Méthodes de refroidissement des transformateurs | Explication de ONAN à ODWF
1. Refroidissement naturel à l'huile (ONAN)
Le principe de fonctionnement du refroidissement naturel à l'huile consiste à transférer la chaleur générée à l'intérieur du transformateur vers la surface du bac et des tubes de refroidissement par convection naturelle de l'huile du transformateur. La chaleur est ensuite dissipée dans l'environnement par convection d'air et conduction thermique. Cette méthode de refroidissement ne nécessite aucun équipement de refroidissement dédié.
Applicable à :
Des produits avec une capacité jusqu'à 31 500 kVA et un niveau de tension jusqu'à 35 kV ;
Des produits avec une capacité jusqu'à 50 000 kVA et un niveau de tension jusqu'à 110 kV.
2. Refroidissement forcé à l'air (ONAF)
Le refroidissement forcé à l'air est basé sur le principe de l'ONAN, avec l'ajout de ventilateurs montés sur la surface du bac ou des tubes de refroidissement. Ces ventilateurs améliorent la dissipation de la chaleur par flux d'air forcé, augmentant la capacité et la charge admissible du transformateur de près de 35 %. Pendant le fonctionnement, des pertes telles que les pertes fer, cuivre et autres formes de chaleur sont générées. Le processus de refroidissement est le suivant : tout d'abord, la chaleur est transférée par conduction du noyau et des enroulements à leurs surfaces et dans l'huile du transformateur. Ensuite, par convection naturelle de l'huile, la chaleur est continuellement transférée aux parois internes du bac et des tubes de radiateur. Ensuite, la chaleur est conduite aux surfaces externes du bac et des radiateurs. Enfin, la chaleur est dissipée dans l'air environnant par convection d'air et rayonnement thermique.
Applicable à :
De 35 kV à 110 kV, de 12 500 kVA à 63 000 kVA ;
110 kV, inférieur à 75 000 kVA ;
220 kV, inférieur à 40 000 kVA.
3. Refroidissement forcé par circulation d'huile et air (OFAF)
Applicable aux transformateurs avec une capacité de 50 000 à 90 000 kVA et un niveau de tension de 220 kV.
4. Refroidissement forcé par circulation d'huile et eau (OFWF)
Principalement utilisé pour les transformateurs de relèvement dans les centrales hydroélectriques, applicable aux transformateurs avec un niveau de tension de 220 kV et plus et une capacité de 60 MVA et plus.
Le principe de fonctionnement du refroidissement forcé par circulation d'huile et du refroidissement forcé par circulation d'huile et eau est le même. Lorsqu'un transformateur principal adopte le refroidissement par circulation forcée d'huile, des pompes à huile dirigent l'huile à travers le circuit de refroidissement. Le refroidisseur d'huile est spécialement conçu pour une dissipation efficace de la chaleur, souvent assisté par des ventilateurs électriques. En augmentant la vitesse de circulation de l'huile trois fois, cette méthode peut augmenter la capacité du transformateur d'environ 30 %. Le processus de refroidissement implique des pompes immergées qui dirigent l'huile dans les canaux entre le noyau ou les enroulements pour emporter la chaleur. L'huile chaude provenant du sommet du transformateur est ensuite extraite par une pompe, refroidie dans le refroidisseur, et renvoyée au fond du bac d'huile, formant une boucle de circulation forcée d'huile.
5. Refroidissement forcé par circulation directe d'huile et air (ODAF)
Applicable à :
75 000 kVA et plus, 110 kV ;
120 000 kVA et plus, 220 kV ;
Transformateurs de classe 330 kV et 500 kV.
6. Refroidissement forcé par circulation directe d'huile et eau (ODWF)
Applicable à :
75 000 kVA et plus, 110 kV ;
120 000 kVA et plus, 220 kV ;
Transformateurs de classe 330 kV et 500 kV.
Composants du refroidisseur de transformateur à refroidissement forcé par circulation d'huile et air
Les transformateurs traditionnels sont équipés de systèmes de ventilation manuellement contrôlés. Chaque transformateur dispose généralement de six ensembles de moteurs de refroidissement nécessitant un contrôle centralisé. Le fonctionnement des ventilateurs repose sur des relais thermiques, dont les circuits d'alimentation sont contrôlés par des contacteurs. Les ventilateurs sont démarrés ou arrêtés en fonction de la température de l'huile du transformateur et des conditions de charge par un jugement logique.
Ces systèmes de contrôle traditionnels nécessitent une intervention manuelle importante et présentent des inconvénients notables : tous les ventilateurs démarrent et s'arrêtent simultanément, entraînant des courants d'appel élevés qui peuvent endommager les composants du circuit. Lorsque la température de l'huile se situe entre 45°C et 55°C, il est courant de faire fonctionner tous les ventilateurs à pleine capacité, ce qui entraîne un gaspillage d'énergie important et augmente les défis de maintenance. Les systèmes de contrôle de refroidissement traditionnels utilisent principalement des relais, des relais thermiques et des circuits logiques à contacts. La logique de contrôle est complexe, et le commutage fréquent des contacteurs peut causer des brûlures de contacts. De plus, les ventilateurs manquent souvent de protections essentielles telles que la protection contre la surcharge, la perte de phase et la sous-tension, réduisant la fiabilité opérationnelle et augmentant les coûts de maintenance.
Fonctions du bac et du système de refroidissement du transformateur
Le bac du transformateur sert d'enveloppe extérieure, abritant le noyau, les enroulements et l'huile du transformateur, tout en offrant une certaine capacité de dissipation de la chaleur.
Le système de refroidissement du transformateur crée une circulation d'huile pilotée par la différence de température entre les couches supérieure et inférieure de l'huile. L'huile chaude circule à travers un échangeur de chaleur où elle est refroidie, puis renvoyée au fond du bac, réduisant ainsi efficacement la température de l'huile. Pour améliorer l'efficacité du refroidissement, des méthodes telles que le refroidissement par air, le refroidissement forcé par circulation d'huile et air, ou le refroidissement forcé par circulation d'huile et eau peuvent être employées.
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