Le noyau de transformateur crée un chemin à faible réluctance pour le flux magnétique alternatif, tandis que les enroulements transfèrent l'énergie entre les niveaux de tension. Un transformateur de puissance complet nécessite également une isolation, une cuve, un refroidissement par huile ou par air, des traversées, un changeur de prises, ainsi que des systèmes de surveillance et de protection. Ce guide explique les principaux composants du transformateur, leurs fonctions et les modes de défaillance qu'ils sont conçus pour maîtriser.
Noyau de transformateur
Le noyau transporte un flux magnétique alternatif reliant les enroulements primaire et secondaire. Les transformateurs de puissance utilisent couramment des tôles magnétiques à grains orientés dotées d'une perméabilité élevée et de pertes spécifiques faibles. De fines feuilles sont revêtues d'une isolation et empilées pour réduire la circulation des courants de Foucault.
Les joints de noyau sont souvent des agencements à recouvrement étagé qui réduisent la concentration de flux local, le bruit et les pertes. Les colonnes portent les enroulements et les culasses ferment le circuit magnétique. Les brides assurent la stabilité mécanique mais nécessitent une isolation et une mise à la terre minutieuses pour éviter les courants de circulation.
Pertes dans le fer et bruit
Les pertes à vide comprennent les pertes par hystérésis et par courants de Foucault et existent chaque fois que la tension assignée est appliquée. Elles dépendent du matériau, de l'induction magnétique, de la fréquence, des joints et des contraintes de fabrication. La magnétostriction fait vibrer le noyau et contribue au bourdonnement du transformateur. Un serrage correct et une conception à faible induction aident à maîtriser le bruit.
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 |
|---|---|---|
| Noyau de transformateur | Le noyau est traversé par un flux magnétique alternatif qui relie les enroulements primaire et secondaire. | Les transformateurs de puissance utilisent couramment des tôles magnétiques à grains orientés dotées d'une haute perméabilité et de faibles pertes spécifiques. |
| Pertes dans le fer et bruit | Les pertes à vide comprennent les pertes par hystérésis et par courants de Foucault et existent chaque fois que la tension assignée est appliquée. | Cela dépend du matériau, de la densité de flux, de la fréquence, des joints et de la contrainte de fabrication. |
| Enroulements de transformateur | Les enroulements utilisent des conducteurs en cuivre ou en aluminium disposés en couches, en disques, en hélices ou en feuilles selon la tension, le courant et la tenue aux courts-circuits. | L'enroulement à basse tension est souvent placé plus près du noyau pour simplifier l'isolation, l'enroulement à haute tension se trouvant à l'extérieur, bien que les besoins de conception puissent varier. |
| Système d'isolation | Les transformateurs remplis de liquide utilisent du papier/carton pressé de cellulose avec un liquide isolant. | Les transformateurs secs utilisent de la résine, du vernis, une isolation solide et de l'air. |
| Cuve de transformateur et huile | La cuve contient la partie active et le liquide isolant, assure une protection mécanique et sert de surface de transfert thermique. | Il doit résister au vide, à la pression interne, aux charges de transport et aux forces sismiques spécifiées. |
Enroulements de transformateur
Les enroulements utilisent des conducteurs en cuivre ou en aluminium disposés en couches, en disques, en hélice ou en feuille selon la tension, le courant et les contraintes de court-circuit. L'enroulement à basse tension est souvent placé plus près du noyau pour simplifier l'isolation, l'enroulement à haute tension se trouvant à l'extérieur, bien que les besoins de conception puissent varier.
Les conducteurs peuvent être transposés afin de réduire les pertes par circulation et les pertes par courants de Foucault. Des entretoises axiales et radiales créent des canaux de refroidissement et soutiennent les bobines contre les forces électromagnétiques en cas de défaut.
Système d'isolation
Les transformateurs à liquide utilisent du papier/carton pressé en cellulose avec un liquide isolant. Les unités de type sec utilisent de la résine, du vernis, une isolation solide et de l'air. L'isolation doit résister à la tension de service, aux impulsions, à la température, à l'humidité et aux contraintes mécaniques. Le vieillissement s'accélère à mesure que la température du point chaud de l'enroulement et l'humidité augmentent.
Cuve de transformateur et huile
La cuve contient la partie active et le liquide isolant, assure une protection mécanique et sert de surface de transfert thermique. Elle doit résister au vide, à la pression interne, aux charges de transport et aux forces sismiques spécifiées. Des shunts magnétiques peuvent contrôler les flux de fuite dans les parois de la cuve.
L'huile minérale assure l'isolation et le refroidissement. D'autres fluides peuvent offrir un point d'éclair plus élevé ou des avantages environnementaux. La qualité du fluide est surveillée par des tests diélectriques, d'humidité, d'acidité et de gaz dissous.
