Transformateur de puissance : 17 questions-réponses ! Testez vos connaissances…

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Pourquoi le noyau du transformateur doit-il être mis à la terre ?

En fonctionnement normal, le noyau de fer d'un transformateur de puissance doit être correctement mis à la terre. En l'absence de mise à la terre, la tension de suspension du noyau à la terre provoque des claquages ​​et des décharges intermittents. La mise à la terre du noyau élimine tout risque de formation d'un potentiel de suspension. Cependant, si la mise à la terre du noyau ne s'effectue qu'en plusieurs points, les différences de potentiel entre ces points peuvent engendrer une circulation de courant et provoquer un échauffement du noyau dû à la mise à la terre en plusieurs points.

Un défaut à la terre du noyau de fer d'un transformateur provoque une surchauffe locale de ce noyau. Dans les cas les plus graves, l'élévation de température locale du noyau s'accentue, pouvant entraîner un léger dégagement gazeux, voire un déclenchement accidentel dû à un dégagement gazeux important. Un court-circuit entre les électrodes, causé par la combustion partielle du noyau, accroît les pertes fer et affecte gravement les performances et le fonctionnement normal du transformateur. Il est donc nécessaire de remplacer la tôle d'acier au silicium du noyau pour le réparer. C'est pourquoi les transformateurs ne peuvent être mis à la terre en plusieurs points ; une mise à la terre en un seul point est requise.

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Pourquoi utilise-t-on des tôles d'acier au silicium comme noyaux de transformateurs ?

Le noyau d'un transformateur classique est généralement fabriqué en tôle d'acier au silicium. L'acier au silicium est un acier contenant du silicium (également appelé silicium) à une teneur en silicium comprise entre 0,8 et 4,8 %. Le noyau du transformateur est réalisé en acier au silicium car ce matériau est magnétique et possède une forte conductivité. Dans une bobine alimentée, il permet de générer une forte induction magnétique, ce qui contribue à réduire l'encombrement du transformateur.

Comme on le sait, un transformateur fonctionne toujours en courant alternatif, et les pertes de puissance ne se limitent pas à la résistance de la bobine, mais concernent également le noyau de fer magnétisé par ce courant. Ces pertes dans le noyau de fer sont appelées « pertes fer ». Elles sont dues à deux phénomènes : les pertes par hystérésis et les pertes par courants de Foucault.

Les pertes par hystérésis correspondent aux pertes fer dues au phénomène d'hystérésis lors de l'aimantation du noyau de fer. L'importance de ces pertes est proportionnelle à la surface délimitée par la boucle d'hystérésis du matériau. La boucle d'hystérésis de l'acier au silicium étant étroite, les pertes par hystérésis du noyau de fer utilisé dans les transformateurs sont faibles, ce qui permet de réduire considérablement son échauffement.

Étant donné que l'acier au silicium présente les avantages mentionnés ci-dessus, pourquoi ne pas utiliser l'acier au silicium entier comme noyau, mais aussi le transformer en feuilles ?

Ceci s'explique par le fait que le noyau en tôles réduit un autre type de pertes fer, appelées pertes par courants de Foucault. Lors du fonctionnement d'un transformateur, un courant alternatif circule dans la bobine, produisant un flux magnétique lui aussi alternatif. Cette variation de flux induit un courant dans le noyau de fer. Ce courant induit circule dans le plan perpendiculaire à la direction du flux magnétique ; on l'appelle donc courant de Foucault. Les pertes par courants de Foucault contribuent également à l'échauffement du noyau. Afin de réduire ces pertes, le noyau de fer du transformateur est constitué de tôles d'acier au silicium isolées les unes des autres, ce qui limite le passage du courant de Foucault à une section réduite dans un circuit long et étroit, augmentant ainsi la résistance sur son trajet. Parallèlement, le silicium contenu dans l'acier au silicium accroît la résistivité du matériau et contribue également à la réduction des courants de Foucault.

Pour les noyaux de transformateurs, on utilise généralement des tôles d'acier au silicium laminées à froid de 0,35 mm d'épaisseur. Selon les dimensions du noyau souhaité, ces tôles sont découpées en longues feuilles puis assemblées par recouvrement en forme de « soleil » ou de « bouche ». En principe, pour réduire les courants de Foucault, plus la tôle d'acier au silicium est fine, plus la bande de jonction est étroite et meilleur est le résultat. Ceci permet non seulement de réduire les pertes par courants de Foucault et l'échauffement, mais aussi d'économiser de l'acier au silicium. Cependant, en pratique, la fabrication d'un noyau en tôle d'acier au silicium présente non seulement les avantages mentionnés, mais aussi une augmentation considérable du temps de travail et une diminution de la section efficace du noyau. Par conséquent, pour la fabrication d'un noyau de transformateur en tôle d'acier au silicium, il convient d'analyser la situation spécifique, de peser le pour et le contre et de choisir les dimensions optimales.

