Le soufre élémentaire dans les esters synthétiques : que dit science ?

Les esters synthétiques sont utilisés depuis de nombreuses années comme fluides isolants dans les transformateurs. Cependant, ces fluides peuvent également être affectés par une substance qui, jusqu’à présent, était principalement associée aux huiles isolantes minérales : le soufre élémentaire. Même à de faibles concentrations, celui-ci peut, dans certaines conditions, réagir avec les composants métalliques à l’intérieur du transformateur et affecter en particulier les contacts argentés. Mais comment le soufre élémentaire se retrouve-t-il dans les esters synthétiques ? En quoi son comportement diffère-t-il de celui observé dans l’huile minérale ? Comment peut-on le détecter et l’éliminer ? Et comment les résultats des recherches actuelles sont-ils intégrés dans les normes internationales et les méthodes d’essai ?

Nous abordons ces questions avec le Dr Jelena Lukić, de l’Institut Nikola Tesla d’ingénierie électrique de Belgrade. Elle possède de nombreuses années d’expérience dans le domaine des fluides isolants, du soufre corrosif et du diagnostic des transformateurs de puissance. Elle a présidé deux groupes de travail internationaux du CIGRE – l’un consacré à la corrosion du cuivre et un autre, toujours en activité, axé sur la corrosion de l’argent – et participe activement aux travaux de normalisation internationale dans ce domaine.

Dans cet entretien, elle explique ce que la recherche nous apprend actuellement sur le soufre élémentaire présent dans les esters synthétiques, comment ces résultats ont contribué au développement de la technologie brevetée^TeslaSorb®, et ce qu’ils impliquent pour les applications pratiques et la normalisation internationale.

Dr Lukić, le soufre élémentaire fait l’objet de discussions depuis un certain temps déjà en ce qui concerne les huiles minérales pour transformateurs. Quand les recherches ont-elles commencé à montrer qu’il pouvait également poser problème dans les esters synthétiques ?

Il y a plusieurs années, nous avons réalisé les premiers essais sur des échantillons d’esters liquides, puis des recherches approfondies ont été menées par la suite.

Que savons-nous aujourd’hui sur la manière dont le soufre élémentaire se retrouve dans les esters synthétiques – et pourquoi même de très faibles concentrations peuvent-elles poser problème ?

Certaines des causes profondes sont connues, elles proviennent du liquide lui-même, mais la vision globale de toutes les voies de contamination et des facteurs déclenchant la corrosion de l’argent n’est pas encore établie et fait actuellement l’objet d’une étude au sein du groupe de travail conjoint CIGRE JWG D1/A2 84 : « Corrosion de l’argent dans les transformateurs de puissance », que je préside.

De faibles concentrations peuvent s’avérer problématiques en raison du rapport volume/masse élevé entre le liquide isolant et la surface de contact en argent affectée dans les transformateurs de puissance, ce qui fournit suffisamment de soufre élémentaire, même à de faibles concentrations, pour entraîner le dépôt de sulfure d’argent sur une petite surface plaquée argent affectée.

Vos recherches portent plus particulièrement sur la réaction entre le soufre élémentaire et l’argent. Que se passe-t-il lors de cette réaction à l’intérieur d’un transformateur, et pourquoi les contacts plaqués argent sont-ils particulièrement concernés ?

Je vais essayer de répondre de manière concise et simple. Les contacts plaqués argent sont plus exposés que les conducteurs en cuivre, car l’argent est directement exposé à une réaction plus rapide et directe avec le soufre élémentaire ; les risques de défaillance des transformateurs de puissance sont plus élevés en raison de la nature du fonctionnement dynamique des commutateurs de tension en ligne (OLTC) et du détachement de particules de sulfure d’argent résultant du glissement des contacts dans des conditions normales d’exploitation.

Cela suscite un vif intérêt de la part des équipementiers et des propriétaires de transformateurs de puissance, qui souhaitent mener des évaluations des risques et s’engager dans des activités de maintenance prioritaires, ainsi que dans la mise en œuvre de solutions d’atténuation efficaces et de mesures correctives.

L’Institut Nikola Tesla est en mesure de proposer une approche globale pour résoudre ce problème émergent dans les réseaux électriques, allant des essais et de l’évaluation des risques aux mesures d’atténuation et aux actions correctives.

Vous avez comparé la réaction du soufre élémentaire avec l'argent dans des esters synthétiques et de l'huile minérale. Quelles ont été les principales conclusions de ces études ?

Les conclusions les plus importantes concernaient la vitesse de réaction plus élevée menant à la formation de sulfure d'argent dans les esters synthétiques liquides par rapport aux huiles minérales.

Cela signifie-t-il que les esters synthétiques sont généralement plus sensibles aux problèmes causés par le soufre élémentaire que les huiles minérales – ou serait-ce une conclusion trop générale ?

