Transformateurs secs en résine époxy contre transformateurs immergés dans l'huile : pourquoi une élévation moyenne de température plus élevée ?

L'élévation de température moyenne plus élevée dans les transformateurs secs en résine époxy provient des différences fondamentales dans les milieux de refroidissement et les méthodes de dissipation de chaleur sur lesquels ils reposent par rapport aux transformateurs immergés dans l'huile. En termes simples, l'air est beaucoup moins efficace pour évacuer la chaleur que l'huile de transformateur.

Plus précisément, les facteurs clés suivants contribuent à cette différence :

1. Disparité significative de l'efficacité du milieu de refroidissement

1.1 Différence inhérente de conductivité thermique

C'est la raison la plus fondamentale. La conductivité thermique de l'air est environ un cinquième de celle de l'huile minérale, et sa capacité thermique massique est inférieure à la moitié de celle de l'huile. Cela signifie que, dans des conditions identiques, l'air a une capacité beaucoup plus faible à conduire et à absorber la chaleur. Par conséquent, les transformateurs secs ne peuvent compter que sur la convection de l'air pour le refroidissement, tandis que les transformateurs immergés dans l'huile utilisent la circulation d'huile chaude pour transférer efficacement la chaleur à la paroi de la cuve par convection, où elle est ensuite dissipée vers l'extérieur.

1.2 Reflet direct dans les limites normales d'échauffement

Cette différence d'efficacité de refroidissement se reflète directement dans les limites d'échauffement distinctes spécifiées dans les normes CEI pour les deux types de transformateurs. Prenons l'exemple du transformateur sec isolé en classe F, le plus couramment utilisé, sa limite d'échauffement moyen des enroulements est de 100 K. En revanche, le transformateur immergé dans l'huile isolé en classe A a une limite d'échauffement moyen des enroulements de 65 K.

Vziman Transformateur de distribution sec de la série SCB

Il est évident que la limite d'échauffement admissible pour les transformateurs secs est en fait plus basse. Cela reflète précisément leur capacité de dissipation de chaleur plus faible lorsqu'ils utilisent l'air comme milieu de refroidissement—pour garantir que le taux de vieillissement thermique du matériau isolant reste contrôlable sur une opération à long terme, la norme doit imposer des contrôles plus stricts sur son échauffement, protégeant ainsi la durée de vie du transformateur.

2. L'effet « d'isolation thermique » de la structure d'isolation

Une autre caractéristique des transformateurs secs coulés en résine époxy est que leurs enroulements haute et basse tension sont encapsulés de manière intégrale dans une masse solide de résine époxy. Bien que cette structure offre des avantages tels que la résistance à l'humidité et l'ignifugation, elle introduit un nouveau défi pour la dissipation de la chaleur : la chaleur générée par les enroulements doit d'abord traverser la couche de résine époxy—qui ne conduit pas très bien la chaleur—avant de pouvoir atteindre la surface et être évacuée par l'air. Ce processus enveloppe essentiellement les enroulements dans une « veste d'isolation thermique », ce qui entraîne plusieurs conséquences :

• Réponse thermique lente : En raison de la conductivité thermique relativement faible et de la capacité thermique massique relativement élevée de la résine, l'échauffement dans les transformateurs secs change plus lentement que dans les transformateurs immergés dans l'huile lorsque les charges fluctuent, et ils mettent plus de temps à atteindre l'équilibre thermique.

• Distribution inégale de la température : Parce que la chaleur a tendance à s'accumuler à l'intérieur et n'est pas facilement dissipée, la distribution de la température à l'intérieur des transformateurs secs est généralement plus inégale que dans les transformateurs immergés dans l'huile, avec des températures de points chauds relativement plus élevées.

Série Vziman Transformateur de puissance immergé dans l'huile scellé

3. Philosophies sous-jacentes différentes dans l'élaboration des normes

Les approches pour fixer les limites d'échauffement pour les deux types de transformateurs sont essentiellement opposées. La limite plus basse pour les transformateurs secs est intrinsèquement une stratégie conservatrice adoptée pour protéger la durée de vie de leur système d'isolation (résine époxy). Les transformateurs immergés dans l'huile, en revanche, bénéficient de l'huile en tant que milieu de refroidissement et d'isolation hautement efficace, de sorte que les normes leur permettent de fonctionner à des températures plus élevées tout en maintenant la stabilité.

4. Considérations pour la sélection des transformateurs

Lors de la sélection d'un type de transformateur, l'environnement d'installation et les conditions de refroidissement doivent être pris en compte :

• Prioriser les transformateurs secs : Pour une installation à l'intérieur, dans des sous-sols, des immeubles de grande hauteur ou d'autres zones à ventilation limitée ou à forte densité d'occupation où les exigences de sécurité incendie sont strictes. Étant donné qu'ils reposent sur le refroidissement par air avec une capacité de dissipation limitée (limite d'échauffement moyen des enroulements pour l'isolation de classe F de 100 K), la capacité de ventilation doit être vérifiée lors de la sélection, et un refroidissement par air forcé doit être ajouté si nécessaire.

Transformateurs secs Vziman (série SCB) utilisent la coulée sous vide en résine époxy, offrant une résistance au feu, une résistance à l'humidité et un fonctionnement sans maintenance. Ils sont équipés d'un système de contrôle de température intelligent qui surveille la température en temps réel et démarre/arrête automatiquement les ventilateurs et déclenche des alarmes de surtempérature. En refroidissement forcé par air, ils peuvent supporter une charge de 120%–150% en continu, ce qui les rend idéaux pour les applications intérieures à haute fiabilité.

• Privilégier les transformateurs immergés : Pour une installation sur des sites extérieurs autonomes ou dans des zones ouvertes et bien ventilées où une fosse de rétention d'huile peut être aménagée. Avec l'huile comme fluide de refroidissement, ils offrent une efficacité de dissipation thermique élevée (limite d'élévation de température moyenne de l'enroulement pour une isolation de classe A de 65 K) et une forte capacité de surcharge, ce qui les rend adaptés à un fonctionnement continu à forte charge.

Transformateurs immergés Vziman (série S-M) présentent une structure de cuve ondulée entièrement scellée qui empêche la pénétration de l'humidité et de l'oxygène, ralentissant le vieillissement de l'isolation et permettant un fonctionnement sans maintenance. Le noyau utilise des tôles en acier au silicium à faibles pertes, permettant d'obtenir de faibles pertes à vide, ce qui les rend idéaux pour les postes de transformation extérieurs compacts et les applications exigeant une rentabilité opérationnelle à long terme.

Brève directive de sélection : Pour les installations extérieures, les conditions de forte charge et les exigences strictes de contrôle de l'élévation de température—choisissez les transformateurs immergés (Vziman série S-M). Pour les installations intérieures avec des exigences élevées de sécurité incendie et des contraintes d'espace—choisissez les transformateurs secs (Vziman série SCB), et assurez-vous que des mesures de refroidissement renforcées sont mises en œuvre.

5. Résumé

En résumé, la limite d'élévation de température plus élevée des transformateurs secs ne signifie pas nécessairement qu'ils génèrent plus de chaleur. Il s'agit plutôt du résultat combiné des limitations inhérentes au refroidissement (utilisation de l'air comme milieu) et des barrières structurelles à la dissipation thermique (encapsulation dans la résine époxy). Pour garantir une durée de vie acceptable au transformateur dans cet environnement « thermiquement isolé », la norme doit imposer des limites d'élévation de température plus strictes et conserver une marge de conception.
Édité à partir de :Echo