Équipement de refroidissement
Les radiateurs augmentent la surface d'évacuation de la chaleur. Des ventilateurs forcent l'air à travers les radiateurs et des pompes font circuler l'huile dans les étages de refroidissement de plus forte puissance. Les désignations courantes décrivent les modes de circulation huile/air. Des capteurs de température et des commandes déclenchent les groupes de refroidissement et émettent une alarme ou déclenchent un arrêt en cas de dépassement des limites.
Conservateur et dessiccateur
Un conservateur s'adapte à la dilatation et à la contraction de l'huile tout en maintenant le réservoir principal plein. Une vidoir ou un diaphragme peut réduire le contact de l'huile avec l'air. Un dessiccateur à gel de silice assèche l'air qui entre dans le conservateur. Les transformateurs à cuve étanche, quant à eux, s'adaptent aux variations de pression grâce à la conception de la cuve.
Traversées et bornes
Les traversées font passer les conducteurs à travers la cuve mise à la terre tout en maintenant l'isolement. Leur conception dépend de la tension et du courant et peut utiliser de la porcelaine, des enveloppes composites ou une isolation à gradient capacitif. Une ligne de fuite correcte, le couple de serrage des connexions, l'étanchéité et la surveillance de l'état sont essentiels.
Changeurs de prises
Un changeur de prises hors circuit modifie le rapport de transformation uniquement lorsqu'il est hors tension. Un changeur de prises en charge change de prises tout en transportant la charge en utilisant une impédance de transition pour éviter d'interrompre le courant ou de court-circuiter les spires. Les changeurs de prises en charge comprennent des mécanismes de commutation ou de sélection, un entraînement, une indication de position et une armoire de commande, et nécessitent une maintenance spécifique.
Accessoires de protection et de surveillance
- Relais Buchholz détecte l'accumulation de gaz et l'afflux d'huile entre le réservoir et le conservateur.
- Dispositif de décompression soulage la pression interne dangereuse.
- Indicateurs de température d'huile et des enroulements : alarme, déclenchement et contrôle du refroidissement.
- Jauge de niveau d'huile : affiche le niveau de liquide et les conditions anormales.
- Relais de surpression : répond à un changement de pression interne rapide.
- Écrans en ligne : peut suivre les gaz dissous, l'humidité, les traversées ou les décharges partielles.
Armoire de brassage
L'armoire de raccordement rassemble les borniers, les commandes de refroidissement, le réchauffeur, les relais, les voyants et les interfaces vers la protection et le SCADA. Elle doit assurer une étanchéité environnementale, une protection anti-condensation, un câblage clair et une séparation sûre des circuits.
Qualité de l'ensemble noyau-bobine
La fabrication contrôle la tension des conducteurs, les dimensions des enroulements, le séchage, la compression, le support des sorties et la contamination. Les forces de court-circuit peuvent déplacer les enroulements si la conception mécanique ou le serrage est inadéquat. Les essais en usine vérifient la résistance, le rapport, le groupe de couplage, les pertes, l'impédance et les performances de l'isolation.
Application du produit
LBAJI transformateur de puissance immergé dans l'huile de 35 kV intègre ces composants actifs et auxiliaires pour des évaluations spécifiques au projet. Il peut être combiné avec Tableau de commutation KYN61-40,5 ou emballé dans un poste électrique 35 kV pour énergies renouvelables.
Liste de contrôle d'inspection
- Vérifier la plaque signalétique, les plans et la liste des accessoires.
- Inspecter le réservoir, les radiateurs, les bagues et les joints.
- Vérifier la mise à la terre de la cuve et du noyau ainsi que les connexions du neutre.
- Tester les groupes de refroidissement, les alarmes et les déclenchements.
- Confirmer le fonctionnement et la position du changeur de prises.
- Obtenir les résultats de référence de l'huile, de l'électricité et de la protection.
- Enregistrer les contrôles du couple de serrage, du câblage et de l'armoire de raccordement.
Noyaux de type noyau, noyaux de type coquille et noyaux amorphes
Dans un transformateur de type noyaux, les enroulements entourent les colonnes du noyau ; dans une conception de type cuirassé, le circuit magnétique entoure plus complètement les enroulements. L'acier au silicium à grains orientés est courant à la fréquence industrielle, tandis que le métal amorphe peut réduire les pertes à vide. Le choix influence les pertes, le bruit, la résistance mécanique, la fabrication et le coût.
Enroulements en cuivre ou en aluminium
Chaque conducteur peut offrir un service fiable si la densité de courant, les joints, la résistance mécanique et la conception thermique sont correctement étudiés. Le cuivre offre généralement une plus grande conductivité et compacité ; l'aluminium réduit la masse et le coût des matériaux. Les acheteurs devraient comparer les pertes garanties, l'élévation de température et les performances en cas de court-circuit plutôt que de se fier au seul nom du conducteur.
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.