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Quel est le périmètre de la protection contre les gaz ?

1) Court-circuit multiphasé à l'intérieur du transformateur.

2) Court-circuit entre les spires, court-circuit entre l'enroulement et le noyau ou la coque en fer.

3) Défaillance du noyau de fer.

4) Huile sous la surface ou fuite d'huile.

5) Mauvais contact de l'interrupteur de prise ou soudure du fil non ferme.

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Quelles sont les différences entre la protection différentielle du transformateur principal et la protection contre le gaz ?

1. La protection différentielle du transformateur principal est conçue et fabriquée selon le principe du courant de circulation, et la protection contre les gaz est conçue et fabriquée selon les caractéristiques des gaz générés ou décomposés lors d'une défaillance interne du transformateur.

2. La protection différentielle est la principale protection du transformateur, et la protection au gaz est la principale protection contre les défauts internes du transformateur.

3, selon le périmètre de protection :

Une protection différentielle :

1) La ligne principale du transformateur et la bobine du transformateur présentent un court-circuit multiphasé.

2) Court-circuit grave entre spires monophasé.

3) Défaut de mise à la terre de la bobine de protection et du fil conducteur dans un système de mise à la terre à courant élevé.

Protection contre les gaz B :

1) Court-circuit multiphasé interne du transformateur.

2) court-circuit entre spires, court-circuit entre spires et noyau ou court-circuit extérieur.

3) Défaillance du noyau de fer (perte de chauffage et de combustion).

4) Huile sous la surface ou fuite d'huile.

5) Mauvais contact de l'interrupteur de prise ou mauvaise soudure du fil.

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Comment remédier à une panne du refroidisseur du transformateur principal ?

1. En cas de coupure de l'alimentation électrique des sections I et II du refroidisseur, le signal « Panne d'alimentation n° 1, n° 2 » est émis. Le refroidisseur à transformateur principal s'arrête et le circuit de déclenchement est activé.

2. En cas de défaillance de l'alimentation à découpage des sections I et II en cours de fonctionnement, le voyant « arrêt complet du refroidisseur » s'allume, puis le circuit d'arrêt complet et de déclenchement du refroidisseur du transformateur principal se met en marche. Le dispositif de protection doit être immédiatement signalé au poste de contrôle et désactivé, et une manœuvre manuelle doit être effectuée rapidement.

3. Lorsqu'un des circuits du refroidisseur tombe en panne, isolez le circuit défectueux.

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Quelles sont les conséquences du fonctionnement en parallèle de transformateurs qui ne remplissent pas les conditions requises pour un fonctionnement en parallèle ?

Lorsque le rapport de transformation n'est pas identique et que les transformateurs fonctionnent en parallèle, une circulation se produit, affectant leur puissance de sortie. De même, si l'impédance relative n'est pas uniforme et que les transformateurs fonctionnent en parallèle, la charge ne peut être répartie proportionnellement à leur capacité, ce qui affecte également leur puissance de sortie. Enfin, si les groupes de câbles ne sont pas identiques et que les transformateurs sont connectés en parallèle, un court-circuit se produit.

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Qu'est-ce qui provoque le bruit anormal du transformateur ?

1) surcharge ;

2) Mauvais contact interne, allumage par décharge ;

3) Certaines pièces sont desserrées ;

4) Il y a une mise à la terre ou un court-circuit dans le système ;

5) Le démarrage d'un gros moteur entraîne des variations de charge relativement importantes.

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Dans quelles circonstances le réglage du commutateur de prise du régulateur de tension en charge du transformateur est-il interdit ?

1) Fonctionnement en surcharge du transformateur (sauf cas particuliers)

2) Lorsque le signal de protection contre les gaz légers du dispositif de régulation de pression en charge apparaît fréquemment.

3) lorsqu'il n'y a pas d'huile dans le repère d'huile du dispositif de régulation de pression en charge.

4) Lorsque le nombre de pressions de régulation dépasse le nombre spécifié.

5) Dysfonctionnement du dispositif de régulation de pression.

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Quelles sont les caractéristiques indiquées sur la plaque signalétique du transformateur ?