On peut affirmer cela si l'on compare les mêmes composés à la même concentration, mais pas de manière générale, car le problème de la corrosion par le soufre (tant de l'argent que du cuivre) dans les huiles minérales reste malheureusement très présent, mais qu’il implique généralement la présence de soufre élémentaire et d’autres espèces telles que le DBDS à des concentrations bien plus élevées que celles que l’on trouve dans les esters synthétiques liquides.

Comment détecter de manière fiable le soufre élémentaire présent dans les esters synthétiques ? Les méthodes d’essai établies pour le soufre corrosif sont-elles suffisantes ?

Le soufre élémentaire est difficile à quantifier dans la plage des faibles concentrations (inférieure au ppm). Les méthodes actuellement disponibles ne sont pas suffisantes. Même les normes actuelles relatives aux essais de corrosion sur bandes d’argent ne sont pas adéquates.

Une détection et une quantification fiables du soufre élémentaire peuvent être mises en œuvre grâce à un personnel hautement qualifié et à une nouvelle génération d’équipements, qui ne sont pas nécessairement très coûteux, mais l’application de ces méthodes doit être prise en charge par des spécialistes ayant suivi une formation de haut niveau.

À l’heure actuelle, la méthode ASTM D 1275-15 est celle qui offre la meilleure sensibilité parmi celles disponibles.

Les années à venir seront consacrées à l’introduction de nouvelles méthodes et directives.

Comment l’Institut Nikola Tesla a-t-il transposé ses recherches dans la technologie brevetée^TeslaSorb®, et qu’ont montré jusqu’à présent les projets pilotes et les applications pratiques concernant l’élimination du soufre élémentaire des esters synthétiques ?

Les enseignements importants tirés concernent une approche globale des essais, consistant à tester la présence de soufre corrosif dans les liquides isolants des transformateurs de puissance, quel que soit le type de liquide isolant.

Sur la base de ces essais, les travaux de R&D doivent fournir des outils de diagnostic expert et d’évaluation des risques. En outre, il est urgent de développer et de mettre en œuvre des technologies efficaces permettant de raffiner à nouveau le liquide de manière optimale afin d’atténuer les risques et de prolonger la durée de vie des transformateurs de puissance installés, ainsi que de mettre en place un système de recyclage des déchets en fin de vie de ces transformateurs.

Le laboratoire accrédité et l’équipe de R&D de l’Institut Nikola Tesla sont en mesure de mettre en œuvre une approche globale pour établir un diagnostic, réaliser une évaluation des risques et appliquer des solutions d’atténuation à long terme.

La technologie brevetée TeslaSorb a prouvé son efficacité lors de plusieurs traitements sur site d’un liquide à base d’ester synthétique corrosif, permettant d’éliminer complètement le soufre élémentaire et d’améliorer les propriétés de l’ester synthétique traité pour lui redonner une qualité équivalente à celle d’un produit neuf. Cette technologie a été validée auprès de deux équipementiers et est actuellement en cours de développement avec un autre grand fournisseur d’énergie et deux équipementiers.

La mise en œuvre et le déploiement à grande échelle de la technologie TeslaSorb sur le marché devraient s’effectuer dans le cadre d’un partenariat solide et d’une collaboration avec EOS en tant que prestataire de services.

Les premiers résultats commerciaux, qui répondent aux besoins du marché, ont débuté avec la livraison de 50 tonnes d’ester synthétique recyclé, non corrosif et d’une qualité équivalente à celle d’un liquide neuf, à un équipementier européen.

Les années à venir seront consacrées au positionnement de la technologie TeslaSorb sur le marché afin d’apporter des solutions pour le renouvellement et la prolongation de la durée de vie des transformateurs de puissance, ainsi qu’à la mise en place d’un processus de recyclage efficace pour les liquides à base d’ester et à l’introduction de normes réglementaires.

Y a-t-il actuellement des changements dans les normes internationales concernant le soufre élémentaire ? À quelles nouvelles exigences peut-on s’attendre à partir de l’année prochaine – et dans quelle mesure participez-vous personnellement à l’élaboration de ces normes ?

Les méthodes d’essai normalisées disponibles sont actuellement intégrées dans les spécifications relatives aux liquides à base d’ester synthétique neufs et non utilisés au sein du TC 10 de la CEI, tandis que le guide de maintenance des liquides isolants à base d’ester synthétique en service est en attente de révision afin de traiter ce problème émergent.

Cette révision devrait s’appuyer sur les résultats et les conclusions du groupe de travail conjoint CIGRE JWG D1/A2 84, qui travaille actuellement à la révision des méthodes d’essai de corrosion de l’argent afin de les rendre plus sensibles et de mieux refléter les conditions réelles dans les transformateurs de puissance.

Merci beaucoup, Dr Lukić, d’avoir partagé votre expertise et ces précieuses informations issues de vos recherches !

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