Transformateur à huile de 10 kV à haute capacité de surcharge, avec noyau en cuivre et conception à faible niveau sonore

Présentation générale

Un transformateur à forte capacité de surcharge est un transformateur de puissance spécial capable de fonctionner au-delà de sa capacité nominale sans que cela n'affecte sa durée de vie normale. Il est principalement utilisé dans des contextes caractérisés par de faibles taux de charge annuels moyens mais des charges de courte durée élevées, ce qui permet de réaliser d'importantes économies en termes d'investissement en équipement et de coûts d'électricité. Grâce à des matériaux de pointe, à une conception structurelle spécifique et à un système de contrôle intelligent, les transformateurs à forte capacité de surcharge offrent une capacité de surcharge à court terme sûre et fiable. Ils constituent une solution d'alimentation électrique économique, flexible et efficace pour les situations nécessitant de faire face à de fortes fluctuations de charge ou prévoyant une augmentation de capacité à court terme.

Catégories Produit, Transformateur spécial, Transformateur

Brève présentation

Ⅰ. Présentation du produit

1.Normes applicables aux cadres dirigeants: T/GES 001-2017, série GB 1094

2.Niveau de tension: Le côté haute tension est généralement de 10 kV, et le côté basse tension de 0,4 kV ; des tensions plus élevées, telles que 110 kV, sont également disponibles.

3.Méthode de régulation de tension: Régulation de la tension à vide (une coupure de courant est nécessaire pour le réglage des prises)

4.Gamme de prises de haute tension: ±5% ou ±2×2,5%. Il sert à réguler la tension de sortie dans une plage spécifiée lorsque la tension du réseau subit des fluctuations.

5.Capacité nominale: La plage habituelle va de 30 kVA à 500 kVA

6.Fréquence: 50 Hz ou 60 Hz

7.Phase: Triphasé ou monophasé

8.Groupe de connexion: Dyn11, Yyn0

9.Impédance Tension: 4%

10.Méthode de refroidissement:

① Refroidissement autonome par immersion dans l'huile (ONAN) ;

② Refroidissement autonome de type sec (AN) ;

③ Refroidissement par air forcé à sec (AF)

11.Classe de protection: Le réservoir d'huile des transformateurs à bain d'huile assure lui-même la protection ; les transformateurs de type sec présentent généralement un indice de protection IP20 (protection contre les corps étrangers solides).

12.Classe d'isolation: Généralement de classe A ; les transformateurs à sec utilisent couramment la classe F (155 °C) ou la classe H (180 °C) ; le niveau de résistance thermique de l'isolation des transformateurs de distribution à forte surcharge répond aux conditions applicables aux valeurs limites d'isolation pour la classe B et les classes supérieures.

II. Conditions d'exploitation

1.Altitude: ≤ 1 000 m (une adaptation est nécessaire pour les altitudes très élevées)

2.Température ambiante: -20 °C à +45 °C

3.Champ d'application: Convergence et renforcement des énergies photovoltaïque et éolienne, interfaces avec les systèmes de stockage d'énergie, industries métallurgiques et chimiques (charges d'impact à court terme des fours à arc et des cellules d'électrolyse), sous-stations de traction ferroviaire, zones commerciales (pics de charge en soirée) ; adapté aux situations présentant de faibles taux de charge moyens annuels et des charges importantes à court terme ou périodiques.

Ⅲ. Types d'épreuves

①Contrôles de routine (obligatoires pour chaque unité)

②Essais de type (pour vérifier la conception)

Ⅳ. Contrôle des composants

1. Résistance en courant continu de la bobine, rapport de tension et désignation du groupe de raccordement, tension d'impédance, essai de pertes à vide ;

2. Courant à vide, pertes en charge, essai de l'huile isolante (pour les modèles à bain d'huile), décharges partielles (pour les modèles à sec), essai de résistance à la tension appliquée et à la tension induite, essai d'étanchéité ;

3. Essai du changeur de prises en charge afin de s'assurer que chaque composant et les performances globales sont conformes aux normes de conception.

