Comment fonctionne un transformateur à huile ?

Comment fonctionne un transformateur à huile ?

Les transformateurs sont un élément essentiel de l’infrastructure électrique, contribuant à augmenter ou diminuer la tension pour faciliter le transport et la distribution efficaces de l’électricité. Un type courant de transformateur est le transformateur à huile, qui utilise l’huile comme moyen de refroidissement et d’isolation. Mais comment fonctionne exactement un transformateur à huile et qu’est-ce qui le distingue des autres types de transformateurs ? Dans cet article, nous explorerons le fonctionnement interne des transformateurs à huile, depuis leurs composants de base jusqu'à leur fonctionnement, leur maintenance et bien plus encore.

Les bases des transformateurs remplis d'huile

Les transformateurs à huile, également appelés transformateurs à liquide, sont un type de transformateur électrique qui utilise l'huile comme moyen isolant et de refroidissement. La conception remplie d'huile offre plusieurs avantages, notamment une conductivité thermique élevée, une excellente rigidité diélectrique et des propriétés d'auto-guérison. Les transformateurs à huile sont couramment utilisés dans un large éventail d'applications, notamment la distribution d'énergie, les installations industrielles et les sous-stations de services publics.

Les composants de base d’un transformateur à huile comprennent un noyau, des enroulements et l’huile isolante elle-même. Le noyau est généralement constitué d’acier de haute qualité et constitue un chemin pour le flux magnétique. Les enroulements, constitués de conducteurs isolés, sont enroulés autour du noyau pour créer un champ magnétique et transférer l'énergie d'un enroulement à l'autre. L'huile isolante fournit non seulement une isolation électrique, mais aide également à dissiper la chaleur générée pendant le fonctionnement.

Fonctionnement des transformateurs à huile

Le fonctionnement d'un transformateur à huile commence par l'application d'un courant alternatif (AC) à l'enroulement primaire. Lorsque le courant alternatif circule dans l’enroulement primaire, il crée un champ magnétique changeant dans le noyau. Ce champ magnétique changeant induit une tension dans l'enroulement secondaire, qui peut être augmentée ou diminuée en fonction du nombre de tours dans chaque enroulement.

Pendant le fonctionnement du transformateur, le noyau et les enroulements subissent une accumulation de chaleur due aux pertes électriques. L'huile isolante joue un rôle crucial dans la dissipation de cette chaleur, maintenant ainsi le transformateur dans ses limites de température. En plus de dissiper la chaleur, l'huile isolante assure également la rigidité diélectrique, empêchant ainsi les claquages ​​électriques entre les conducteurs et les surfaces.

Huile isolante dans les transformateurs remplis d'huile

L'huile isolante utilisée dans les transformateurs à bain d'huile est généralement de l'huile minérale, qui offre d'excellentes propriétés diélectriques et une conductivité thermique élevée. La rigidité diélectrique élevée de l'huile empêche les pannes électriques dans le transformateur, tandis que sa conductivité thermique aide à évacuer la chaleur du noyau et des enroulements.

Une caractéristique importante de l’huile isolante est sa capacité à s’auto-réparer. Lorsque des décharges électriques se produisent à l'intérieur du transformateur, de petites quantités d'huile se vaporisent et forment des gaz tels que l'hydrogène et le méthane. Au fil du temps, ces gaz se recombinent pour régénérer l’huile isolante, réparant ainsi efficacement tout dommage causé par la décharge électrique.

Pour maintenir les bonnes performances d'un transformateur à huile, il est essentiel de tester régulièrement l'huile isolante pour des paramètres tels que la rigidité diélectrique, la teneur en humidité et l'acidité. De plus, des échantillonnages et analyses périodiques de l’huile peuvent aider à identifier les problèmes potentiels avant qu’ils n’entraînent une panne du transformateur.

Systèmes de refroidissement dans les transformateurs à huile

Pour garantir un fonctionnement efficace et une longévité, les transformateurs à huile sont équipés de systèmes de refroidissement qui aident à gérer la température de l'huile isolante et du transformateur dans son ensemble. Il existe plusieurs méthodes courantes de refroidissement utilisées dans les transformateurs à huile, notamment la convection naturelle, l'air pulsé et la circulation forcée de l'huile.

Le refroidissement par convection naturelle repose sur la circulation naturelle de l'huile isolante dans la cuve du transformateur. À mesure que l’huile absorbe la chaleur du noyau et des enroulements, elle devient moins dense et monte jusqu’au sommet du réservoir, où elle libère de la chaleur dans l’air ambiant. L’huile du refroidisseur retourne ensuite au fond du réservoir pour terminer le cycle. Bien que le refroidissement par convection naturelle soit simple et fiable, il peut ne pas convenir aux transformateurs haute puissance qui nécessitent un refroidissement plus efficace.

Le refroidissement par air forcé, quant à lui, utilise des ventilateurs ou des soufflantes pour diriger l'air extérieur sur la surface externe de la cuve du transformateur, facilitant ainsi le transfert de chaleur de l'huile vers l'air. Cette méthode est souvent utilisée dans les petits transformateurs et offre une solution rentable pour gérer la dissipation thermique.

Enfin, le refroidissement par circulation forcée d'huile implique l'utilisation de pompes pour faire circuler l'huile isolante à travers des échangeurs de chaleur externes, où elle peut être refroidie par air ou par eau. L'huile refroidie est ensuite renvoyée dans le réservoir du transformateur pour répéter le cycle de refroidissement. Cette méthode est couramment utilisée dans les transformateurs de plus grande taille et offre un contrôle précis de la température de l'huile isolante.

Considérations relatives à l'entretien et à la sécurité

Un entretien approprié et des considérations de sécurité sont cruciaux pour le fonctionnement fiable et sûr des transformateurs à huile. Une inspection régulière du transformateur, y compris des inspections visuelles et thermographiques, peut aider à identifier tout signe de surchauffe, de fuite d'huile ou d'autres problèmes potentiels. De plus, des tests périodiques de l’huile isolante, comme mentionné précédemment, sont essentiels pour évaluer son état et garantir une rigidité diélectrique adéquate.

Les considérations de sécurité pour les transformateurs à bain d'huile incluent des mesures visant à prévenir les fuites d'huile, les incendies et la contamination de l'environnement. Des mesures adéquates de confinement et de prévention des déversements doivent être en place pour atténuer l’impact d’un déversement d’hydrocarbures. De plus, les systèmes de protection incendie, tels que les barrières coupe-feu et les systèmes d'extinction automatique, peuvent contribuer à minimiser le risque d'incendie lié au transformateur.

En conclusion, les transformateurs à huile font partie intégrante de la distribution d'énergie et des applications industrielles, offrant une transformation de tension efficace et fiable. Leur utilisation d’huile isolante comme liquide de refroidissement et milieu diélectrique leur permet de fonctionner avec un rendement élevé et de résister aux rigueurs de la distribution d’énergie électrique. En comprenant les principes de base de fonctionnement, les exigences de maintenance et les considérations de sécurité, il est possible de garantir les performances et la sécurité à long terme des transformateurs à huile dans diverses applications.