Introduction
Les explosions de transformateurs sont causées par une escalade rapide de pression interne suite à des défauts électriques dans des transformateurs remplis d’huile.
Elles ne résultent pas uniquement de défaillances de coordination de protection, de retard dans la détection de pannes ou d’un entretien insuffisant.
Empêcher les explosions des transformateurs est fondamentalement un problème de pression-temps :
l’escalade physique se produit en quelques millisecondes, bien avant que les systèmes électriques ou de protection incendie conventionnels ne puissent agir.
Comprendre ce mécanisme est essentiel pour identifier ce qui peut — et ne peut pas — être empêché.
Qu’est-ce qui provoque une explosion de transformateur ?
Les explosions de transformateurs proviennent généralement d’une panne électrique interne, le plus souvent une panne d’arc électrique interne à l’intérieur du réservoir du transformateur.
La séquence d’escalade est bien documentée dans la littérature internationale d’ingénierie :
- Un arc électrique interne se forme à l’intérieur du réservoir rempli d’huile
- Le pétrole environnant est instantanément vaporisé
- Une onde de pression dynamique se propage à travers le réservoir
- L’expansion rapide des gaz crée une surpression statique
- Si la pression dépasse les limites mécaniques du réservoir, une rupture structurelle survient
- Le pétrole et les gaz chauds sont expulsés, ce qui provoque un incendie ou une explosion
Cette séquence se développe en millisecondes.
L’explosion elle-même est donc une défaillance mécanique causée par une montée de pression incontrôlée, et non un phénomène électrique.
Pourquoi les systèmes de protection conventionnels ne préviennent pas les explosions
La plupart des transformateurs sont équipés de plusieurs couches de protection, notamment :
- Relais de protection électrique et disjoncteurs
- Dispositifs de décharge de pression (PRD)
- Relais à gaz et systèmes de surveillance de l’état
- Systèmes de détection et d’extinction d’incendie
Bien qu’essentiels pour la détection des défauts, l’isolement et l’atténuation post-événement, ces systèmes n’agissent pas dans les premières millisecondes de l’escalade de pression.
Les principales limitations incluent :
- Les dispositifs de décharge de pression sont conçus pour la surpression statique, et non pour les ondes de pression dynamiques
- Les protections électriques fonctionnent après la détection de pannes et la coordination des relais
- Les systèmes de protection incendie agissent après le rejet ou l’allumage d’huile
En conséquence, un écart à échelle temporelle existe entre l’initiation des défauts et la réponse à la protection.
La prévention des explosions est un problème à l’échelle temporelle, pas un problème de détection.
Cette conclusion se reflète de manière cohérente dans les publications de l’IEEE, du CIGRE et de la NFPA.
Comment prévenir les explosions de transformateurs
Prévenir les explosions de transformateurs nécessite d’agir sur le mécanisme physique lui-même, et non de réagir à ses conséquences.
La littérature d’ingénierie identifie un seul principe effectif :
Dépressurisation mécanique rapide
La prévention des explosions se fait par :
- Réaction à la première onde de pression dynamique générée par la faille interne
- Ouvrir un large chemin de décharge de pression en quelques millisecondes
- Limitation de la pression interne maximale avant que les limites structurelles ne soient dépassées
Cette approche interrompt directement la séquence d’escalade avant la rupture du réservoir.
Elle est fondamentalement différente des systèmes de protection conventionnels, car elle fonctionne lors de la montée initiale de la pression, et non après.
Ce principe est référencé et discuté dans :
- IEEE Std C57.156 – Atténuation des ruptures de réservoir
- CIGRE TB 445 – Pratiques de sécurité incendie des transformateurs
- NFPA 850 – Protection incendie pour centrales électriques et sous-stations
Prévention des explosions basée sur l’ingénierie en pratique
La dépressurisation mécanique rapide peut être réalisée via des systèmes passifs et entièrement mécaniques conçus pour fonctionner de manière autonome lors d’une panne interne.
Tels systèmes :
- Ne comptez pas sur les capteurs, l’électronique ou l’alimentation externe
- Sont actifs en continu dans toutes les conditions de fonctionnement
- Intégration avec les schémas de protection électrique existants
- Ne pas interférer avec le fonctionnement normal du transformateur
SERGI développe et met en œuvre des solutions de prévention des explosions basées sur ce principe d’ingénierie basé sur la physique, validé par des tests à grande échelle, des simulations et un fonctionnement réel dans un large éventail de types et d’environnements de transformateurs.
Portée et limites
Les systèmes de prévention des explosions ne préviennent pas les défauts électriques.
Ils sont spécifiquement conçus pour :
- Éviter la rupture du réservoir,
- Limitez l’escalade des tirs et des explosions,
- Réduire les dommages collatéraux,
- Améliorer la survie et la récupération des actifs.
Leur applicabilité dépend de :
- Conception du transformateur
- Environnement d’installation
- Conditions de fonctionnement
- Exigences réglementaires et spécifiques au site
Des évaluations techniques spécifiques au projet sont nécessaires pour déterminer l’adéquation et l’intégration.
Pourquoi la prévention des explosions est une décision de gouvernance
Les explosions de transformateurs sont des événements rares aux conséquences disproportionnées.
Au-delà des dommages aux actifs, ils peuvent entraîner :
- Coupures prolongées et perte de services critiques
- Risques pour la sécurité du personnel et du public
- Dommages environnementaux
- Impact réglementaire et réputationnel
- Responsabilité au niveau exécutif et des conseils d’administration
Parce que le mécanisme d’escalade est connu et évitable, la prévention des explosions est de plus en plus perçue comme une décision qui peut — et doit — être prise avant qu’un événement ne se produise.
Références
- IEEE Std C57.156 – Guide pour l’atténuation de la rupture de cuve des transformateurs de puissance immergés en liquide
- CIGRE TB 445 – Pratiques de sécurité incendie des transformateurs
- NFPA 850 – Pratique recommandée pour la protection incendie des centrales électriques et des postes électriques
- CIGRE A2.37 – Enquête sur la fiabilité des transformateurs
