L'Importance de l'Exactitude, de la Précision et de la Prévisibilité dans l'Analyse des Gaz Dissous
Auteurs :
Kate Vacca – Chef de Produit, Analyseurs de Gaz Dissous
Mark Gross – Directeur Régional NAM, Expert en Analyse des Gaz Dissous
Dans les programmes modernes de surveillance des transformateurs, la valeur de l'analyse des gaz dissous (DGA) repose sur une exigence fondamentale : l'exactitude. Les méthodes de diagnostic et le suivi des tendances s'appuient sur des mesures de gaz précises et reproductibles pour distinguer le comportement opérationnel normal des modes de défaillance potentiels associés à des contraintes électriques ou thermiques en développement. Lorsque les mesures manquent de précision, la fiabilité diagnostique est considérablement réduite et la prise de décision devient plus difficile.
La DGA n'est pas simplement une analyse "multigaz" ; il s'agit d'un ensemble complet de mesures individuelles de gaz clés et uniques qui doivent être cohérentes. Ces données sont utilisées comme références indépendantes et dans des ratios les unes par rapport aux autres, de sorte que la certitude de mesure est essentielle. Pour de nombreuses applications, la DGA implique huit gaz associés à des modes de défaillance spécifiques plus l'azote, et ces valeurs doivent être produites par une chaîne de mesure unique et cohérente pour assurer la corrélation et l'intégrité globale de la mesure. La combinaison de plusieurs technologies de mesure peut compliquer l'interprétation des résultats.
C'est pourquoi l'exactitude reste un critère essentiel pour toutes les technologies DGA, et c'est la raison pour laquelle la chromatographie en phase gazeuse (GC) est largement reconnue comme la Méthode de Référence pour la mesure des gaz dissous. Cela s'explique par le fait qu'elle sépare physiquement chaque gaz avant la mesure sur la base de principes fondamentaux, puis utilise des technologies de détection stables et éprouvées. Cette séparation réduit les interférences croisées et fournit des valeurs de concentration précises, essentielles pour un diagnostic fiable. Pour cette raison, la GC est l'approche de mesure référencée aux côtés de la DGA de laboratoire dans les guides sectoriels les plus utilisés (CIGRE, IEEE, IECi), et c'est la seule méthode utilisée en laboratoire pour l'analyse des gaz dissous.
La précision est importante non seulement pour les gaz primaires associés aux modes de défaillance, mais aussi pour l'oxygène et l'hydrogène. L'hydrogène est un gaz indicateur clé, apparaissant dès les premiers signes d'activité électrique ou thermique anormale et, bien qu'il ne soit pas utilisé dans les ratios ou les triangles, c'est un indicateur précoce important largement utilisé dans la surveillance de l'état des actifs. L'oxygène (et l'azote) fournit également des informations importantes sur l'intégrité des joints et les entrées d'air. Bien qu'ils ne soient pas des indicateurs directs des modes de défaillance, si l'oxygène et l'azote ne sont pas correctement pris en compte, ils peuvent influencer l'interprétation diagnostique et introduire des incertitudes.
C'est là que les différences technologiques commencent à avoir de l'importance. Les approches infrarouges et apparentées à l'IR utilisées dans la DGA en ligne, incluant les familles PAS, NDIR et FTIR, mesurent les gaz par absorption optique plutôt que par séparation physique. Dans toutes les architectures basées sur l'IR, seul un sous-ensemble de gaz associés aux modes de défaillance peut être mesuré car les molécules diatomiques n'absorbent pas l'énergie infrarouge. Par conséquent, l'hydrogène, l'oxygène et l'azote ne peuvent être traités qu'avec des technologies de capteurs séparées, telles que des capteurs à l'état solide ou électrochimiques.
Les systèmes qui s'appuient sur des filtres optiques fixes ou des bandes d'absorption larges sont également plus susceptibles aux interférences croisées d'autres gaz et composés présents dans l'huile, en particulier lorsque des gaz de fond qui absorbent l'énergie infrarouge sont présents à des concentrations élevéesii. Il n'est pas possible d'anticiper ces composés interférents sans tests d'huile préalables et continus.
Contrairement à la GC, toutes les approches infrarouges mesurent des caractéristiques d'absorption qui se chevauchent plutôt que d'isoler chaque gaz indépendamment. Par conséquent, les systèmes basés sur l'IR s'appuient davantage sur des algorithmes de compensation, de multiples chemins d'étalonnage et des hypothèses sur les conditions de fond. Cela rend la validation rigoureuse et l'assurance d'exactitude particulièrement importantes lorsque les technologies IR sont appliquées dans des contextes où une identification et une différenciation précises des modes de défaillance sont requises.
