Les transformateurs assurent le transport et la conversion efficaces de l'énergie électrique, en régulant la tension et en minimisant les pertes de puissance. La conception des transformateurs joue donc un rôle essentiel pour garantir la fiabilité du système et la sécurité d'exploitation.
Cet article présente une explication détaillée des principes fondamentaux des transformateurs, notamment leur structure de base, leurs classifications, leurs fonctions, leurs critères de sélection, leurs procédures de conception et leurs applications courantes.
Table des matières
1. Quels sont les différents types de transformateurs de puissance et quels sont leurs principaux composants ?
Il existe plusieurs types de transformateurs de puissance, tels que les transformateurs à sec, les transformateurs à huile et les transformateurs de distribution sur socle.
Leurs principaux composants sont généralement les suivants : le noyau, les enroulements, le système d'isolation, le réservoir (pour les modèles à huile), le système de refroidissement, le changeur de prises, les traversées et d'autres accessoires de protection.
2. Qu'est-ce que le courant d'aimantation (courant d'excitation) ?
Le courant de magnétisation est le courant d'excitation nécessaire pour créer un flux magnétique à l'intérieur du noyau.
Lorsqu'un transformateur est mis sous tension, un courant d'appel élevé peut se produire.
Si le flux résiduel a la même polarité que la tension appliquée, le flux total peut dépasser le seuil de saturation du noyau, provoquant une surintensité pouvant atteindre 6 à 8 fois le courant nominal.
Ce courant transitoire contient des composantes continues et des harmoniques, et s'atténue avec le temps, généralement en 5 à 10 secondes pour les gros transformateurs et en environ 0,2 seconde pour les appareils plus petits.
3. Pourquoi un transformateur neuf ou remis à neuf doit-il être soumis à des “ essais de choc ” sous tension avant sa mise en service officielle ? Combien de fois doit-il être mis sous tension ?
Avant la mise en service d'un nouveau transformateur (ou d'un transformateur revenant d'une révision en usine), plusieurs essais d'impact à la mise sous tension sont nécessaires pour vérifier la résistance de l'isolation et la fiabilité mécanique.
Pour vérifier la résistance de l'isolation à la tension nominale ou aux surtensions de commutation.
Lorsqu'un transformateur à vide est mis hors tension, il peut se produire une interruption d'un très faible courant de magnétisation avant que ce courant n'atteigne zéro. Le coup de courant qui en résulte dans le disjoncteur peut générer une surtension de commutation.
Dans les transformateurs non mis à la terre ou mis à la terre par l'intermédiaire d'une bobine anti-arc, les surtensions de commutation peuvent atteindre 4,0 à 4,5 fois la tension de phase.
Pour les transformateurs dont le point neutre est mis à la terre directement, la surtension de commutation est généralement moins de 3 fois la tension de phase.
→ C'est pourquoi les transformateurs devant subir des essais de choc doivent avoir leur point neutre directement mis à la terre.
Vérifier la résistance mécanique en cas de courant d'appel élevé.
Lorsqu'un transformateur à vide est mis sous tension, un courant d'appel pouvant atteindre 6 à 8 fois le courant nominal peut apparaître. Cette surtension génère une force électrodynamique importante. Par conséquent, l'essai de choc permet également de vérifier que la résistance mécanique du transformateur et les relais de protection ne présenteront pas de dysfonctionnement.
Nombre recommandé d'essais de choc :
Nouveau transformateur : 5 effets liés à la mise sous tension. Transformateur remis à neuf : 3 conséquences liées à la mise sous tension
4. Quelles sont les conditions requises pour le fonctionnement en parallèle des transformateurs ?
Les transformateurs ne peuvent fonctionner en parallèle que lorsque les conditions suivantes sont remplies :
Rapport de transformation identique (rapport de tension)
Impédance de court-circuit égale (tension de court-circuit)
Même groupe vectoriel / même groupe de connexion des enroulements
5. Quels dispositifs de protection sont installés sur le corps d'un transformateur, et quelles sont leurs principales fonctions ?
Les dispositifs de protection habituels installés sur le corps d'un transformateur comprennent :
Conservateur (extension de réservoir de fioul)
Sa capacité est d'environ 8–10% du volume total d'huile de transformateur.
Fonction : absorber les variations de volume de l'huile dues aux variations de température, réduire le contact direct entre l'huile et l'air, empêcher la pénétration d'humidité et ralentir l'oxydation de l'huile.
A soupape de purge à gel de silice est installé sur le réservoir afin d'empêcher l'air humide de pénétrer dans le transformateur.Filtre de respiration (absorbeur d'humidité) et purificateur d'huile
Le filtre de respiration contient des dessiccants tels que le gel de silice et l'alumine activée.
On utilise du gel de silice qui change de couleur (bleu → rouge) comme indicateur de saturation.
Le purificateur d'huile (filtre) contient également des dessiccants destinés à absorber l'humidité, les acides et les produits d'oxydation lors du passage de l'huile, ce qui permet de maintenir la propreté de l'huile et de prolonger sa durée de vie.Dispositif de décharge en cas d'explosion / Dispositif de décharge de pression
En règle générale, un tube antidéflagrant (soupape de sécurité) est installé sur le couvercle de la cuve afin de libérer la pression interne excessive en cas de défaillance interne.
Les grands transformateurs modernes utilisent soupapes de sécurité au lieu de cela.
Lorsque la pression interne augmente, la vanne se déclenche et active des signaux d'alarme ou de coupure.
De plus, les transformateurs sont équipés d'autres dispositifs de sécurité, tels que :
Relais Buchholz (relais à gaz)
Thermomètres (indicateurs de température)
Jauges de niveau d'huile
