Fonctionnement d'un transformateur sec
Type sec transformateurLes transformateurs jouent un rôle crucial dans divers domaines tels que le transport et la distribution d'électricité à haute tension, ainsi que dans la production d'électricité industrielle. Leur principe de fonctionnement repose sur l'induction électromagnétique, grâce à laquelle les transformateurs secs permettent d'élever et d'abaisser la tension, répondant ainsi à divers besoins en énergie. Il existe plusieurs méthodes de classification des transformateurs secs. Selon le nombre de phases, on distingue les transformateurs monophasés et triphasés, adaptés à différentes charges et systèmes. Selon le mode de refroidissement, on distingue les transformateurs secs et les transformateurs immergés dans l'huile. Les premiers sont refroidis naturellement ou par convection naturelle ou par ventilateur, et sont couramment utilisés pour les transformateurs de faible puissance. Les seconds utilisent l'huile comme fluide de refroidissement, par exemple par refroidissement naturel, par air, par eau ou par circulation d'huile forcée. Enfin, selon leur utilisation, les transformateurs secs comprennent également les transformateurs de puissance, d'instrumentation, de test et les transformateurs spéciaux.
2. Définition d'un transformateur de puissance de type sec
1. Un transformateur de type sec est, en résumé, un transformateur de puissance dans lequel le noyau de fer et la bobine ne sont pas immergés dans un liquide isolant (tel que de l'huile isolante).
2. Ses principaux composants comprennent un noyau en fer constitué de feuilles d'acier au silicium et des bobines moulées en résine époxy. Afin d'améliorer l'isolation électrique, des cylindres isolants sont placés entre les bobines haute et basse tension, et maintenus en place par des supports pour garantir le fonctionnement stable de ces dernières.
Les transformateurs secs moulés en résine époxy jouent un rôle crucial dans les réseaux de distribution électrique. Grâce à l'utilisation de résine époxy, un matériau isolant solide ignifuge et auto-extinguible, ce type de transformateur est non seulement sûr et fiable, mais aussi propre et respectueux de l'environnement. De ce fait, les transformateurs secs moulés en résine époxy sont largement utilisés dans le secteur de l'énergie en raison de leur fonctionnement sans huile, de leur résistance à la flamme, de leurs faibles pertes et de leur excellente protection contre les sinistres. Comparés aux transformateurs à huile traditionnels, les transformateurs secs éliminent les risques d'incendie, d'explosion ou de pollution, et leurs pertes et leur niveau sonore sont considérablement réduits. De plus, ce type de transformateur permet d'installer le transformateur et le tableau basse tension dans la même salle de distribution.
1. Structure
(1) Noyau de fer
Le noyau de fer, qui constitue le cœur du circuit magnétique du transformateur, joue un rôle crucial. Il est généralement constitué de tôles d'acier au silicium épaisses (0,35 à 0,5 mm) afin de réduire les pertes fer. Les transformateurs de puissance adoptent souvent une structure en forme de cœur, ce qui facilite la continuité des circuits magnétiques et l'agencement des enroulements.
(2) Enroulement
L'enroulement est la partie du circuit d'un transformateur, soigneusement bobiné avec des fils de cuivre ou d'aluminium recouverts de papier isolant. Les enroulements primaire et secondaire sont concentriques autour du noyau de fer, assurant un couplage magnétique sans connexion électrique. Pour garantir une bonne isolation, l'enroulement basse tension est généralement situé à l'intérieur, tandis que l'enroulement haute tension est situé à l'extérieur. Cependant, dans les transformateurs de grande capacité, basse tension et courant élevé, afin de simplifier le passage des câbles, l'enroulement basse tension est parfois placé à l'extérieur de l'enroulement haute tension.
2. Principe
Le principe de base d'un transformateur repose sur son noyau de fer et les deux enroulements qui y sont fixés. Le couplage entre ces deux enroulements est uniquement magnétique, sans connexion électrique. Lorsqu'une tension alternative est appliquée à un enroulement, un flux magnétique alternatif est généré entre les enroulements primaire et secondaire, induisant respectivement des forces électromotrices e1 et e2 dans chacun d'eux. L'amplitude de la force électromotrice induite obéit à la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique.
Le phénomène d'induction électromagnétique est le phénomène de force électromotrice induite par les variations de flux magnétique. Ce phénomène requiert deux conditions : premièrement, une variation du flux magnétique ; deuxièmement, un nombre de spires différent entre les enroulements primaire et secondaire pour permettre la conversion de tension. La plaque signalétique des transformateurs secs indique généralement ces informations en détail.
Interprétation de la plaque signalétique
La plaque signalétique des transformateurs secs indique généralement des informations détaillées sur les phénomènes d'induction électromagnétique. Ces informations comprennent les variations de flux magnétique, les différences de nombre de spires entre les enroulements primaire et secondaire, ainsi que la force électromotrice induite et la transformation de tension qui en résultent. Grâce aux données figurant sur la plaque signalétique, on peut clairement comprendre l'état de fonctionnement et les caractéristiques de performance de l'équipement.
