Comment résoudre les problèmes de qualité de l'énergie dans les transformateurs de systèmes électriques

Transformateurs et Surveillance de la Qualité de l'Énergie

Le transformateur est un composant central du système d'alimentation. La surveillance de la qualité de l'énergie est fondamentale pour assurer la sécurité des transformateurs, améliorer l'efficacité du système et réduire les coûts d'exploitation et de maintenance—ce qui a un impact direct sur la fiabilité et les performances de l'ensemble du réseau électrique.

Pourquoi Effectuer des Tests de Qualité de l'Énergie sur les Transformateurs?

• Assurer le Fonctionnement Sécurisé des Transformateurs
  Les problèmes de qualité de l'énergie—tels que les harmoniques, les fluctuations de tension et le déséquilibre de charge—peuvent causer un surchauffage, le vieillissement de l'isolation, une diminution de l'efficacité et même une défaillance prématurée.

• Identifier la Pollution Harmonique et Prévenir le Surchargement
  Les systèmes électriques modernes utilisent largement des charges non linéaires (par exemple, les systèmes UPS, l'électronique de puissance, les onduleurs), qui génèrent des courants harmoniques. Ces derniers augmentent les pertes en fer et en cuivre dans les transformateurs. Lorsque la Distorsion Harmonique Totale (DHT) dépasse 5%, les transformateurs courent un risque significatif de surcharge.

• Prévenir les Dysfonctionnements des Équipements en Raison des Fluctuations de Tension
  Des fluctuations de tension fréquentes ou des clignotements peuvent destabiliser le transformateur et les équipements en aval, conduisant à des erreurs opérationnelles.

• Contrôler le Déséquilibre de Charge pour Éviter la Surchauffe Localisée
  Un déséquilibre de charge triphasé provoque un courant neutre excessif, entraînant une surchauffe localisée, une diminution de l'efficacité et un potentiel de dommage au transformateur.

• Assurer la Sécurité du Système de Mise à la Terre et Prévenir les Problèmes de Tension N-G
  Une conception inadéquate de la mise à la terre peut entraîner un déplacement du point neutre, causant une tension anormale Neutre-Terre (N-G), ce qui perturbe le fonctionnement du transformateur et celui des dispositifs de protection.

Comment Réaliser une Surveillance Systématique de la Qualité de l'Énergie sur les Transformateurs

Contrôle Harmonique et Application du Facteur K

• Utiliser des Transformateurs avec Facteur K: Sélectionner un facteur K approprié (par exemple, K-4, K-13, K-20) en fonction des caractéristiques harmoniques de la charge pour améliorer la capacité du transformateur à résister aux courants harmoniques.

• Limiter la DHT (Distorsion Harmonique Totale): Maintenir la DHT en dessous de 5%, conformément aux normes IEEE 519.

• Installer des Équipements de Filtrage: Déployer des filtres actifs ou passifs près des sources harmoniques pour réduire l'injection harmonique dans le système.

Suppression de la Distorsion et des Fluctuations de Tension

• Utiliser des Équipements de Stabilisation de Tension: Utiliser des Régulateurs de Tension Automatiques (RTA) ou des Générateurs de Var Statiques (GVS) pour stabiliser la tension.

• Optimiser la Planification de la Charge: Éviter le démarrage simultané des équipements à haute puissance pour minimiser les affaissements de tension.

• Mettre en Place la Surveillance et l'Alerte: Déployer des systèmes de surveillance de la qualité de l'énergie pour détecter et alerter en temps réel sur les anomalies de tension.

Atténuation du Déséquilibre de Charge

• Optimiser la Distribution de la Charge: Maintenir des courants triphasés équilibrés.

• Utiliser des Équilibreurs de Charge: Équilibrer automatiquement les charges dans les applications où l'ajustement manuel n'est pas pratique.

• Inspection et Ajustement Réguliers: Utiliser des analyseurs de qualité de l'énergie pour surveiller et corriger périodiquement les niveaux de déséquilibre.

Pratiques de Mise à la Terre des Transformateurs

• Conception et Maintenance Adéquate du Système de Mise à la Terre

• Mise à la Terre du Neutre: Dans les Systèmes Dérivés Indépendants (SDI), le point neutre doit être correctement mis à la terre selon des normes telles que la NEC 250 pour prévenir le "flottage de la terre."

• Contrôle de la Tension N-G: Stabiliser le potentiel neutre par une mise à la terre adéquate pour minimiser la tension Neutre-Terre.

• Résistance de Mise à la Terre Conforme: Assurer que la résistance de mise à la terre répond aux exigences réglementaires (par exemple, ≤4Ω).

• Éviter le Mélange de la Mise à la Terre: Garder la terre de signal et la terre de puissance séparées pour réduire les interférences.

• Tests Réguliers: Utiliser un testeur de résistance de mise à la terre pour vérifier périodiquement l'intégrité du système.

Dimensionnement de la Capacité avec Correction du Facteur de Distorsion

• Tenir Compte du Facteur de Crête (FC) et du Facteur de Dérating Harmonique (FDH): Ajuster la capacité du transformateur en fonction des caractéristiques réelles de la charge.

• Suivre la Norme ANSI/IEEE C57.110: Appliquer les facteurs de dérating de la norme pour une sélection de capacité précise.

• Fournir une Marge de Capacité: Réserver 10–20% de capacité supplémentaire lors de la conception pour accommoder les futures charges et les effets harmoniques.