Rupture de cuve de transformateur et arcs internes
Le scénario d’incendie le plus grave commence par un arc à l’intérieur de la cuve. Comment il se développe, comment l’éviter – et ce qu’un fluide ester change.
Mis à jour le 12 novembre 2026 · Publié par IsoTec
Comment une cuve se rompt
Lorsque l’isolation cède, un arc se forme dans le liquide. Son énergie vaporise et décompose le liquide en gaz en quelques millisecondes. Comme le liquide est presque incompressible, une onde de pression parcourt la cuve et sollicite les parois, les couvercles et les tourelles des traversées. Si l’énergie de l’arc est suffisante – fort courant de défaut, élimination lente –, la partie la plus faible cède et le liquide s’échappe, souvent pulvérisé.
Les grandeurs déterminantes sont l’énergie de l’arc, la pression hydraulique qui en résulte et la résistance de la cuve à la pression.
À quelle fréquence et où
Selon l’animateur du groupe de travail CIGRE sur la sécurité incendie des transformateurs, les ruptures de cuve sont rares en dessous de 245 kV et surviennent surtout au-delà de 300 kV, généralement après un défaut d’isolation vers la cuve ou dans une tourelle de traversée, et non à la suite de défauts internes à l’enroulement.
Mesures selon l’IEEE C57.156
L’IEEE C57.156 décrit des mesures pour réduire le risque de rupture de cuve dû aux défauts internes dans quatre domaines :
- Conception du réseau : limiter le courant de défaut et l’éliminer rapidement – l’énergie de l’arc croît avec le courant et la durée.
- Conception du produit : résistance de la cuve, structures souples ou renforcées, conception des tourelles et des couvercles.
- Dispositifs de surveillance et de signalisation : relais de surpression soudaine, relais Buchholz, dispositifs de décompression, analyse des gaz dissous.
- Choix du fluide isolant.
Critères pour les transformateurs FM Approved
La FM Approvals Class 3990 fixe des critères concrets pour les transformateurs utilisant des fluides moins inflammables certifiés :
| Élément | Exigence |
|---|---|
| Cuve | Au moins 7 psi (48 kPa) sans déformation permanente ; 15 psi (rectangulaire) ou 20 psi (cylindrique) sans rupture |
| Dispositif de décompression | Pression nominale d’ouverture 10 psi (69 kPa), débit minimal selon la puissance |
| Défauts à faible courant | Fusibles admis jusqu’à 2 500 kVA ; au-delà, contacts d’alarme et relais de surpression soudaine ou équivalents |
| Défauts à fort courant | Énergie limitée, notamment par des fusibles limiteurs de courant (limites de I²t) |
| Fluide | Certifié Class 6933, point de feu d’au moins 300 °C |
Ce que le fluide change – et ce qu’il ne change pas
Le fluide n’empêche ni l’arc, ni la formation de gaz, ni l’onde de pression. Il change ce qui arrive au liquide rejeté. Un brouillard fin peut s’enflammer tant que l’arc brûle, même avec des liquides dont le point d’éclair dépasse 300 °C. Une fois l’arc éliminé, il est beaucoup moins probable qu’un liquide de classe K continue de brûler : dans des essais publiés, un brouillard d’ester synthétique s’est éteint en 7 secondes au plus après le retrait de la flamme, tandis qu’un brouillard d’huile minérale a continué de brûler jusqu’à 49 secondes. Une protection rapide et une cuve qui résiste sont la première ligne de défense ; le fluide, la seconde.
Liste de contrôle pour la spécification
- Courant de défaut maximal et temps d’élimination de la protection au transformateur
- Résistance de la cuve à la pression et conception résistante à la rupture
- Dispositif de décompression avec contact d’alarme ; relais de surpression soudaine
- Tourelles de traversées dimensionnées pour la pression d’un défaut interne ; traversées sèches
- Fluide de classe K dans la cuve principale et dans le changeur de prises
- Rétention et lit de galets coupe-flammes pour le liquide rejeté
- Surveillance en ligne : analyse des gaz dissous, surveillance des traversées
Questions fréquentes
Pourquoi les cuves de transformateurs se rompent-elles ?
Un arc interne décompose le liquide en gaz en quelques millisecondes. L’onde de pression peut dépasser la résistance de la cuve, d’un couvercle ou d’une tourelle de traversée si l’énergie de l’arc est suffisante.
Un ester empêche-t-il la rupture de la cuve ?
Non. Le fluide n’empêche ni l’arc ni la montée en pression. Il réduit la probabilité que le liquide rejeté continue de brûler une fois l’arc éliminé.
Quelle norme traite de la rupture de cuve ?
L’IEEE C57.156 est le guide pour atténuer le risque de rupture de cuve des transformateurs et des réactances immergés. La FM Approvals Class 3990 fixe des critères de cuve et de décompression pour les transformateurs FM Approved.
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Sources et lectures complémentaires
- IEEE C57.156-2016: Guide for Tank Rupture Mitigation of Liquid-Immersed Power Transformers and Reactors
- FM Approvals Class 3990: Examination Standard for Liquid-Insulated Transformers (2022)
- Petersen, A.: Risk Equals Probability Times Consequences – T&D World (2014)
- HSE Research Report RR980: Generation of flammable mists from high flashpoint fluids (2013)
- Reid, J.: The Use of Ester based Transformer Liquids for Reduced Fire Risk and Lower Costs – IChemE Hazards 31 (2021)
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