Interprétation des paramètres clés des transformateurs
Outre les informations relatives aux phénomènes d'induction électromagnétique, certains paramètres clés figurant sur la plaque signalétique des transformateurs secs méritent une attention particulière. Parmi eux, le niveau d'isolation est un indicateur fondamental. Il reflète la résistance thermique du matériau isolant utilisé dans l'enroulement du moteur (ou du transformateur). Ce niveau est généralement classé en plusieurs catégories : A, E, B, F et H, chacune correspondant à une température maximale admissible et à une limite d'échauffement de l'enroulement. De plus, le niveau d'isolation des transformateurs, également appelé rigidité diélectrique, est un indicateur important de la capacité de l'équipement à supporter la tension. Il agit en synergie avec d'autres niveaux de protection et éléments d'isolation pour garantir le fonctionnement sûr de l'équipement.
De plus, l'élévation de température et le mode de refroidissement sont des informations importantes figurant sur la plaque signalétique. L'élévation de température correspond à la différence entre la température de l'élément mesuré et celle du fluide de refroidissement ; elle influe directement sur la dissipation thermique du transformateur. Le mode de refroidissement dépend du type et de la circulation du fluide ; on distingue notamment le refroidissement à sec, le refroidissement par air, le refroidissement par immersion dans l'huile et le refroidissement par immersion dans l'huile et par air. Une bonne compréhension de ces paramètres est essentielle pour évaluer les performances des transformateurs et garantir leur fonctionnement en toute sécurité.
Parallèlement, la plaque signalétique indiquera également des données telles que le courant à vide et les pertes à vide. Le courant à vide correspond au courant circulant dans un transformateur lorsque l'enroulement secondaire est ouvert et que la tension nominale est appliquée à l'enroulement primaire. Les pertes à vide sont dues à la composante active du courant à vide. Ces données permettent de comprendre les caractéristiques de fonctionnement des transformateurs à vide et servent de référence pour optimiser leurs performances en conditions réelles d'utilisation.
5. Tension d'impédance et pertes de charge
La tension d'impédance correspond à la valeur de la tension appliquée à un transformateur à double enroulement lorsque l'enroulement secondaire est court-circuité et que l'enroulement primaire est parcouru par le courant nominal. Les pertes en charge correspondent à la puissance active absorbée lorsque le courant nominal circule dans l'enroulement primaire et que l'enroulement secondaire est court-circuité. Ces paramètres sont essentiels pour évaluer les performances et le rendement des transformateurs.
La clé du bon fonctionnement des transformateurs réside dans des inspections régulières.
Lors du processus d'inspection, une attention particulière doit être portée aux deux points suivants :
Il est tout d'abord nécessaire de surveiller la température du transformateur. La plage de température de fonctionnement normale des transformateurs se situe généralement entre 50 °C et 100 °C. Pour les transformateurs secs, une température de fonctionnement inférieure à 140 °C est acceptable, car le système d'isolation de classe F utilisé supporte une température maximale de 155 °C. Dès que la température dépasse la plage normale ou présente des fluctuations anormales, il est impératif d'en analyser et d'en identifier la cause sans délai.
Deuxièmement, soyez attentif aux variations sonores du transformateur. En fonctionnement normal, il émet un bruit de courant uniforme. Si ce bruit augmente anormalement ou si l'on entend un bruit de décharge partielle, cela peut indiquer une défaillance du transformateur ; il est alors nécessaire d'intervenir immédiatement pour en identifier la cause et y remédier.
Par ailleurs, la maintenance régulière en cas de coupure de courant est essentielle pour garantir le fonctionnement continu et stable des transformateurs. Elle permet d'identifier et de traiter rapidement les risques potentiels, assurant ainsi la sécurité et l'efficacité des transformateurs.
(1) Avant de commencer la maintenance, il est nécessaire de déconnecter le disjoncteur du côté basse tension du transformateur à entretenir, de baisser l'interrupteur d'isolement et d'accrocher des panneaux appropriés sur la poignée à titre d'avertissement.
(2) Ensuite, déconnectez l'interrupteur de charge du côté haute tension du transformateur, confirmez qu'il est à l'état déconnecté, fermez le couteau de mise à la terre et terminez le fonctionnement de l'interrupteur de sécurité et l'affichage des panneaux pertinents.
(3) Après avoir pénétré dans la salle des transformateurs à huile, il convient de vérifier d'abord à l'aide d'un testeur haute tension que le transformateur est bien hors tension. Ensuite, ouvrez le dispositif d'isolement haute tension et inspectez soigneusement l'enveloppe, le vase d'expansion et les conducteurs afin de déceler toute déformation ou tout dommage. En cas de dommage, remplacez immédiatement les pièces concernées. Il est également nécessaire de vérifier le niveau d'huile. En cas de fuite, remplacez le joint et vérifiez l'étanchéité du silicone. Si celui-ci présente une décoloration ou une défaillance grave, remplacez-le immédiatement.
(4) Après avoir effectué l'inspection ci-dessus, il convient de vérifier la liste des outils et matériaux avant et après l'entrée dans le transformateur afin de s'assurer qu'aucun outil n'y est resté. Enfin, retirez le fil de terre suspendu et les panneaux de protection correspondants pour garantir la sécurité et l'intégrité des travaux de maintenance.