Guide des caractéristiques, de l'installation, de l'exploitation et de la mise en service des transformateurs à sec de la série SC

Les transformateurs à sec désignent les transformateurs de puissance dont le noyau et les enroulements ne sont pas immergés dans l'huile. Au lieu de cela, les bobines et le noyau sont moulés ensemble (généralement avec de la résine époxy) et refroidis par convection naturelle d'air ou par refroidissement forcé d'air. En tant que type relativement récent d'équipement de distribution de puissance, les transformateurs à sec sont largement utilisés dans les systèmes de transmission et de distribution d'énergie dans les ateliers d'usine, les immeubles de grande hauteur, les centres commerciaux, les aéroports, les ports, les métros et les plateformes pétrolières offshore. Ils peuvent également être combinés avec des armoires de commutation pour former des postes de transformation préfabriqués compacts et intégrés.

Actuellement, la plupart des transformateurs de puissance à sec produits en Chine sont des unités triphasées solidifiées de la série SC, telles que : la série SCB9 de transformateurs triphasés à enroulements, la série SCB10 de transformateurs triphasés à enroulements en feuille, et la série SCB9 de transformateurs triphasés à enroulements en feuille. Leurs tensions nominales varient généralement de 6 kV à 35 kV, avec des capacités maximales atteignant jusqu'à 25 MVA. Ce document se concentrera sur les transformateurs à sec triphasés de la série SC pour fournir une explication détaillée de leurs caractéristiques et des procédures d'installation et de mise en service.

1. Caractéristiques des transformateurs à sec

Comparés aux transformateurs immergés dans l'huile, les transformateurs à sec ne contiennent pas d'huile, éliminant ainsi les risques d'incendie, d'explosion et de pollution. Par conséquent, les codes électriques et réglementations n'exigent pas que les transformateurs à sec soient installés dans une pièce séparée. Surtout dans les séries plus récentes, les pertes et les niveaux de bruit ont été réduits à de nouveaux bas, rendant possible l'installation du transformateur dans la même salle de distribution que les tableaux de basse tension.

1.1 Système de contrôle de température des transformateurs à sec
Le fonctionnement sûr et la durée de vie d'un transformateur à sec dépendent en grande partie de la sécurité et de la fiabilité de l'isolation des enroulements. L'échec de l'isolation causé par des températures d'enroulement dépassant la limite thermique de résistance de l'isolation est l'une des principales raisons du fonctionnement anormal du transformateur. Par conséquent, la surveillance de la température de fonctionnement du transformateur et la mise en œuvre de fonctions d'alarme et de contrôle sont extrêmement importantes.

1.2 Méthodes de protection des transformateurs à sec
En fonction des conditions environnementales et des exigences de protection, les transformateurs à sec peuvent être équipés de différents boîtiers. Les boîtiers de classe IP23 sont couramment sélectionnés, qui empêchent l'entrée d'objets solides étrangers de plus de 12 mm et d'animaux tels que rats, serpents, chats et oiseaux, provoquant des pannes graves comme les courts-circuits et les coupures de courant, offrant ainsi une barrière de sécurité pour les parties sous tension. Si le transformateur doit être installé en extérieur, un boîtier IP23 peut être utilisé ; en plus de la protection offerte par IP20, il empêche également les gouttes d'eau tombant à des angles allant jusqu'à 60° de la verticale. Cependant, un boîtier IP23 réduit la capacité de refroidissement du transformateur, donc il faut faire attention à réduire sa capacité de fonctionnement en conséquence.

1.3 Méthodes de refroidissement des transformateurs à sec
Les transformateurs à sec utilisent deux méthodes de refroidissement : le refroidissement par air naturel (AN) et le refroidissement par air forcé (AF). Avec le refroidissement par air naturel, le transformateur peut fonctionner de manière continue à sa capacité nominale. Avec le refroidissement par air forcé, la capacité de sortie du transformateur peut être augmentée de 50 %. Ce mode est adapté pour une surcharge intermittente ou en cas d'urgence. Cependant, pendant une opération en surcharge, les pertes de charge et la tension d'impédance augmentent considérablement, entraînant un fonctionnement non économique ; par conséquent, une opération en surcharge continue prolongée doit être évitée.