En revanche, la GC est la seule technologie DGA dans laquelle tous les gaz associés aux modes de défaillance, ainsi que l'hydrogène et l'oxygène, sont obtenus par un cadre unique de séparation chromatographique et de détection. L'azote est déterminé séparément comme une valeur calculée basée sur la composition de gaz mesurée combinée au sein du même système de mesure cohérent. La mesure de l'ensemble complet de gaz au sein d'un système de mesure cohérent favorise la corrélation, la cohérence et l'exactitude de tous les gaz utilisés dans le diagnostic DGA.
Dans de nombreuses discussions sur la DGA en ligne, les performances sont parfois décrites en termes de tendances plutôt qu'en termes d'exactitude. Cela s'explique souvent par le fait que les changements relatifs dans le temps peuvent sembler utiles même lorsque l'exactitude absolue des mesures est incertaine. Cependant, le suivi des tendances seul ne confirme pas que les concentrations de gaz rapportées sont proches de leurs valeurs réelles. Sans exactitude validée, un mouvement cohérent des données peut refléter un biais de capteur, des décalages ou des interférences croisées plutôt que des changements réels à l'intérieur du transformateur.
Les normes industrielles et la pratique de laboratoire font une distinction claire à ce sujet. L'exactitude, telle que définie dans ISO 5725-1iii, fait référence à la proximité avec la valeur vraie et comprend à la fois la justesse et la précision. La justesse ne peut être établie que par comparaison avec une Méthode de Référence acceptée. Pour l'analyse des gaz dissous, les essais en laboratoire utilisent la chromatographie en phase gazeuse comme Méthode de Référence, explicitement référencée dans les guides IEC, IEEE et CIGRE et qui reste la base du diagnostic DGA dans le monde entier. Par conséquent, la validation de l'exactitude de la DGA en ligne nécessite en fin de compte une corrélation avec les résultats de GC en laboratoire.
Le suivi des tendances peut fournir une indication directionnelle, mais seule l'exactitude validée garantit que les seuils de diagnostic, l'identification des modes de défaillance et les décisions de maintenance sont basés sur des mesures fiables et non sur des mouvements relatifs seuls. Si les décalages et la dérive sont inacceptables pour d'autres instruments de surveillance tels que la température, le courant ou le facteur de puissance, il est raisonnable d'appliquer la même exigence pour des mesures de gaz dissous calibrées et cohérentes.
Le but de la DGA est fondamentalement d'identifier les modes de défaillance tôt, c'est pourquoi l'exactitude est si importante. Sans une exactitude suffisante, les résultats peuvent se déplacer dans les outils de diagnostic tels que les Triangles et Pentagones de Duval, ce qui peut modifier la classification du mode de défaillance rapportée. Cela est devenu encore plus critique avec les dernières améliorations du Dr Duval, dans lesquelles les zones associées à certains modes de défaillance ont été subdivisées en sous-zones. Cela a réduit la superficie globale associée à chaque mode de défaillance et a rendu l'exactitude encore plus importante pour éviter une interprétation incorrecte. Par exemple, la carbonisation a été divisée en régions C1, C2 et C3.
De plus, tous les systèmes DGA nécessitent un entretien pour maintenir l'intégrité des mesures, qu'il s'agisse d'un gaz porteur, d'un système d'étalonnage, d'un ventilateur mécanique, de filtres lumineux ou de pièces de capteurs. La distinction clé n'est pas de savoir si la maintenance existe, mais comment elle est gérée. Lorsque la maintenance est basée sur l'état et réalisée par des programmes de service structurés, elle devient prévisible et transparente plutôt que réactive. La prévisibilité permet aux entreprises de services publics de planifier les activités de maintenance en toute confiance, d'éviter les interventions inutiles et de garantir une qualité de mesure cohérente. Comme pour tous les systèmes précis, la maintenance et l'étalonnage sont attendus, mais les meilleurs systèmes offrent une visibilité anticipée pour éviter des décisions et des mobilisations réactives et coûteuses.
En pratique, l'exactitude et la maintenance prévisible ne sont pas des compromis. Ce sont des éléments essentiels d'un diagnostic fiable des transformateurs et d'une confiance durable dans les actifs. Pris ensemble, c'est la raison pour laquelle la GC a été et continue d'être la référence standard pour la mesure des gaz dissous, aussi bien sur le terrain qu'en laboratoire.
i Quelques exemples : CIGRE Technical Brochure 783, XXVIII SNPTEE Technical Paper, IEEE Std C57.104, IEC 60567
ii Les techniques DGA basées sur l'infrarouge reposent sur des caractéristiques d'absorption qui se chevauchent et sont intrinsèquement susceptibles aux interférences croisées provenant de gaz de fond et de composés présents dans l'huile, dont la présence et la concentration dépendent de la chimie et du vieillissement de l'huile du transformateur. See Dai et al., Frontiers in Physics (2025); Tang et al., Energies (2018); Valaskivi, Aalto University (2025).
iii ISO 5725-1:2023, Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results — Part 1: General principles and definitions. [iso.org]
