective et d’analyse.
Zoom dynamique - Zoom avant pour
focaliser sur une partie de la courbe.
Bouton de graphique rapide - Réglage de
graphique programmable permet de modifier
les vues graphiques rapidement et facilement.
Bouton d’opération - Toutes les fonctions
essentielles à la portée des doigts; vous pou-
vez les sélectionner avec la souris, les touches
de fonction ou au moyen de l’écran tactile.

Eléments à considérer lors de la mise en oeuvre de
la méthode SFRA
La comparaison des mesures SFRA effectuées à d’autres
mesures prises auparavant ou entre objet de test différents
permet d’obtenir un résultat de test fiable et d’éliminer
l’influence de paramètres extérieurs comme les câbles, les
connexions ou l’appareil de mesure lui-même. L’analyseur
FRAX offre tous les outils nécessaires pour que la courbe
mesurée représente la condition interne réelle du transfor-
mateur.
Qualité des raccordements
De mauvaises connexions peu-
vent compromettre le résultat
des tests. Voilà pourquoi
l’analyseur FRAX est équipé
d’une pince de serrage robuste
qui permet une bonne connex-
ion aux traversées et une solide
connexion à l’instrument de
mesure.
Longueur de la tresse
La mise à la terre de l’écran du câble doit toujours être
identique pour chaque mesure prise sur un transformateur
donné. Un mauvais positionnement de la tresse de terre nuit
à la répétabilité des mesures. Ceci provoque des variations
non désirées dans la réponse aux hautes fréquences, ce qui
rend l’analyse délicate.
La tresse de l’analyseur FRAX descend de la bride de raccor-
dement à la jupe isolante jusqu’à la base de la traversée. Ceci
permet de créer des conditions quasi-identiques chaque fois
que vous vous connecter à une traversée, qu’elle que soit sa
longueur.
La puissance du sans fil
L’analyseur FRAX 101 utilise une communication sans fil
Bluetooth - Classe 1. La Bluetooth - Classe 1 dispose d’une
portée de 100m et a été développé pour des applications
industrielles.
FRAX 101
Analyseur de réponse de la fréquence de balayage
Une batterie interne en option permet également une flexi-
bilité sans fil complète. Des câbles plus courts et plus légers
permettent à l’utilisateur de ne pas s’encombrer d’une com-
munication par câble et du bloc d’alimentation.
Une interface USB standard (isolant galvanisé) est incluse pour
les utilisateurs qui préfèrent être reliés directement à leur PC.
Importation et exportation
Le logiciel de l’analyseur FRAX offre la possibilité d’importer
des fichiers de données d’autres appareils FRA, ce qui permet
de comprarer les données obtenues d’un autre appareil FRA.
L’analyseur FRAX permet d’importer et d’exporter des don-
nées conformément au format standard international XFRA,
ainsi que des formats CSV et TXT.
Réglage de balayage optimisé
Le logiciel offre à l’utilisateur une fonction inégalée qui per-
met d’effectuer des tests de manière rapide et efficace. Les
systèmes SFRA classiques utilisent un espace algorithmique de
points de mesure. Ceci permet d’obtenir autant de points de
test entre 20Hz et 200Hz qu’entre 200kHz et 2MHz, sur une
période de temps relativement longue.
La réponse de la fréquence de balayage obtenue du transfor-
mateur comprend quelques résonances dans la gamme des
basses fréquences et un grand nombre de résonances aux
hautes fréquences. L’analyseur FRAX permet à l’utilisateur
de spécifier un nombre moins élevé de points de mesure
aux basse fréquences et une densité de points plus élevés
aux hautes fréquences. Cette technique garantie un balayage
beaucoup plus rapide et une analyse plus détaillée aux points
critiques.
Tension variable
La tension de test appliqué peut modifier la réponse aux
basses fréquences. Certains analyseurs SFRA n’utilisent pas la
tension crête - crête de 10V, ce qui complique les comparai-
sons entre les différents tests. Le FRAX dispose d’une tension
standard de 10V crête à crête, mais l’analyseur FRAX permet
aussi à l’utilisateur de régler la tension appliquée afin qu’elle
corresponde à la tension désirée dans un test différent.
Le Megger FTB 101
Un grand nombre de guides internationaux sur l’analyse FRA
recommandent de vérifier l’intégrité des câbles et des instru-
ments de mesure avant et après un test sur un circuit d’essai.
Cette vérification s’effectue en partant d’une fréquence connue,
fournie par le frabricant de l’appareil. La fourniture d’un appareil
d’essai automatique
FTB 101 comme
accessoire standard
permet à l’utilisateur
d’effectuer cette vali-
dation sur le terrain,
en tout moment, et
de vérifier la qualité
de mesure.
FTB 101 Field Test Box
La presse en C garantit de bonnes con-
nexions.