Ⅴ. Types de certification

Normes internationales : TÜV, UL, KEMA, CE.

Caractéristiques structurelles

Ⅰ. Caractéristiques du produit

1.Capacité de surcharge exceptionnelle

① Les transformateurs à forte capacité de surcharge ne se contentent pas de “ résister ” à une surcharge ; leur capacité de surcharge est en effet quantifiée avec précision grâce à une conception minutieuse.

② Courbe de surcharge type : il peut généralement fonctionner en toute sécurité à 1,5 fois sa capacité nominale pendant 6 heures ; à 1,75 fois sa capacité nominale pendant 3 heures ; et même à 2,0 fois sa capacité nominale pendant 1 heure (les valeurs précises varient en fonction de la conception et des normes du fabricant).

③ Avantage : cela signifie que les utilisateurs n'ont pas besoin d'acheter un transformateur classique de capacité bien supérieure pour faire face à des pics de charge occasionnels, ce qui leur permet de réaliser d'importantes économies en termes d'investissement initial, d'espace d'installation et de coûts d'électricité liés aux pertes à vide lors du fonctionnement quotidien à faible charge.

2.Excellentes performances de dissipation thermique

① Les transformateurs à forte surcharge améliorent la dissipation thermique grâce à plusieurs méthodes :

Structure de dissipation thermique optimisée : utilisation de réservoirs d'huile ondulés (pour augmenter la surface de dissipation thermique), de dissipateurs thermiques surdimensionnés ou de tubes de dissipation thermique supplémentaires. Certains produits sont également équipés d'interfaces ou de dispositifs préconfigurés pour le refroidissement par air forcé (AF), qui activent les ventilateurs en cas de surcharge afin d'améliorer considérablement la capacité de dissipation thermique.

② Utilisation de fluides à haute conductivité thermique : les transformateurs à huile utilisent souvent de l'huile à point d'éclair élevé ou de l'huile isolante à base d'esters naturels (huile isolante végétale). Cette dernière présente non seulement un point d'éclair élevé et une bonne résistance au feu, mais ses molécules d'esters naturels offrent également de meilleures performances de refroidissement que l'huile minérale.

3.Système d'isolation à haute résistance thermique

① La chaleur est l'ennemi du vieillissement de l'isolation. Les transformateurs à forte capacité de surcharge garantissent leur durée de vie en cas de surcharge grâce à l'amélioration de la classe de résistance thermique des matériaux d'isolation.

② Amélioration des matériaux : les conducteurs d'enroulement utilisent des matériaux isolants de classe C ou H, tels que le papier NOMEX® et le film de polyimide, ou encore du papier en fibres de polyester hautement résistant à la chaleur. Le papier isolant des transformateurs à huile est généralement constitué de papier isolant haute densité.

③ Garantie de durée de vie thermique : même si la température au point le plus chaud de l'enroulement atteint temporairement 140 °C ou plus en cas de surcharge, son système d'isolation de classe H ou de classe C est parfaitement capable d'y résister. En revanche, une isolation ordinaire de classe A (105 °C) accélérera le vieillissement jusqu’à ce qu’elle subisse des dommages à cette température. Cela garantit que le transformateur peut supporter des milliers de surcharges de courte durée au cours d’une durée de vie de 30 ans.

II. Avantages du produit

1.Faibles pertes et haut rendement énergétique

① Une capacité de surcharge élevée n'est pas synonyme de forte consommation d'énergie. Les transformateurs offrant une excellente capacité de surcharge sont également des produits économes en énergie.

② Matériaux de noyau de pointe : on utilise généralement des tôles d'acier au silicium de haute qualité, à haute perméabilité et à faibles pertes, ou des noyaux en alliage amorphe, ce qui permet d'obtenir des pertes à vide (P0) extrêmement faibles. Cela permet de réaliser des économies d'énergie particulièrement importantes dans les scénarios d'exploitation caractérisés par des charges légères prolongées ou des conditions de fonctionnement à vide (comme les réseaux électriques ruraux).

