Les transformateurs à sec sont largement utilisés dans des applications telles que l'éclairage local, les immeubles de grande hauteur, les aéroports, les quais et les machines à commande numérique. En termes simples, un transformateur à sec désigne un transformateur dont le noyau et les enroulements sont non immergé dans de l'huile isolante.
Les méthodes de refroidissement comprennent notamment Refroidissement naturel par air (AN) et Refroidissement par air forcé (AF).
En refroidissement naturel par air, le transformateur peut fonctionner en continu à sa puissance nominale.
Avec un refroidissement par air forcé, la capacité de production peut être augmentée de jusqu'à 50%.
Les transformateurs à sec sont adaptés à un fonctionnement en surcharge intermittente ou à des situations de surcharge d'urgence ; toutefois, une surcharge continue à long terme n'est pas recommandée, car les pertes de charge et la tension d'impédance augmentent considérablement en cas de surcharge, ce qui rend le fonctionnement non rentable.
Table des matières
1. Types de structures
Caractéristiques de construction
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Enroulements encapsulés à isolation solide
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Enroulements non encapsulés
Parmi les enroulements, celui qui présente la tension la plus élevée est le enroulement haute tension, et celui dont la tension est la plus faible est le enroulement basse tension.
En fonction de la disposition relative des enroulements, les modèles haute tension peuvent être classés comme suit :
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Type concentrique – simple et facile à fabriquer ; très répandu.
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Type entrelacé – principalement utilisé pour les transformateurs à usage spécifique.
2. Caractéristiques structurelles
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Sûrs, résistants au feu, non polluants et adaptés à une installation à proximité des centres de charge.
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Fabriqué à l'aide d'une technologie nationale de pointe, ce produit offre une résistance mécanique élevée, une forte résistance aux courts-circuits, un faible niveau de décharges partielles, une excellente stabilité thermique, une grande fiabilité et une longue durée de vie.
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Faibles pertes, faible niveau sonore, économie d'énergie et absence d'entretien.
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Excellente dissipation thermique, grande résistance aux surcharges et capacité accrue grâce au refroidissement par air forcé.
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Excellente résistance à l'humidité, adapté aux environnements très humides et aux conditions difficiles.
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Peut être équipé d'un système complet de surveillance et de protection thermique. Le système intelligent de contrôle de la température détecte et affiche automatiquement la température de fonctionnement de chaque phase, démarre et arrête automatiquement les ventilateurs, et intègre des fonctions d'alarme et de protection contre les déclenchements.
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Dimensions compactes, poids léger, faible encombrement et coût d'installation réduit.
3. Structure du noyau et de l'enroulement
Noyau en fer
Fabriqué à partir de tôles d'acier au silicium à grains orientés, laminées à froid, de haute qualité.
Les lamelles sont découpées à Assemblages à 45° en onglet, ce qui permet au flux magnétique de circuler sans entrave dans le sens de la jointure.
Types d'enroulement
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Construction de type « en spirale »
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Moulage à la résine époxy avec charge de sable de quartz
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Pièce moulée en résine époxy renforcée de fibres de verre (structure à isolation mince)
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Fibre de verre multifilamentaire imprégnée de résine époxy (largement utilisée en raison de sa structure résistante aux fissures et de sa fiabilité accrue)
Enroulements haute tension
Généralement conçu en cylindrique multicouche ou composé de plusieurs sections structures.
4. Formes des transformateurs
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Type ouvert
Le noyau et les enroulements sont directement exposés à l'atmosphère. Convient aux environnements intérieurs propres et secs (humidité relative ≤ 85% à 20 °C). Les méthodes de refroidissement comprennent le refroidissement par air naturel et le refroidissement par air forcé. -
Type fermé
Le noyau et les enroulements sont logés dans un boîtier étanche, isolé de l'atmosphère. En raison de sa dissipation thermique limitée, ce type de moteur est principalement utilisé dans le secteur minier et est classé comme antidéflagrant. -
Type de résine moulée
L'isolation principale est réalisée par moulage d'époxy ou de résines similaires. De structure simple et de petite taille, elle est idéale pour les transformateurs de faible puissance.
