17 Questions Courantes sur les Transformateurs de Puissance

1 Pourquoi le noyau du transformateur doit-il être mis à la terre ?
Lors de l'exploitation normale des transformateurs de puissance, le noyau doit avoir une connexion de mise à la terre fiable. Sans mise à la terre, une tension flottante entre le noyau et la terre pourrait provoquer un décharge intermittente. La mise à la terre en un seul point élimine la possibilité d'un potentiel flottant dans le noyau. Cependant, lorsque deux points de mise à la terre ou plus existent, les potentiels inégaux entre les sections du noyau créent des courants circulants entre les points de mise à la terre, provoquant des défauts de chauffage par mise à la terre multiple. Les défauts de mise à la terre du noyau peuvent causer un surchauffage localisé. Dans les cas graves, la température du noyau augmente considérablement, déclenchant des alarmes de gaz léger, et potentiellement entraînant le déclenchement de la protection au gaz lourd. Les sections fondues du noyau créent des courts-circuits entre les feuilles, augmentant les pertes du noyau et affectant sérieusement les performances et l'exploitation du transformateur, nécessitant parfois le remplacement des feuilles d'acier silicium du noyau. Par conséquent, les noyaux des transformateurs doivent avoir exactement un point de mise à la terre - ni plus, ni moins.

2 Pourquoi utilise-t-on des feuilles d'acier silicium pour les noyaux des transformateurs ?
Les noyaux de transformateurs courants sont fabriqués à partir de feuilles d'acier silicium. L'acier silicium est un acier contenant du silicium (aussi appelé sable) à un taux de 0,8 à 4,8 %. L'acier silicium est utilisé car il possède d'excellentes propriétés magnétiques et peut générer une densité de flux magnétique élevée dans les bobines alimentées, permettant ainsi de réduire la taille du transformateur. Les transformateurs fonctionnent toujours sous des conditions de courant alternatif, avec des pertes de puissance non seulement dans la résistance des bobines mais aussi dans le noyau sous magnétisation alternative. Les pertes de puissance dans le noyau sont appelées "pertes fer", qui comprennent la "perte d'hystérésis" et la "perte par courants de Foucault". La perte d'hystérésis se produit lors de la magnétisation en raison de l'hystérésis magnétique, la perte étant proportionnelle à l'aire enclose par la boucle d'hystérésis du matériau. L'acier silicium a une boucle d'hystérésis étroite, ce qui entraîne des pertes d'hystérésis plus faibles et une moindre chauffe.

Si l'acier silicium présente ces avantages, pourquoi ne pas utiliser des blocs solides ? Parce que les noyaux laminés réduisent un autre type de perte fer - la perte par courants de Foucault. Lors de l'exploitation, le courant alternatif dans les bobines crée un flux magnétique alternatif, induisant des courants dans le noyau. Ces courants induits circulent en boucles fermées perpendiculairement à la direction du flux, formant des courants de Foucault qui provoquent une chauffe. Pour réduire les pertes par courants de Foucault, les noyaux de transformateurs utilisent des feuilles d'acier silicium isolées empilées, forçant les courants de Foucault à travers des chemins étroits avec des sections transversales plus petites pour augmenter la résistance. De plus, le silicium dans l'acier augmente la résistivité, réduisant encore les courants de Foucault. Les noyaux de transformateurs utilisent généralement des feuilles d'acier silicium laminé à froid d'une épaisseur de 0,35 mm, découpées et empilées en formes "E-I" ou "C". En théorie, des feuilles plus fines et des bandes plus étroites réduiraient mieux les courants de Foucault. Cela réduirait les pertes par courants de Foucault, diminuerait la montée en température et économiserait du matériau. Cependant, la fabrication pratique des noyaux prend en compte de nombreux facteurs - des feuilles excessivement fines augmenteraient considérablement les coûts de main-d'œuvre et réduiraient la section efficace du noyau. Par conséquent, les dimensions des feuilles d'acier silicium pour les noyaux de transformateurs doivent équilibrer diverses considérations pour atteindre une conception optimale.

3 Quelle est la portée de la protection Buchholz (gaz) ?

• Les courts-circuits multiphasés internes dans le transformateur
• Les courts-circuits entre spires, les courts-circuits entre les bobinages et le noyau ou la cuve
• Les défauts du noyau
• La baisse du niveau d'huile ou la fuite d'huile
• Le mauvais contact dans les changeurs de rapports ou la mauvaise soudure des conducteurs

4 Quelles sont les différences entre la protection différentielle principale du transformateur et la protection Buchholz ?