③ Respect des normes d'efficacité énergétique : ces appareils respectent généralement, voire dépassent, la norme nationale d'efficacité énergétique de premier niveau, ce qui permet aux utilisateurs de réduire leurs coûts d'exploitation.

2.Haute résistance aux courts-circuits

① Les chocs dus à une surcharge et à un court-circuit se produisent souvent simultanément. Sa structure est spécialement renforcée pour résister à des chocs d'une force électromagnétique considérable.

② Renforcement mécanique : on utilise des enroulements en feuille ou des structures de compression axiales et radiales, ainsi que des matériaux isolants à haute résistance, des plaques de traction en bois lamellé-collé (ou en fibre de verre) à haute résistance et des vis de traction pour la fixation, afin d'éviter toute déformation et instabilité des enroulements sous l'effet de la force électromagnétique générée par un court-circuit.

③ Conception et procédé : grâce à des calculs électromagnétiques précis et à un flux de fabrication optimisé, l'équilibre ampère-tour de l'enroulement est garanti, et le flux de fuite axial ainsi que les contraintes mécaniques en cas de court-circuit sont réduits.

3.Adaptabilité environnementale et sécurité renforcées

① Indice de protection élevé : le réservoir d'huile présente une bonne étanchéité et son indice de protection atteint généralement IP54 ou plus, ce qui lui confère une résistance à la poussière et à l'eau et le rend adapté aux environnements difficiles.

② Prévention des incendies et des explosions : en particulier pour les produits utilisant une huile isolante à base d'ester naturel, leur point d'éclair peut dépasser les 300 °C, ce qui les rend pratiquement ininflammables, améliorant ainsi considérablement la sécurité dans les lieux soumis à des exigences élevées en matière de protection contre les incendies (tels que les centres commerciaux, les écoles et les zones forestières).

③ Caractéristiques environnementales : l'huile isolante à base d'ester naturel est biodégradable et non toxique, respectueuse de l'environnement, et ne présente aucun risque de pollution des sols en cas de fuite.

Structure du produit

Ⅰ. Processus de production

1. Découpe et formage

Des cisailles de précision à commande numérique (avec une précision de positionnement de ±0,05 mm) sont utilisées pour découper les tôles d’acier au silicium afin d’éviter les bavures (≤0,02 mm) et de réduire les pertes par fuite magnétique causées par les espaces entre les lamelles. Les noyaux en alliage amorphe sont fabriqués selon un procédé de bobinage, la tension de bobinage étant contrôlée entre 50 et 80 N afin de garantir une densité uniforme du noyau (≥ 7,2 g/cm³).

2. Empilage et fixation

Les tôles d'acier au silicium sont empilées selon une méthode d'empilage par paliers (décalage des joints ≤ 1/3 de la largeur de la tôle) et fixées à l'aide d'une colle isolante ou de vis traversantes. Le facteur d'empilement du noyau est ≥ 0,96 (pour les tôles d'acier au silicium) ou ≥ 0,88 (pour les alliages amorphes).

3.Fabrication de bobines : double amélioration de la dissipation thermique et de la résistance mécanique

① Processus d'enroulement :Les enroulements basse tension sont réalisés selon la technique d'enroulement à feuille (épaisseur de la feuille de cuivre : 0,5 à 2 mm, avec du papier isolant intercalé entre les couches) afin d'augmenter la surface de dissipation thermique ; les enroulements haute tension sont réalisés selon la technique d'enroulement continu ou (entrelacé). Des bobineuses à commande numérique (CNC) sont utilisées pour garantir une tension d’enroulement uniforme (écart de tension ≤ 5%) afin d’éviter toute surchauffe locale due à des conducteurs trop lâches.Pour les exigences de surcharge élevées, les enroulements adoptent une structure segmentée, avec des canaux d’huile axiaux (pour le type à huile, largeur des canaux : 8 à 12 mm) ou des canaux d’air radiaux (pour le type à sec, largeur des canaux : 5 à 8 mm) afin d’améliorer l’efficacité de la dissipation thermique ; l’erreur d’espacement des canaux d’air est ≤ ±0,5 mm.