5. Caractéristiques techniques
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Fréquence : 50/60 Hz
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Courant à vide : <4%
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Rigidité diélectrique : 2 000 V/min sans claquage (Appareil : testeur de tension de tenue YZ1802, 20 mA)
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Classe d'isolation : Classe F (personnalisable)
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Résistance d'isolement : ≥ 2 MΩ (Appareil : mégohmmètre ZC25B-4 < 1 000 V)
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Modes de raccordement : Y/Y, △/Y0, Y0/△ ou type autotransformateur
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Élévation de température admissible : 100 K
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Mode de refroidissement : refroidissement par air naturel ou refroidissement par air à régulation intelligente de la température
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Niveau sonore : ≤ 30 dB
6. Exigences relatives à l'environnement d'exploitation
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Température : de -10 °C à +40 °C ; humidité relative <70%
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Altitude : ≤ 2 500 mètres
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Évitez la pluie, l'humidité, la chaleur excessive ou l'exposition directe au soleil. Conservez à une température d'au moins 1 000 px de dégagement autour des ouvertures de ventilation.
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Ne pas utiliser dans des environnements contenant des liquides ou des gaz corrosifs, une quantité excessive de poussière, des fibres conductrices ou des particules métalliques.
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Évitez les vibrations et les interférences électromagnétiques.
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Ne pas stocker ni transporter le transformateur à l'envers ; éviter tout choc ou coup violent.
| Modèle | Phase / Nombre de phases | Dimensions (mm) | Poids (kg) | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Longueur | Largeur | Hauteur | |||
| BGS-3 | 3 | 350 | 280 | 380 | 30 |
| BGS-6 | 3 | 400 | 280 | 400 | 35 |
| BGS-10 | 3 | 400 | 280 | 400 | 50 |
| BGS-15 | 3 | 450 | 300 | 450 | 65 |
| BGS-20 | 3 | 450 | 300 | 450 | 85 |
| BGS-25 | 3 | 450 | 350 | 450 | 90 |
| BGS-30 | 3 | 450 | 350 | 450 | 110 |
| BGS-35 | 3 | 550 | 360 | 550 | 120 |
| BGS-40 | 3 | 550 | 360 | 550 | 130 |
| BGS-45 | 3 | 550 | 400 | 550 | 140 |
| BGS-50 | 3 | 550 | 400 | 550 | 150 |
| BGS-60 | 3 | 600 | 450 | 660 | 175 |
6. Sélection des produits
Définition du produit
Les transformateurs de distribution constituent des équipements indispensables dans les réseaux d'alimentation électrique des bâtiments industriels, miniers et civils. Ils abaissent la tension du réseau de 10(6) kV ou 35 kV à la tension de bus de 230/400 V utilisée par les utilisateurs finaux.
Ces transformateurs sont adaptés à un courant alternatif de 50/60 Hz, avec une puissance nominale triphasée maximale de 2 500 kVA (puissance nominale monophasée maximale de 833 kVA ; l'utilisation de transformateurs monophasés n'est généralement pas recommandée).
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En cas de charge primaire ou secondaire importante, il est recommandé d'installer au moins deux transformateurs. Si l'un des transformateurs est mis hors service, les autres doivent rester capables d'alimenter les charges primaires et secondaires. Les charges primaires et secondaires doivent être concentrées plutôt que largement dispersées.
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Dans les lieux où les variations saisonnières de charge sont importantes, il convient d'installer des transformateurs spécialisés — par exemple, pour les groupes frigorifiques de climatisation et les charges de chauffage dans les grands bâtiments commerciaux.
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Dans les zones où les charges sont très concentrées, il convient d'installer des transformateurs spéciaux, notamment pour les équipements de chauffage de grande puissance, les appareils à rayons X de grande taille et les fours à arc électrique.