La puissance nominale d'un transformateur correspond aux spécifications du fabricant pour son utilisation normale. Un transformateur fonctionnant à cette puissance nominale garantit un fonctionnement fiable et durable, ainsi que de bonnes performances. Cette puissance nominale comprend les éléments suivants :

1. Capacité nominale : transformateur dans l'état nominal de la capacité de sortie de la valeur garantie, unité avec voltampère (VA), kilovoltampère (kVA) ou mégavoltampère (MVA), étant donné que le transformateur a un rendement de fonctionnement élevé, généralement la valeur de conception de la capacité nominale de l'enroulement primaire et secondaire est égale.

2. Tension nominale : désigne la valeur garantie de la tension aux bornes du transformateur à vide, exprimée en volts (V) et en kilovolts (kV). Sauf indication contraire, la tension nominale est la tension entre conducteurs.

3. Courant nominal : se réfère au courant de ligne calculé à partir de la capacité nominale et de la tension nominale, exprimé en ampères (A).

4. Courant à vide : courant d'excitation du transformateur en pourcentage du courant nominal.

5. Perte en court-circuit : un côté de l'enroulement court-circuite, l'autre côté de l'enroulement est soumis à une tension telle que les deux côtés de l'enroulement atteignent la perte active de courant nominale, exprimée en watts (W) ou en kilowatts (kW).

6. Perte à vide : fait référence à la perte de puissance active du transformateur en fonctionnement à vide, exprimée en watts (W) ou en kilowatts (kW).

7. Tension de court-circuit : également connue sous le nom de tension d'impédance, elle fait référence à un court-circuit d'un côté de l'enroulement, l'autre côté de l'enroulement atteignant le courant nominal appliqué, la tension et le pourcentage de tension nominale.

8. Groupe de connexion : indique le mode de connexion des enroulements primaire et secondaire et la différence de phase entre les tensions de ligne, qui est représentée par l'horloge.

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Pourquoi les convertisseurs de source de courant nécessitent-ils une grande capacité de transformateur ?

Les transformateurs sont généralement dimensionnés pour leur capacité nominale, et non pour leur puissance nominale, car leur courant est directement lié à la capacité nominale. Pour les convertisseurs de tension, la capacité nominale et la puissance nominale sont quasiment égales, car le facteur de puissance d'entrée est proche de 1. Ce n'est pas le cas pour les convertisseurs de courant : le facteur de puissance de leur transformateur d'entrée est au plus égal à celui de la charge du moteur asynchrone. Par conséquent, pour un même moteur de charge, la capacité nominale de leur transformateur est supérieure à celle du transformateur d'un convertisseur de tension.

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À quoi se rapporte la capacité d'un transformateur ?

Le choix du noyau de fer est lié à la tension, et celui du fil conducteur à l'intensité ; autrement dit, l'épaisseur du fil est directement liée au pouvoir calorifique. En d'autres termes, la puissance du transformateur dépend uniquement de son pouvoir calorifique. Pour un transformateur conçu pour une puissance de 1 000 kVA, si la dissipation thermique ambiante est insuffisante, il est possible d'atteindre une puissance de 1 250 kVA en améliorant la dissipation thermique.

De plus, la puissance nominale du transformateur est également liée à l'élévation de température admissible. Par exemple, pour un transformateur de 1 000 kVA, l'élévation de température admissible est de 100 K. Si, dans des circonstances particulières, il peut fonctionner jusqu'à 120 K, sa puissance est alors supérieure à 1 000 kVA. On constate également qu'en améliorant la dissipation thermique du transformateur, sa puissance nominale peut être augmentée. Inversement, à puissance égale, le volume de l'armoire du transformateur peut être réduit.

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Comment améliorer le rendement d'un transformateur ?

1) Essayez de choisir un transformateur à faibles pertes, à haut rendement et à économie d'énergie.

2) En fonction de la charge, choisissez un transformateur de capacité appropriée.

3) Le facteur de charge moyen du transformateur doit être supérieur à 70 %.

4) Lorsque le coefficient de charge moyen est souvent inférieur à 30 %, le transformateur de faible capacité doit être remplacé en conséquence.

5) Améliorer le facteur de puissance de la charge pour améliorer la capacité du transformateur à transmettre la puissance active

6) Configuration raisonnable de la charge, afin de réduire autant que possible le nombre de manœuvres du transformateur

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Pourquoi accélérer la transformation technique des transformateurs de distribution à forte consommation d'énergie ?

Les transformateurs de distribution à forte consommation d'énergie font principalement référence aux transformateurs en série SJ, SJL, SL7, S7 et autres. Les pertes fer et les pertes cuivre sont beaucoup plus élevées que celles des transformateurs en série S9 largement utilisés actuellement. Par exemple, les pertes fer du S7 sont supérieures de 11 % et les pertes cuivre de 28 % par rapport au S9.