4.Assemblage général et processus de traitement d'isolation

① Ensemble central : Positionnement précis et optimisation de la dissipation thermique

② Ensemble noyau et enroulement :Un équipement de levage à commande numérique (avec une précision de positionnement de ±1 mm) est utilisé pour monter les enroulements sur les colonnes du noyau. L'écart de concentricité entre les enroulements haute tension et basse tension est ≤ 2 mm afin de garantir une répartition uniforme du champ magnétique de fuite. Des cales amortissantes (en caoutchouc ou en carton élastique) sont placées entre le noyau et le réservoir d'huile afin de réduire les vibrations et le bruit de fonctionnement.

③ Installation de la structure de dissipation thermique :Type à immersion dans l'huile : des réservoirs d'huile ondulés (hauteur d'ondulation : 50 à 80 mm, surface de dissipation thermique par onde unique ≥ 0,1 m²) ou des radiateurs à ailettes (espacement des ailettes : 15 à 20 mm) sont installés en fonction de la capacité. Les grands modèles sont équipés de pompes à huile submersibles et de dispositifs de refroidissement par air (débit de la pompe à huile ≥ 50 L/min, pression d'air du ventilateur ≥ 200 Pa) afin de garantir que la vitesse de circulation de l'huile réponde aux exigences de dissipation thermique en cas de surcharge.

④ Type à sec : Des dissipateurs thermiques en aluminium ou des conduits de refroidissement à circulation d'air forcée sont installés à l'extérieur des enroulements. L'écart entre les conduits et les enroulements est inférieur ou égal à 1 mm afin de garantir une circulation d'air homogène.

⑤ Traitement d'isolation de type sec :Une fois les enroulements moulés et durcis, un meulage de surface et une réparation de l'isolation sont effectués afin de garantir l'absence de bavures ou de bulles à la surface (diamètre des bulles ≤ 0,5 mm, nombre ≤ 3 par m²). L'ensemble de la surface est recouvert par pulvérisation d'un revêtement anti-pollution (tel que le revêtement PRTV, épaisseur : 0,3 à 0,5 mm) afin d'améliorer la résistance à la pollution.

5.Procédé spécial de renforcement

① Prévention des courts-circuits et amélioration de la résistance mécanique :Des structures de fixation rigides (telles que des vis de serrage et des colliers de serrage) sont utilisées entre les enroulements, le noyau et le réservoir d'huile. Une vérification par simulation aux éléments finis (simulation de la force de court-circuit ≥ 25 fois le courant nominal) est effectuée afin de s'assurer que la résistance aux courts-circuits est conforme aux normes.

② Le changeur de prises est équipé d'un interrupteur à vide ou de contacts en alliage d'argent et de tungstène : avec une pression de contact ≥ 50 N, une résistance de contact ≤ 50 μΩ et une durée de vie mécanique ≥ 5 000 cycles.

③ Procédé d'étanchéité totale et de protection anticorrosion :Les transformateurs à huile peuvent, en option, être dotés d'une structure entièrement étanche. Le réservoir d'huile est soudé par soudage à l'arc sous argon (renfort de soudure : 0 à 2 mm, sans pores ni inclusions) et est soumis à un essai de pression hydraulique à 1,5 fois la pression nominale (aucune fuite pendant 30 minutes).

④ La surface des réservoirs de fioul extérieurs est dérouillée par sablage : puis recouvert d'un apprêt époxy riche en zinc (épaisseur : 60 à 80 μm) et d'une couche de finition résistante aux intempéries (épaisseur : 40 à 60 μm), et résiste à un essai au brouillard salin d'une durée ≥ 1 000 heures sans présenter de traces de rouille.

