Un transformateur électrique transfère de l'énergie en courant alternatif entre des circuits par induction électromagnétique. Il peut élever ou abaisser la tension, assurer l'isolement, créer un neutre et adapter des équipements à un réseau électrique. Ce guide explique le fonctionnement des transformateurs et compare les conceptions de puissance, de distribution, monophasées, triphasées, à bain d'huile, sèches, d'isolement, abaisseur-élévateur, sur poteau et sur socle.
Comment fonctionne un transformateur électrique
Le courant alternatif dans l'enroulement primaire crée un flux magnétique variable dans le noyau. Ce flux induit une tension dans l'enroulement secondaire. Le rapport des tensions est approximativement égal au rapport des spires :
V₂/V₁ = N₂/N₁
Pour une puissance apparente presque constante, le courant varie inversement par rapport à la tension. Un transformateur élévateur élève la tension et réduit le courant ; un transformateur abaisseur abaisse la tension et augmente le courant, hors pertes.
Transformateur de puissance vs transformateur de distribution
Les transformateurs de puissance transfèrent l'énergie en vrac dans les sous-stations et sont optimisés en fonction de la charge du système, des pertes, de la régulation et de la fiabilité. Les transformateurs de distribution alimentent les réseaux finaux et passent de longues périodes sous tension, ce qui rend les pertes à vide importantes. La distinction est fonctionnelle plutôt que de reposer sur une limite kVA universelle.
Tableau de comparaison rapide et de sélection
Utilisez ce tableau comme un récapitulatif rapide des principales décisions d'ingénierie et d'approvisionnement expliquées dans l'article.
| Zone de décision | Sens pratique | Que vérifier |
|---|---|---|
| Comment fonctionne un transformateur électrique | Le courant alternatif dans l'enroulement primaire crée un flux magnétique variable dans le noyau. | Ce flux induit une tension dans l'enroulement secondaire. |
| Transformateur de puissance vs transformateur de distribution | Les transformateurs de puissance transfèrent de l'énergie en grande quantité dans les sous-stations et sont optimisés en fonction de la charge du système, des pertes, de la régulation et de la fiabilité. | Les transformateurs de distribution alimentent les réseaux finaux et passent de longues périodes sous tension, ce qui rend les pertes à vide importantes. |
| Monophasé contre triphasé | Les transformateurs monophasés alimentent les charges résidentielles, de commande et de plus petits commerces. | Les transformateurs triphasés alimentent les réseaux industriels et de distribution et peuvent utiliser un noyau à trois branches ou un banc de trois unités monophasées. |
| Transformateurs immergés dans l'huile | Le liquide isolant assure une rigidité diélectrique et transfère la chaleur vers la cuve et les radiateurs. | L'huile minérale est courante ; des solutions alternatives à point d'éclair plus élevé peuvent être choisies pour des risques spécifiques. |
| Transformateurs secs | Les transformateurs secs utilisent de l'air et une isolation solide, comprenant des constructions en résine coulée ou ventilées. | Ils évitent les grands volumes de liquide inflammable et conviennent à de nombreux emplacements intérieurs. |
Monophasé contre triphasé
Les transformateurs monophasés alimentent les charges résidentielles, de commande et les petites charges commerciales. Les transformateurs triphasés alimentent les réseaux industriels et de distribution, et peuvent utiliser un noyau à trois colonnes ou un groupe de trois unités monophasées. Le couplage et le groupe de couplage triphasés influencent le neutre, la mise à la terre et le déphasage.
Transformateurs immergés dans l'huile
Le liquide isolant assure la rigidité diélectrique et transfère la chaleur vers la cuve et les radiateurs. L'huile minérale est courante ; des solutions alternatives à point d'éclair plus élevé peuvent être choisies pour des risques spécifiques. Des systèmes à conservateur ou à cuve étanche gèrent la dilatation. L'analyse d'huile permet de suivre l'humidité, l'acidité, la rigidité diélectrique et les gaz dissous.
Transformateurs secs
Les transformateurs secs utilisent une isolation à l'air et solide, comprenant des constructions en résine coulée ou ventilées. Ils évitent les grands volumes de liquide inflammable et conviennent à de nombreux emplacements intérieurs. La ventilation de la pièce, la poussière, l'humidité, le bruit et les exigences en matière d'incendie nécessitent toujours une attention particulière lors de la conception.
Transformateur d'isolement
Un transformateur d'isolement possède normalement des enroulements primaire et secondaire séparés et peut avoir un rapport de 1:1. Il assure une séparation galvanique et peut créer un système de mise à la terre séparé. Il n'élimine pas les risques électriques ; la mise à la terre secondaire et la protection restent nécessaires.