• La protection différentielle principale du transformateur fonctionne sur le principe des courants circulants, tandis que la protection Buchholz fonctionne sur la base de la production de gaz lors de défauts internes du transformateur.
• La protection différentielle sert de protection principale pour les transformateurs, tandis que la protection Buchholz est la protection principale pour les défauts internes du transformateur.
• Les portées de protection diffèrent :
  A) La protection différentielle couvre :
  • Les courts-circuits multiphasés dans les connexions principales et les bobinages du transformateur
  • Les courts-circuits inter-spires sévères en monophasé
  • Les défauts de terre sur les bobinages et les connexions dans les systèmes de mise à la terre à haut courant
• B) La protection Buchholz couvre :
• • Les courts-circuits multiphasés internes dans le transformateur
  • Les courts-circuits inter-spires, les courts-circuits entre les spires et le noyau ou la cuve
  • Les défauts du noyau (dommages par surchauffe)
  • La baisse du niveau d'huile ou la fuite d'huile
  • Le mauvais contact dans les changeurs de rapports ou la mauvaise soudure des conducteurs

5 Comment gérer les pannes des refroidisseurs du transformateur principal ?

• Lorsque les alimentations de travail pour les sections I et II des refroidisseurs sont perdues, un signal "défaillance de l'alimentation #1, #2" apparaît, et le circuit de déclenchement complet des refroidisseurs du transformateur principal s'active. Signalez immédiatement au dispatching et désactivez cet ensemble de protections.
• Si le basculement entre les alimentations I et II échoue pendant l'exploitation, l'indicateur "arrêt complet des refroidisseurs" s'allume, activant le circuit de déclenchement complet des refroidisseurs du transformateur principal. Signalez immédiatement au dispatching pour désactiver cet ensemble de protections et effectuez rapidement un basculement manuel. Si les contacteurs KM1 ou KM2 ont échoué, ne forcez pas l'excitation.
• Lorsqu'un seul circuit de refroidissement tombe en panne, isolez le circuit de refroidissement défectueux.

6 Quelles sont les conséquences lorsque des transformateurs qui ne remplissent pas les conditions d'exploitation en parallèle sont opérés en parallèle?
Lorsque des transformateurs avec des rapports de transformation différents fonctionnent en parallèle, des courants circulants se développent, affectant la capacité de sortie du transformateur. Lorsque des transformateurs avec des pourcentages d'impédance différents fonctionnent en parallèle, les charges ne peuvent pas être réparties selon les rapports de capacité des transformateurs, ce qui affecte également la capacité de sortie. Lorsque des transformateurs avec des groupes de connexion différents fonctionnent en parallèle, des courts-circuits se produiront dans les transformateurs.

7 Quelles sont les causes des bruits anormaux dans les transformateurs?

• Surcharge
• Contacts internes défectueux causant des arcs électriques
• Composants lâches
• Mise à la terre ou courts-circuits dans le système
• Démarrage de moteurs importants causant des fluctuations significatives de charge

8 Dans quelles situations le changement de prise d'un transformateur à changement de prise sous charge ne doit-il pas être ajusté?

• Lors de l'exploitation en surcharge du transformateur (sauf dans des circonstances particulières)
• Lorsque la protection au gaz léger du changeur de prise sous charge s'active fréquemment
• Lorsque le jauge d'huile du changeur de prise sous charge indique qu'il n'y a pas d'huile
• Lorsque le nombre de changements de prises dépasse les limites spécifiées
• Lorsque le dispositif de changement de prises présente des anomalies

9 Que représentent les valeurs nominales sur une plaque signalétique de transformateur?
Les valeurs nominales des transformateurs sont des spécifications établies par les fabricants pour un fonctionnement normal du transformateur. Le respect de ces valeurs nominales assure un fonctionnement fiable et de haute performance à long terme. Les valeurs nominales comprennent:

• Capacité nominale: La capacité de sortie garantie dans des conditions nominales, exprimée en volt-amperes (VA), kilovolt-amperes (kVA) ou mégavolt-amperes (MVA). En raison de l'efficacité élevée des transformateurs, les capacités nominales des enroulements primaire et secondaire sont généralement conçues pour être égales.
• Tension nominale: La tension aux bornes garantie en conditions de charge nulle, exprimée en volts (V) ou kilovolts (kV). Sauf indication contraire, la tension nominale fait référence à la tension de ligne.
• Courant nominal: Le courant de ligne calculé à partir de la capacité nominale et de la tension nominale, exprimé en ampères (A).
• Courant à vide: Le courant d'excitation en pourcentage du courant nominal en conditions de charge nulle.
• Perte en court-circuit: La perte de puissance active lorsque un enroulement est court-circuité et que la tension est appliquée à l'autre enroulement pour atteindre le courant nominal dans les deux enroulements, exprimée en watts (W) ou kilowatts (kW).
• Perte à vide: La perte de puissance active en conditions de charge nulle, exprimée en watts (W) ou kilowatts (kW).
• Tension en court-circuit: Aussi appelée tension d'impédance, le pourcentage de la tension appliquée par rapport à la tension nominale lorsque un enroulement est court-circuité et que l'autre enroulement transporte le courant nominal.
• Groupe de connexion: Indique les méthodes de connexion des enroulements primaire et secondaire et la différence de phase entre les tensions de ligne, représentée en notation horaire.

10 Pourquoi les onduleurs à source de courant nécessitent-ils une plus grande capacité de transformateur?
La conception des transformateurs prend généralement en compte la capacité nominale plutôt que la puissance nominale, car le courant ne concerne que la capacité nominale. Pour les onduleurs à source de tension, le facteur de puissance d'entrée est proche de 1, donc la capacité nominale et la puissance nominale sont presque égales. Les onduleurs à source de courant diffèrent - leur facteur de puissance d'entrée du côté transformateur est au maximum le facteur de puissance du moteur asynchrone de charge. Par conséquent, pour le même moteur de charge, la capacité nominale doit être plus grande que celle des transformateurs utilisés avec les onduleurs à source de tension.

11 Quels facteurs influencent la capacité du transformateur?
Le choix du noyau est lié à la tension, tandis que le choix du conducteur est lié au courant - l'épaisseur du conducteur affecte directement la production de chaleur. Autrement dit, la capacité du transformateur ne concerne que la production de chaleur. Pour un transformateur bien conçu fonctionnant dans de mauvaises conditions de dissipation thermique, une unité de 1000 kVA pourrait fonctionner à 1250 kVA avec un refroidissement amélioré. De plus, la capacité nominale est liée à la montée en température admissible. Par exemple, un transformateur de 1000 kVA avec une montée en température admissible de 100K pourrait dépasser une capacité de 1000 kVA si on lui permet de fonctionner à 120K dans des circonstances particulières. Cela montre que l'amélioration des conditions de refroidissement du transformateur peut augmenter sa capacité nominale. Inversement, pour un onduleur de même capacité, la taille du boîtier du transformateur peut être réduite.

12 Comment améliorer l'efficacité du transformateur?

• Sélectionnez des transformateurs à faible perte et haute efficacité énergétique chaque fois que possible
• Choisissez la capacité du transformateur de manière raisonnable en fonction des conditions de charge
• Maintenez le facteur de charge moyen du transformateur au-dessus de 70%
• Envisagez de remplacer par des transformateurs de plus petite capacité lorsque le facteur de charge moyen est constamment inférieur à 30%
• Améliorez le facteur de puissance de la charge pour augmenter la capacité du transformateur à fournir de la puissance active
• Configurez les charges de manière raisonnable pour minimiser le nombre de transformateurs en fonctionnement

13 Pourquoi accélérer la rénovation technique des transformateurs de distribution à forte consommation d'énergie?
Les transformateurs de distribution à forte consommation d'énergie font principalement référence aux transformateurs des séries SJ, SJL, SL7, S7, dont les pertes fer et cuivre sont beaucoup plus élevées que celles des transformateurs de la série S9 actuellement répandus. Par exemple, comparé au S9, le S7 a 11% de pertes fer plus élevées et 28% de pertes cuivre plus élevées. Les transformateurs plus récents comme les S10 et S11 sont encore plus économes en énergie que le S9, tandis que les transformateurs en alliage amorphe ont des pertes fer équivalentes à seulement 20% de celles des transformateurs S7. Les transformateurs ont généralement une durée de vie de plusieurs décennies. Le remplacement des transformateurs à forte consommation d'énergie par des modèles à haute efficacité n'améliore pas seulement l'efficacité de conversion de l'énergie, mais permet également d'atteindre des économies d'électricité considérables sur leur durée de vie.