6.Processus de test et de contrôle qualité

① Les transformateurs à forte surcharge doivent passer des essais dont les exigences dépassent largement celles des normes habituelles : Les principaux essais comprennent : Essai d'élévation de température en surcharge : simuler un fonctionnement continu sous des charges égales à 1,5 fois et 2 fois la charge nominale, surveiller la température du point chaud de l'enroulement (classe F ≤ 155 ℃, classe H ≤ 180 ℃) et l'élévation de température maximale de l'huile (≤ 55 K) afin de s'assurer que la courbe d'élévation de température répond aux exigences de conception.

② Test d'efficacité énergétique : Les pertes à vide et les pertes en charge doivent être conformes à la norme d'efficacité énergétique de premier niveau GB 20052, et l'augmentation des pertes en cas de surcharge doit être inférieure ou égale à 5% de la valeur de conception.

Caractéristiques techniques

Transformateur à huile de 10 kV à haute capacité de surcharge

Capacité nominale	H.V.	L.V.	Symbole de connexion	Perte à vide (W)			Perte en charge (W)			Impédance de court-circuit
Capacité nominale	H.V.	L.V.	Symbole de connexion	S13	S20	S22	S13	S20	S22	Impédance de court-circuit
30	6 6.3 10 10.5 11	0.4	Dyn11 Yyn0	80	70	65	630/660	505/480	455/430	4
50				100	90	80	910/870	730/695	655/625
63				110	100	90	1090/1040	870/830	785/745
80				130	115	105	1310/1250	1050/1000	945/900
100				150	135	120	1580/1500	1265/1200	1140/1080
125				170	150	135	1890/1800	1510/1440	1360/1295
160				200	180	160	2310/2200	1850/1760	1665/1585
200				240	215	190	2730/2600	2185/2080	1970/1870
250				290	260	230	3200/3050	2560/2440	2300/2195
315				340	305	270	3830/3650	3065/2920	2760/2630
400				410	370	330	4520/4300	3615/3440	3250/3095
500				480	430	385	5410/5150	4330/4120	3900/3710
630				570	510	460	6200	4960	4460	4.5
800				700	630	560	7500	6000	5400
1000				830	745	665	10300	8240	7415
1250				970	870	780	12000	9600	8640
1600				1170	1050	940	14500	11600	10440
2000				1360	1225	1085	18300	14640	13180	5
2500				1600	1440	1280	21200	14840	13360	5

FAQ

1. Quelle est la différence entre un transformateur à forte capacité de surcharge et un transformateur ordinaire ?

① La différence fondamentale réside dans le concept de conception et les capacités. Transformateur classique : à l'instar d'un marathonien, il doit fonctionner de manière stable à sa puissance nominale pendant une longue période, avec une faible capacité de surcharge. Une surcharge de courte durée provoquera une surchauffe importante, entraînant un vieillissement de l'isolation, voire des dommages.

② Transformateur à forte capacité de surcharge : à l’instar d’un boxeur poids lourd, son “ squelette ” (enroulements, noyau) et ses “ muscles ” (système d’isolation) sont spécialement renforcés, ce qui lui permet de supporter 1,5 fois, voire 2 fois sa capacité nominale pendant une courte période (par exemple plusieurs heures) avec une “ force explosive ”, sans s’endommager ni compromettre sa durée de vie normale.

2. Une " surcharge " risque-t-elle de réduire la durée de vie du transformateur ?

Il s'agit là d'une idée fausse courante. Une surcharge correctement conçue et gérée ne réduit pas de manière significative la durée de vie du transformateur. Les transformateurs à forte capacité de surcharge utilisent des matériaux d'isolation à haute résistance thermique, tels que la classe H (180 °C) ou la classe C (220 °C). Leur conception permet à la température au point chaud de l’enroulement d’atteindre temporairement une valeur très élevée (par exemple 160 °C) en cas de surcharge, et le taux de vieillissement du matériau isolant reste très faible à cette température. Les transformateurs ordinaires utilisent une isolation de classe A (105 °C), qui accélère le vieillissement lorsque la température dépasse cette valeur. Par conséquent, les transformateurs à haute capacité de surcharge maintiennent la “ surcharge ” dans une plage raisonnable que leurs matériaux isolants sont capables de supporter.