Transformateur abaisseur-élévateur
Un transformateur abaisseur-élévateur effectue un ajustement de tension modeste, tel que la correction de 208 V vers 240 V, en utilisant souvent un raccordement en autotransformateur. Les enroulements étant électriquement connectés dans le cadre d'une utilisation en autotransformateur, il n'assure pas l'isolation. La kVA de charge, la tension d'entrée, la sortie souhaitée, ainsi que la configuration des phases et du câblage déterminent la taille.
Transformateurs sur poteau
Les postes sur poteau alimentent les réseaux de distribution aérien et desservent généralement des charges résidentielles ou de petits clients commerciaux. Les services publics définissent les parafoudres, les coupe-circuits, la mise à la terre, le montage et les distances de dégagement des conducteurs. Seul le personnel qualifié des services publics doit travailler à proximité.
Transformateurs sur socle
Les transformateurs sur socle se connectent aux câbles de distribution souterrains dans une enceinte inviolable. Les interfaces à l'avant mort ou à l'avant vif, l'alimentation en boucle ou radiale, les fusibles, la mise à la terre et l'espace de travail doivent correspondre au réseau du service public.
Huile et isolation pour transformateurs
L'huile isolante doit rester sèche et propre. Le papier de cellulose assure une isolation solide des enroulements mais vieillit avec la température, l'humidité et l'oxygène. Les joints, les dessiccateurs, les systèmes de conservateur et le traitement de l'huile contrôlent la contamination. Ne jamais mélanger des fluides sans étude de compatibilité.
Protection différentielle de transformateur
Les relais différentiels comparent le courant entrant et sortant d'un transformateur après compensation du rapport et du groupe de couplage. Ils se déclenchent en cas de défauts internes tout en restant stables pour les défauts externes et les courants d'appel à l'enclenchement. La protection restreinte contre les défauts à la terre, les dispositifs de surintensité, de température, de pression et de gaz offrent une couverture supplémentaire.
Comment choisir un transformateur électrique
- Calculer les kVA diversifiés et le profil de charge.
- Définissez la tension primaire/secondaire, la phase et la fréquence.
- Choisir le couplage, le groupe vectoriel et la mise à la terre.
- Spécifier l'impédance, les prises et la régulation.
- Sélectionnez une construction liquide ou sèche et le refroidissement.
- Appliquer les exigences relatives à l'ambiance, à l'altitude, aux harmoniques et au feu.
- Vérifier les pertes, le bruit, la sévérité du défaut et la protection.
- Définition de l'enveloppe, des bornes, des accessoires et des essais.
Solutions de transformateurs LBAJI
Pour les projets à plus haute tension, consultez transformateur de puissance immergé dans l'huile de 35 kV. La distribution intégrée peut utiliser une Sous-station préfabriquée YBM-12 ou poste compact d'énergie renouvelable de 35 kV.
Transformateur idéal versus transformateur réel
Un transformateur idéal n'a pas de résistance d'enroulement, de flux de fuite, de pertes dans le fer ou de courant de magnétisation. Les unités réelles présentent des pertes par effet Joule, des pertes dans le fer, une réactance de fuite et un courant d'excitation fini, ce qui produit une régulation de tension et de la chaleur. Les données de rendement et d'impédance quantifient ces effets pratiques.
Bagues, refroidissement et pièces auxiliaires
Les traversées isolées font passer des conducteurs sous tension à travers l'enceinte mise à la terre. Le refroidissement peut être naturel ou par air/huile forcé selon la puissance nominale. Les changeurs de prises, les dispositifs de température, la protection par pression et l'indication de niveau assurent la régulation de tension et le fonctionnement en toute sécurité. Les exigences en matière d'accessoires doivent suivre le service et la criticité, et non une liste générique.
Références techniques et lectures complémentaires
Les sources indépendantes suivantes étayent les normes, la terminologie, les calculs et le contexte de sécurité abordés dans ce guide :
- norme de transformateur de puissance CEI 60076-1 — Domaine d'application, terminologie, caractéristiques assignées, symboles de raccordement, essais, sécurité et exigences générales pour les transformateurs de puissance.
- Département de l'Énergie des États-Unis : Transformateurs de distribution — Définitions officielles, exigences d'efficacité, procédures d'essai et ressources réglementaires pour les transformateurs de distribution.
- Exigences de l'OSHA relatives au transport et à la distribution d'énergie électrique — Exigences de sécurité applicables aux travaux de construction et aux interventions à proximité des équipements de transport et de distribution d'électricité.