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Lorsque la charge d'éclairage est importante ou lorsque le fait de regrouper l'alimentation électrique et celle de l'éclairage nuit à la qualité de l'éclairage et à la durée de vie des lampes, il est possible d'installer un transformateur dédié à l'éclairage. En règle générale, l'alimentation électrique et l'éclairage partagent le même transformateur.
Choix des transformateurs en fonction des conditions environnementales
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Dans des conditions environnementales normales, il est possible d'opter soit pour des transformateurs à huile, soit pour des transformateurs à sec, notamment dans les installations industrielles ou minières, les sous-stations agricoles ou les sous-stations communautaires autonomes. Parmi les modèles courants, on peut citer les S8, S9, S10, SC(B)9, SC(B)10, etc.
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Pour les bâtiments à plusieurs étages ou les immeubles de grande hauteur, il est préférable d'utiliser des transformateurs ininflammables ou ignifugés, tels que les modèles SC(B)9, SC(B)10, SCZ(B)9 et SCZ(B)10.
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Dans les environnements où la présence importante de poussière ou de gaz corrosifs est susceptible de compromettre la sécurité des transformateurs, il convient d'utiliser des transformateurs hermétiques ou blindés, tels que les modèles BS9, S9-, S10- et SH12-M.
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Les équipements haute et basse tension ne contenant pas d'huile inflammable et les transformateurs non immergés dans l'huile peuvent être installés dans la même pièce. Dans ce cas, le transformateur doit être équipé d'un boîtier de protection IP2X pour des raisons de sécurité.
Choix des transformateurs en fonction des besoins de charge
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La puissance du transformateur de distribution doit être déterminée en évaluant les puissances installées de l'ensemble des équipements électriques et en calculant la charge requise (les charges liées à la lutte contre l'incendie sont généralement exclues). La puissance apparente compensée est utilisée pour déterminer la puissance et le nombre de transformateurs nécessaires. Un taux de charge typique d'un transformateur est d'environ 85%. Cette méthode est pratique et adaptée à une estimation préliminaire de la puissance nécessaire.
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Conformément à la norme GB/T 17468-1998 Directives pour le choix des transformateurs de puissance, la puissance nominale des transformateurs de distribution doit être déterminée conformément à la norme GB/T 17211-1998 Guide de mise en charge des transformateurs de puissance à sec et la charge calculée. Ces recommandations fournissent des programmes informatiques et des tableaux de cycles de charge normalisés permettant de choisir avec précision la puissance d'un transformateur.
7. Conditions d'installation
Les transformateurs de distribution constituent des éléments essentiels des postes de transformation.
Les transformateurs à sec sans enceinte peuvent être installés directement au sol, en les entourant de barrières de protection ; les transformateurs à sec dotés d'une enceinte peuvent également être posés au sol.
L'installation doit respecter les prescriptions de l'atlas national des normes architecturales : 03D201-4 – Aménagement d'un local de transformateurs 10/0,4 kV et installation des équipements communs.
8. Sélection du modèle
Système de régulation de la température
Le fonctionnement sûr et la durée de vie des transformateurs à sec dépendent en grande partie de la fiabilité de l'isolation de leurs enroulements. Si la température des enroulements dépasse la limite d'isolation, une défaillance de l'isolation peut se produire — l'une des principales causes de dysfonctionnement des transformateurs. C'est pourquoi la surveillance de la température et la protection contre la surchauffe sont essentielles.
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Commande automatique du ventilateur
La température est mesurée à l'aide de capteurs thermiques Pt100 intégrés à l'endroit le plus chaud de l'enroulement basse tension.-
Lorsque la température du bobinage atteint 110 °C, les ventilateurs de refroidissement se mettent automatiquement en marche.
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Lorsque la température descend à 90 °C, les ventilateurs s'arrêtent automatiquement.