Le portable fonctionne à partir d’un écran tactile, et la communication s’effectue au moyen d’une
connexion sans fil Bluetooth. Les tresses de terre pour les mesures se connectent tout près de la bride
de connexion et vont de la traversée à la bride de raccordement pour éviter les boucles de câble qui
peuvent modifier les mesures.

FRAX 101
Analyseur de réponse de la fréquence de balayage
Gamme dynamique
Une prise de mesure précise, sur une large gamme de
fréquence, avec une dynamique élevée engendre des con-
traintes sur les appareils, les fils et les circuits d’essai.
Grâce à sa capacité de filtrage des interférences de sa large
gamme de dynamique (la plus élevée du marché), l’analyseur
FRAX101 répond, par conception, aux exigences les plus
sévères. Sur la figure suivante, la courbe rouge indique le
bruit de font (CEM) supportée par l’analyseur ce qui corre-
spond à la gamme de dynamique du FRAX101.
Une marge de bruit de quelques 20dB entre la réponse la
plus basse et le bruit de fond CEM d’un appareil doit être
maintenue pour obtenir une précision de ± 1dB.
FONCTIONS ET AVANTAGES
n Analyseur le plus petit et le plus robuste sur le marché
n Répétabilité garantie grâce à l’utilisation d’une technolo-
gie de câblage supérieure, permettant d’éviter les erreures
dues à la connexion et au positionnement du câble ( une
erreur courante chez d’autres fabricants d’analyseur FRA)
n Satisfait aux normes internationales quant aux mesures ef-
fectuées avec un analyseur SFRA
n Gamme dynamique la plus élevée et précise de l’industrie,
permettant de détecter la plus petite modification élec-
tromécanique à l’intérieur du transformateur
n Communication sans fil permettant un fonctionnement
facile sans l’encombrement de câble pour se raccorder au
PC
n Possibilité d’alimentation par batterie sans nécessité de se
raccorder sur le secteur
n Analyse et outil logiciel évolués permettant une prise de
décision judicieuse quant à la nécessité d’effectuer une
analyse plus poussée de l’état du transformateur
FICHE TECHNIQUE
Généralités
Méthode de l’analyseur FRA:
Gamme de fréquences:
Nombre de points:
Temps de mesure:
Espacement des points:
Gamme dynamique et bruit de
fond CME:
Précision:
Largeur de bande F.I. et temps
d’intégration:
Logiciel:
Communication PC:
Intervalle d’étalonnage:
Sortie analogique
Voies:
Tension accordée à:
Tension mesurée à 50 W:
Impédance de sortie:
Protection:
Entrée analogique
Voies:
Etalonnage:
Impédance d’entrée:
Cadence d’échantillonnage:
Physique
Poids de l’appareil:
Poids du boîtier et des accessoires:
Dimensions:
Dimensions avec le boîtier:
Tension d’entrée:
Environnement
Température d’exploitation ambi-
ente:
Humidité relative d’exploitation:
Température de stockage ambi-
ente:
Humidité relative de stockage:
Normes CE:
Fréquence de balayage (SFRA)
0,1Hz - 25MHz, sélectionnable par
l’utilisateur
Par défaut 1046, sélectionnable par
l’utilisateur jusqu’à 32000
Par défaut 64s, réglage rapide, 37s
(20Hz - 2MHz)
Log, linéaire ou les deux
>130dB
± 0,3dB et en deçà de -105dB
(10Hz - 10MHz)
Sélectionnable par l’utilisateur
(10% par défaut)
FRAX pour Windows 2000, XP
et Vista
Bluetooth et USB (isolant gal-
vanisé)
Max 3 ans
1
0,2 - 20V crête à crête
0,1 - 10V crête à crête
50 W
Court-circuit protégé
2
Simultanément
50 W
éch/s
1,4kg/3,1lb
5kg/33lb
250 x 169 x 52mm
9,84 x 6,65 x 2,05po
520 x 460 x 220mm
20,5 x 18,1 x 8,7po
11 - 16V cc ou 90 - 135V ca et
170 - 264V ca, 47-63Hz
-20°C to + 50°C / -4°F to +122°F
<90% sans condensation
-20°C to + 70°C / -4°F to +158°F
<90% sans condensation
IEC61010 (LVD) EN61326 (EMC)
Un exemple de limite dynamique de l’analyseur FRAX 101 (en rouge) et une mesure de transforma-
teur (en noir).
Normes et guides
Conforme aux normes du Cigré Brochure 342, 2008 évaluation de
l’état mécanique des enroulements de transformateurs au moyen de
l’analyse de la réponse en fréquence (FRA) et de la norme chinoise
DL/T 911-2004, sur l’analyse de la réponse en fréquence sur la défor-
mation des enroulements des transformateurs de puissance, ainsi que
d’autres normes et recommendations internationales.