14 Qu'est-ce que le courant de Foucault? Quels dommages cause le courant de Foucault?
Lorsqu'un courant alternatif circule dans un conducteur, il crée un champ magnétique alternatif autour du conducteur. Ce champ alternatif induit des courants à l'intérieur des conducteurs solides. Puisque ces courants induits forment des boucles fermées à l'intérieur du conducteur, similaires aux tourbillons d'eau, ils sont appelés courants de Foucault. Les courants de Foucault ne gaspillent non seulement pas l'énergie électrique, réduisant ainsi l'efficacité des équipements, mais provoquent également un chauffage des dispositifs électriques (comme les noyaux de transformateurs), pouvant affecter le fonctionnement normal des équipements lorsqu'ils sont sévères.

15 Pourquoi la protection instantanée du transformateur doit-elle éviter le courant de court-circuit basse tension?
Cela tient principalement compte de la sélectivité dans le fonctionnement de la protection par relais. La protection instantanée côté haute tension protège principalement contre les graves défauts externes du transformateur. Lors de la configuration, si la protection n'évite pas le courant de court-circuit maximal côté basse tension du transformateur, la portée de la protection s'étendrait aux lignes de sortie basse tension, car les valeurs de courant de court-circuit ne changent pas significativement sur une courte distance près de la sortie basse tension. Cela compromettrait la sélectivité. Bien qu'une protection non sélective soit plus fiable, elle crée des inconvénients opérationnels. Par exemple, de nombreux parcs industriels disposent de salles de distribution principales 10kV (bus 10kV + disjoncteurs de sortie), avec chaque atelier ayant des anneaux de distribution basse tension (unités de sectionnement + transformateurs). Si les disjoncteurs ne évitent pas le courant de court-circuit maximal côté basse tension du transformateur, les interrupteurs principaux basse tension (interrupteurs-fuseurs de sectionnement) et les disjoncteurs haute tension fonctionneraient tous deux, causant des difficultés opérationnelles.

16 Pourquoi deux transformateurs parallèles ne sont-ils pas autorisés à avoir leurs points neutres mis à la terre simultanément?
Dans les systèmes à grand courant, pour satisfaire aux exigences de coordination de sensibilité de la protection par relais, certains transformateurs principaux doivent être mis à la terre tandis que d'autres restent non mis à la terre. Dans une station avec deux transformateurs principaux, ne pas mettre à la terre les deux points neutres simultanément répond principalement à la coordination de la protection de courant zéro-sequence et de tension zéro-sequence. Dans les postes avec plusieurs transformateurs parallèles, généralement, certains points neutres de transformateurs sont mis à la terre tandis que d'autres restent non mis à la terre. Cela limite le courant de défaut à la terre à des niveaux raisonnables et minimise l'impact des changements de mode opérationnel sur la magnitude et la répartition des courants zéro-sequence dans tout le réseau, améliorant la sensibilité des systèmes de protection de courant zéro-sequence.

17 Pourquoi effectuer des essais de fermeture impulsionnelle avant de mettre en service des transformateurs nouvellement installés ou révisés?
La déconnexion d'un transformateur non chargé du réseau crée des surtensions de commutation. Dans les systèmes de mise à la terre à petit courant, ces surtensions peuvent atteindre 3 à 4 fois la tension nominale de phase; dans les systèmes de mise à la terre à fort courant, elles peuvent atteindre 3 fois la tension nominale de phase. Par conséquent, pour vérifier si l'isolation du transformateur peut supporter la tension nominale et les surtensions de commutation opérationnelle, plusieurs essais de fermeture impulsionnelle doivent être effectués avant la mise en service. De plus, l'alimentation d'un transformateur non chargé produit un courant de démarrage de flux magnétique, qui peut atteindre 6 à 8 fois le courant nominal. Étant donné que le courant de démarrage de flux magnétique crée des forces électromagnétiques importantes, les essais de fermeture impulsionnelle vérifient également efficacement la résistance mécanique du transformateur et si la protection par relais pourrait mal fonctionner.