Les nouveaux transformateurs, tels que les S10 et S11, sont plus économes en énergie que les S9. Les pertes fer des transformateurs en alliage amorphe sont seulement 20 % inférieures à celles des S7. La durée de vie des transformateurs est généralement de plusieurs décennies. Remplacer un transformateur à haute consommation énergétique par un transformateur à haut rendement permet non seulement d'améliorer l'efficacité de la conversion d'énergie, mais aussi de réaliser des économies d'électricité sur toute la durée de vie du transformateur.

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Qu’est-ce qu’un courant de Foucault ? Quels sont les effets néfastes de la génération de vortex ?

Lorsqu'un courant alternatif traverse un fil conducteur, un champ magnétique alternatif se crée autour de celui-ci. Tout conducteur soumis à ce champ magnétique alternatif génère un courant induit. Ce courant induit forme une boucle fermée à l'intérieur du conducteur, à l'instar d'un vortex d'eau, d'où le nom de vortex. Les courants de Foucault entraînent non seulement une perte d'énergie et une réduction du rendement des équipements électriques, mais provoquent également un échauffement des composants (comme le noyau d'un transformateur), ce qui peut gravement perturber le fonctionnement normal des équipements.

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Pourquoi la protection transitoire des transformateurs doit-elle éviter les courants de court-circuit à basse tension ?

En ce qui concerne principalement la sélectivité du déclenchement de la protection par relais, et plus particulièrement la protection à coupure rapide côté haute tension, la protection externe sévère contre les défauts de transformateur est essentielle. Si le courant de court-circuit maximal côté basse tension n'est pas pris en compte lors du réglage, la plage de valeurs de courant de court-circuit côté basse tension étant relativement proche de celle de la sortie, la protection à coupure rapide côté haute tension s'étendra à une plage basse tension, entraînant une perte de sélectivité. Bien que la protection soit plus fiable, cette perte de sélectivité engendre des inconvénients. Par exemple, de nombreuses installations industrielles sont équipées de salles de transformateurs 10 kV (barre omnibus 10 kV + disjoncteur de sortie), tandis que chaque atelier dispose d'une salle de transformateurs basse tension (armoire de distribution en anneau + transformateur). Si le disjoncteur n'est pas protégé contre le courant de court-circuit maximal côté basse tension, le déclenchement de l'interrupteur principal basse tension (ou du fusible de l'armoire de distribution en anneau) et du disjoncteur haute tension sera inévitable, perturbant ainsi l'exploitation.

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Pourquoi ne peut-on pas mettre à la terre deux transformateurs en parallèle simultanément ?

Dans un système à courant élevé, afin de répondre aux exigences de coordination de la sensibilité de la protection par relais, une partie du transformateur principal est mise à la terre et l'autre partie ne l'est pas.

Les points neutres de deux transformateurs principaux dans une même station ne sont pas mis à la terre simultanément ; la coordination de la protection contre les courants homopolaires et les tensions homopolaires est donc principalement prise en compte.

Dans un poste de transformation comportant plusieurs transformateurs fonctionnant en parallèle, une partie des points neutres de chaque transformateur est mise à la terre, tandis que l'autre partie ne l'est pas. De cette manière, le courant de défaut à la terre est limité à une valeur acceptable, et l'amplitude et la variation du courant homopolaire du réseau restent inchangées malgré un changement de mode de fonctionnement. La sensibilité de la protection contre les courants homopolaires du système s'en trouve ainsi améliorée.

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Pourquoi un transformateur nouvellement installé ou révisé doit-il subir un test de fermeture par impact avant sa mise en service ?

La mise hors service de transformateurs à vide sur le réseau entraîne une surtension. Dans les systèmes mis à la terre à faible courant, l'amplitude de cette surtension peut atteindre 3 à 4 fois la tension nominale de phase. Dans les grands systèmes mis à la terre, elle peut également atteindre 3 fois la tension nominale de phase. Par conséquent, afin de vérifier que l'isolation du transformateur peut supporter la tension nominale et la surtension, plusieurs essais de fermeture sous tension doivent être effectués avant sa mise en service. De plus, l'entrée d'un transformateur à vide génère un courant d'appel pouvant atteindre 6 à 8 fois le courant nominal. Ce courant d'appel produisant une énergie électrique importante, il est essentiel de réaliser des essais de fermeture sous tension ou d'évaluer la résistance mécanique du transformateur et l'efficacité des protections par relais.

Source : Windows on Power