1.4 Capacité de surcharge des transformateurs à sec
La capacité de surcharge d'un transformateur à sec dépend de la température ambiante, de la condition de charge avant la surcharge (charge initiale), des performances de dissipation thermique de l'isolation et de la constante thermique. Si nécessaire, le fabricant peut fournir une courbe de surcharge pour le transformateur à sec. Actuellement, la capacité de production annuelle de transformateurs à sec isolés par résine en Chine a atteint 10 000 MVA, ce qui en fait l'un des plus grands producteurs et consommateurs de transformateurs à sec au monde. 

Avec l'adoption généralisée des transformateurs à faible bruit (pour les transformateurs de distribution ≤2500 kVA, le bruit est contrôlé en dessous de 50 dB) et des transformateurs économiques de la série SC(B)9 (qui réduisent les pertes à vide par jusqu'à 25 %), les spécifications de performance et la technologie de fabrication des transformateurs à sec en Chine ont atteint des niveaux avancés mondiaux.

2. Installation et mise en service des transformateurs à sec

2.1 Inspection avant installation (à la réception)
Vérifiez si l'emballage est intact. Après avoir déballé le transformateur, vérifiez que les données de la plaque signalétique correspondent aux exigences de conception, que toute la documentation d'usine est complète, que le transformateur lui-même n'est pas endommagé et ne présente aucun signe de dommage externe, que les composants n'ont pas bougé ni été endommagés, que les parties de soutien électrique ou les fils de connexion ne sont pas endommagés, et enfin confirmez que les pièces de rechange ne sont ni endommagées ni manquantes.

2.2 Installation du transformateur
Commencez par inspecter le fondation du transformateur et vérifiez si les plaques d'acier intégrées sont de niveau. Il ne doit pas y avoir de vides sous les plaques d'acier pour assurer une bonne résistance sismique et une performance d'absorption sonore de la fondation ; sinon, le niveau de bruit du transformateur installé augmentera. Ensuite, utilisez des rouleaux pour déplacer le transformateur à sa position d'installation, retirez les rouleaux, et ajustez précisément le transformateur à son emplacement conçu, en veillant à ce que l'erreur de nivellement réponde aux exigences de conception. Enfin, soudez quatre sections courtes de profilés en acier près des quatre coins de la base du transformateur sur les plaques d'acier intégrées pour éviter tout déplacement pendant l'exploitation.

2.3 Câblage du transformateur
Lors du câblage, maintenez la distance minimale requise entre les parties sous tension et entre les parties sous tension et le sol, en particulier la distance entre les câbles et l'enroulement haute tension. Les barres de collecteur basse tension à fort courant doivent être soutenues indépendamment et ne doivent pas être directement connectées aux bornes du transformateur, car cela créerait une tension mécanique et un couple excessifs. Lorsque le courant dépasse 1000 A (par exemple, la barre de collecteur basse tension de 2000 A utilisée dans ce projet), une connexion flexible doit être installée entre la barre de collecteur et la borne du transformateur pour compenser l'expansion et la contraction thermiques du conducteur et isoler la vibration entre la barre de collecteur et le transformateur. Toutes les connexions électriques doivent maintenir une pression de contact adéquate et devraient utiliser des éléments élastiques (comme des ressorts disques ou des rondelles ressort). Lors du serrage des boulons de connexion, un clé dynamométrique doit être utilisée, en suivant les valeurs de couple recommandées par le fabricant comme indiqué dans le Tableau 1 :

2.4 Mise à la terre du transformateur
Le point de mise à la terre du transformateur est situé sur la base du côté basse tension, avec un boulon de mise à la terre dédié et marqué d'un symbole de mise à la terre. Le transformateur doit être relié de manière fiable au système de mise à la terre de protection par ce point. Lorsque le transformateur est équipé d'un boîtier, celui-ci doit également être relié de manière fiable au système de mise à la terre. En cas de système triphasé quatre fils sur le côté basse tension, le conducteur neutre doit également être relié de manière fiable au système de mise à la terre.