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Alarme de surchauffe et protection contre les déclenchements
Des thermistances PTC intégrées dans l'enroulement basse tension captent les signaux de température de l'enroulement ou du noyau.-
À 155 °C → Déclenchement de l'alarme de surchauffe
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À 170 °C → Envoi d'un signal de déclenchement pour surchauffe au circuit de protection secondaire ; le transformateur doit s'arrêter immédiatement.
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Système d'affichage de la température
Les capteurs Pt100 mesurent la température et affichent les températures des enroulements de toutes les phases (avec balayage des phases et indication de la valeur maximale).
Il permet d'enregistrer la température maximale historique et d'émettre un signal de 4 à 20 mA pour la surveillance à distance (jusqu'à 1 200 m).
Méthode de protection
On utilise couramment des boîtiers de protection IP20, qui empêchent les objets solides de plus de 12 mm ainsi que les petits animaux (souris, serpents, chats, oiseaux) de pénétrer à l'intérieur et de provoquer des courts-circuits.
Pour une installation en extérieur, il est possible d'utiliser des boîtiers IP23, qui offrent une protection supplémentaire contre les projections d'eau sous des angles allant jusqu'à 60°.
Remarque : les boîtiers IP23 réduisent l'efficacité du refroidissement ; il convient donc d'envisager une réduction de la puissance nominale.
Capacité de surcharge
La capacité de surcharge des transformateurs à sec dépend de la température ambiante, du niveau de charge avant surcharge, de l'efficacité du refroidissement de l'isolation et de la constante de temps thermique. Les fabricants peuvent fournir des courbes de surcharge si nécessaire.
Comment exploiter la capacité de surcharge :
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La puissance nominale du transformateur peut être réduite de manière appropriée lors du choix si des équipements tels que des laminoirs et des machines à souder génèrent des surcharges de courte durée — en tirant parti de la forte capacité de surcharge des transformateurs à sec.
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Dans les zones où la répartition de la charge est irrégulière, telles que les quartiers résidentiels (éclairage nocturne), les lieux de divertissement ou les centres commerciaux (climatisation et éclairage en journée), la puissance du transformateur peut être réduite de manière appropriée afin que celui-ci fonctionne à pleine charge ou presque pendant la majeure partie de son cycle de fonctionnement.
9. Liste de contrôle pour l'inspection
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Vérifiez s'il y a des bruits ou des vibrations anormaux.
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Vérifiez s'il y a des signes de surchauffe localisée, de corrosion, de traces de décharge ou de carbonisation sur les surfaces isolantes.
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Vérifiez que les ventilateurs de refroidissement fonctionnent normalement.
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Les bornes haute et basse tension ne doivent présenter aucun signe de surchauffe ; les bornes de câbles ne doivent présenter ni fuite ni cheminement d'arc.
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L'élévation de température des enroulements ne doit pas dépasser la limite spécifiée par la classe d'isolation.
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Les pièces en porcelaine servant de support ne doivent présenter ni fissures ni traces de coulures.
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Vérifiez que les éléments de compression de l'enroulement ne sont pas desserrés.
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Veillez à assurer une bonne ventilation intérieure et à ce que les conduits d'air principaux soient propres, sans accumulation de poussière, sans rouille ni corrosion.
10. Différences
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Variateur de fréquence (VFD) :
Permet de régler la fréquence de sortie (50 Hz, 60 Hz, etc.) afin de répondre à des exigences électriques spécifiques. -
Transformateur :
Il sert généralement de “ dispositif abaisseur de tension ” que l'on trouve couramment à proximité des zones résidentielles ou des usines. Son rôle est de réduire la tension de transport élevée à la tension utilisée dans les réseaux électriques courants. -
Transformateurs à sec et transformateurs à huile :
Les transformateurs à sec offrent une meilleure sécurité incendie et sont utilisés dans des lieux soumis à des exigences strictes en matière de protection contre les incendies, tels que les hôpitaux, les aéroports et les gares.
Cependant, ils sont plus coûteux et nécessitent des environnements adaptés (ni trop humides, ni poussiéreux, ni contaminés).