3. Mon projet nécessite-t-il l'utilisation d'un transformateur à forte capacité de surcharge ?

① Cette solution est particulièrement adaptée si votre charge électrique présente les caractéristiques suivantes : un taux de charge annuel moyen faible (<40%), mais des charges à court terme ou saisonnières extrêmement élevées ; des charges soumises à des chocs importants ou à des fluctuations périodiques (telles que le démarrage de fours à arc, de laminoirs et de cellules électrolytiques).

② En cas de prévisions d'augmentation de la capacité mais de volonté de réduire les investissements, remplacer un transformateur standard de grande capacité, qui pourrait s'avérer nécessaire à l'avenir, par un transformateur à forte capacité de surcharge. Espace d'installation limité, ne permettant pas d'accueillir un transformateur de plus grande capacité.

4. Comment choisir un transformateur adapté aux surcharges élevées ? Quels sont les principaux paramètres à prendre en compte ?

① Les points suivants doivent être précisés lors de la sélection : Courbe de charge : préciser le coefficient de surcharge et la durée (par exemple, nécessité de fonctionner à 1,6 fois la charge pendant 4 heures).

② Capacité nominale : déterminée en fonction d'une charge normale, et non d'une surcharge.

③ Classe de résistance thermique de l'isolation : au moins la classe H, qui constitue la base permettant de garantir la capacité de surcharge.

④ Mode de refroidissement : à bain d'huile (ONAN, bonne dissipation thermique, forte capacité de surcharge) ou à sec (bonne résistance au feu, adapté à une utilisation en intérieur).

⑤ Valeur des pertes : veillez à tenir compte des pertes à vide (Po) et des pertes en charge (Pk), et choisissez des produits économes en énergie afin de réduire les coûts d'exploitation.

⑥ Indice de protection : sélectionnez l'indice de protection IP adapté en fonction de l'environnement d'installation.

5. Quels sont les indicateurs de surveillance les plus importants lors du fonctionnement d'un transformateur soumis à une forte surcharge ?

Il est nécessaire de surveiller en temps réel la température des enroulements (grâce à des capteurs PT100 intégrés) et la température de l'huile en surface (pour les modèles à immersion dans l'huile). Veillez à ce que la température soit maintenue dans les limites spécifiées par notre société, même en cas de surcharge. Parallèlement, le courant de charge doit également être surveillé afin de s'assurer qu'il ne dépasse pas la courbe de surcharge prédéfinie.

6. À quoi faut-il veiller une fois le fonctionnement à forte surcharge terminé ?

Une fois le fonctionnement en surcharge terminé, le transformateur se trouve dans un état de température élevée. Il doit continuer à fonctionner à vide ou sous faible charge pendant un certain temps, et utiliser son propre système de refroidissement (refroidissement naturel par air ou circulation d’huile) pour ramener progressivement la température à un niveau normal, afin d’éviter les dommages dus aux contraintes subies par le matériau isolant en cas de refroidissement ou de réchauffement rapide. Pour les transformateurs à refroidissement par air forcé, les ventilateurs doivent être arrêtés avec un certain délai.

7. Son entretien est-il identique à celui des transformateurs classiques ?

① Les opérations d'entretien de base sont similaires (comme la vérification des fixations, le nettoyage du boîtier et la mesure de la résistance d'isolement), mais certains points méritent une attention particulière.

② Analyse de l'huile (pour les modèles à bain d'huile) : effectuez régulièrement une analyse chromatographique de l'huile (DGA), car les températures élevées générées lors d'une surcharge peuvent accélérer le vieillissement des matériaux isolants et entraîner la formation de certains gaz caractéristiques ; la DGA permet de détecter efficacement les défauts potentiels.

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Notre projet

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