Transformateurs de puissance 101 : Courant d'excitation, régulation de tension et plus

Quels sont les types de transformateurs de puissance et quels sont leurs principaux composants ?

Les transformateurs de puissance existent sous divers types pour répondre aux besoins évolutifs des systèmes électriques. Ils peuvent être classés en monophasés ou triphasés selon la configuration de phase ; à noyau central ou à noyau de coquille selon l'agencement relatif des enroulements et du noyau ; et à refroidissement sec, à air, à circulation forcée d'huile refroidie par air, ou à eau selon les méthodes de refroidissement. En termes d'isolation du point neutre, les transformateurs sont catégorisés comme entièrement isolés ou partiellement isolés. De plus, les classes d'isolation des enroulements sont désignées A, E, B, F et H en fonction du type de matériau. Chaque type de transformateur a des exigences opérationnelles spécifiques. Les principaux composants d'un transformateur de puissance comprennent le noyau, les enroulements, les chemises, la cuve d'huile, le conservateur (oreiller d'huile), le radiateur et les accessoires associés.

Qu'est-ce que le courant de démarrage dans les transformateurs et quelle en est la cause ?

Le courant de démarrage fait référence au courant transitoire qui circule dans les enroulements du transformateur lorsque la tension est initialement appliquée. Il se produit lorsque le flux magnétique résiduel dans le noyau s'aligne avec le flux magnétique produit par la tension appliquée, faisant en sorte que le flux total dépasse le niveau de saturation du noyau. Cela entraîne un grand courant de démarrage, qui peut atteindre 6 à 8 fois le courant nominal. L'amplitude du courant de démarrage dépend de facteurs tels que l'angle de phase de la tension lors de la mise sous tension, la quantité de flux résiduel dans le noyau et l'impédance du système source. Le pic du courant de démarrage se produit généralement lorsque la tension est au passage par zéro (correspondant au pic de flux). Le courant de démarrage contient des composantes DC et harmoniques supérieures et décroît au fil du temps en raison de la résistance et de la réactance du circuit, généralement en 5 à 10 secondes pour les grands transformateurs et environ 0,2 seconde pour les unités plus petites.

Quelles sont les méthodes de régulation de tension dans les transformateurs ?

Il existe deux principales méthodes de régulation de tension : la variation de rapport de transformation sous charge (OLTC) et la variation de rapport de transformation hors charge (DETC).La régulation de tension sous charge permet des ajustements de position de prise pendant que le transformateur est alimenté et en fonctionnement, permettant un contrôle continu de la tension en modifiant le rapport de tours. Les configurations courantes incluent la prise en fin de ligne et la prise au point neutre. La prise au point neutre offre des exigences d'isolation réduites mais nécessite que le point neutre soit solidement mis à la terre pendant le fonctionnement.
La régulation de tension hors charge implique de changer la position de prise uniquement lorsque le transformateur n'est pas alimenté ou pendant la maintenance.

Qu'est-ce qu'un transformateur entièrement isolé et qu'est-ce qu'un transformateur partiellement isolé ?

Un transformateur entièrement isolé (également connu sous le nom d'isolé uniformément) présente des niveaux d'isolation constants tout au long de l'enroulement. En revanche, un transformateur partiellement isolé (ou à isolation graduelle) présente des niveaux d'isolation réduits près du point neutre par rapport aux extrémités de ligne.

Quelle est la différence de principes de fonctionnement entre les transformateurs de tension et les transformateurs de courant ?

Les transformateurs de tension (VTs) sont principalement utilisés pour la mesure de la tension, tandis que les transformateurs de courant (CTs) sont utilisés pour la mesure du courant. Les principales différences opérationnelles incluent :

• Le côté secondaire d'un CT ne doit jamais être ouvert-circuité mais peut être court-circuité. À l'inverse, le secondaire d'un VT ne doit jamais être court-circuité mais peut être ouvert-circuité.

• Un VT a une impédance primaire très faible par rapport à sa charge secondaire, ce qui le fait se comporter comme une source de tension. En revanche, un CT a une impédance primaire élevée et fonctionne comme une source de courant avec une résistance interne pratiquement infinie.

• En fonctionnement normal, un VT fonctionne avec une densité de flux magnétique proche de la saturation, qui peut diminuer lors des défauts du système en raison de la chute de tension. Un CT, en revanche, fonctionne à basse densité de flux en conditions normales. Lors des courts-circuits, l'augmentation du courant primaire peut pousser le noyau vers une saturation profonde, augmentant ainsi les erreurs de mesure. Par conséquent, il est recommandé de sélectionner des CTs ayant une forte résistance à la saturation.