2.5 Inspection avant mise en service
Vérifier que tous les fixations sont bien serrées et non lâches, que toutes les connexions électriques sont correctes et fiables, et que les distances d'isolation entre les parties sous tension et entre les parties sous tension et la terre sont conformes aux spécifications. Il ne doit pas y avoir d'objets étrangers près du transformateur, et les surfaces des bobines doivent être propres.

2.6 Essais avant mise en service

• Vérifier le rapport de tension et la désignation du groupe de connexion du transformateur. Mesurer la résistance directe des enroulements haute et basse tension et comparer les résultats avec les données d'essai d'usine du fabricant.

• Vérifier la résistance d'isolement entre les enroulements et entre les enroulements et la terre. Si la résistance d'isolement mesurée est nettement inférieure aux valeurs d'usine, cela indique que le transformateur a absorbé de l'humidité. Si la résistance d'isolement tombe en dessous de 1000 Ω/V (de la tension de fonctionnement), le transformateur doit subir un traitement de séchage.

• La tension d'essai pour l'essai de tenue diélectrique doit être conforme aux spécifications pertinentes. Lors de la réalisation d'un essai de tenue à basse tension, le capteur de température TP100 doit être retiré et réinstallé immédiatement après l'essai.

• Si le transformateur est équipé de ventilateurs de refroidissement, les alimenter pour vérifier leur bon fonctionnement.

2.7 Mise en service d'essai
Après une inspection préalable approfondie, le transformateur peut être alimenté pour une mise en service d'essai. Pendant cette période, une attention particulière doit être portée aux points suivants :

• Tout bruit, son ou vibration anormal ;

• Toute odeur inhabituelle comme une odeur de brûlé ;

• Toute coloration due à un surchauffage localisé ;

• L'adéquation de la ventilation et de la circulation de l'air.

De plus, les points suivants doivent être notés :

Premièrement, bien que les transformateurs à sec aient une bonne résistance à l'humidité, leur structure généralement ouverte les rend toujours sensibles à l'ingression d'humidité—en particulier les transformateurs à sec fabriqués en Chine, qui utilisent souvent des niveaux d'isolation inférieurs. Par conséquent, pour une plus grande fiabilité, les transformateurs à sec doivent fonctionner dans des environnements où l'humidité relative est inférieure à 70 %. Il faut également éviter le stockage inactif prolongé pour prévenir une absorption d'humidité importante. Si la résistance d'isolement tombe en dessous de 1000 Ω/V (de la tension de fonctionnement), cela indique une ingestion d'humidité grave, et la mise en service d'essai doit être interrompue.

Deuxièmement, les transformateurs à sec utilisés pour les applications de montée en tension dans les centrales électriques diffèrent des transformateurs immergés dans l'huile : ils ne doivent pas être opérés avec le côté basse tension en court-circuit. Un enroulement basse tension en court-circuit pourrait permettre des surtensions transférées—causées par des surintensités de commutation ou des coups de foudre du côté réseau—de rompre l'isolation du transformateur. Pour se protéger contre ces surtensions transférées, un ensemble de parafoudres (par exemple, des parafoudres Y5CS en oxyde de zinc) doit être installé du côté busbar du transformateur.

3.Conclusion
En tant qu'équipement clé dans les systèmes de transmission et de distribution d'électricité, les transformateurs à sec sont de plus en plus appréciés par les utilisateurs en raison de leur forte résistance à l'isolement, de leur capacité élevée à résister aux courts-circuits, et de leurs avantages tels que l'aspect écologique, la résistance au feu, à l'explosion et l'absence de maintenance. Par conséquent, le personnel d'installation doit appliquer des méthodes professionnelles et scientifiques pour mener à bien toutes les préparations nécessaires et traiter rapidement et résumer tout problème rencontré lors de l'installation afin de garantir le fonctionnement sûr de l'équipement.