Guide des transformateurs de type sec

Un système électrique moderne doit être sûr, fiable, compact et facile à entretenir. À mesure que les bâtiments deviennent plus hauts, que les charges deviennent plus sensibles et que les règles de sécurité deviennent plus strictes, de plus en plus d'ingénieurs s'éloignent des transformateurs à bain d'huile pour se tourner vers les transformateurs à huile. Transformateur de puissance de type sec pour la distribution moyenne tension à l'intérieur des bâtiments et des sous-stations compactes. Ces transformateurs sont conçus pour fournir une puissance stable tout en réduisant les risques d'incendie, en simplifiant l'installation et en minimisant la maintenance à vie. 

Un transformateur de puissance de type sec est un transformateur refroidi par air et sans huile qui utilise une isolation solide et une circulation d'air naturelle ou forcée au lieu de l'huile liquide. Ce guide explique de quoi il s'agit, où l'utiliser, comment le sélectionner et comment l'installer et l'entretenir pour un fonctionnement sûr à long terme.

En pratique, un transformateur de puissance de type sec semble simple de l'extérieur, mais à l'intérieur, il intègre des matériaux avancés, des chemins de refroidissement conçus et des noyaux laminés avec précision pour obtenir de faibles pertes, un faible bruit et une résistance élevée aux courts-circuits. Les conceptions modernes utilisent généralement des enroulements moulés en résine époxy, des noyaux en acier au silicium orienté et des boîtiers de qualité IP23 afin de pouvoir fonctionner de manière fiable dans des environnements difficiles ou confinés tels que les métros, les tunnels, les hôpitaux et les immeubles de grande hauteur.

Pour les consultants, les entrepreneurs EPC, les gestionnaires d'installations et les utilisateurs industriels, comprendre le transformateur de puissance de type sec est essentiel lorsqu'il s'agit de le comparer aux unités immergées dans l'huile, de préparer des spécifications techniques ou de planifier des rénovations dans des sous-stations et des salles électriques existantes. Dans les sections suivantes, nous passerons en revue les définitions, les secteurs d'application clés, les critères de sélection et les conseils pratiques pour l'installation et la maintenance, en utilisant des données et des concepts d'ingénierie tirés de produits réels de transformateurs de puissance secs moyenne tension dans la gamme 6-35 kV. 

Table des matières

1. Qu'est-ce qu'un transformateur de type sec ?

2. Industries qui utilisent des transformateurs de type sec

3. Quand choisir un transformateur de type sec

4. Conseils d'installation d'un transformateur de type sec

5. Points clés de la maintenance des transformateurs de type sec

Qu'est-ce qu'un transformateur de type sec ?

Un transformateur de puissance de type sec est un transformateur moyenne tension dans lequel le noyau et les enroulements sont isolés avec des matériaux solides tels que de la résine époxy et refroidis par air (naturel ou forcé) plutôt que par de l'huile isolante liquide.

Dans un transformateur de puissance de type sec , le noyau magnétique est généralement construit à partir de tôles d'acier au silicium orientées qui sont laminées par étapes pour réduire les pertes à vide et le bruit. Autour de ce noyau, des enroulements haute et basse tension sont enroulés à partir de conducteurs en cuivre ou en aluminium, puis isolés à l'aide d'une résine époxy coulée sous vide ou d'une imprégnation sous vide. Étant donné que le transformateur de puissance de type sec utilise une isolation solide et un refroidissement par air, il n'y a pas d'huile inflammable ou polluante, ce qui réduit considérablement les risques d'incendie et environnementaux par rapport aux transformateurs immergés dans l'huile conventionnels. 

Du point de vue des valeurs nominales, un transformateur de puissance de type sec typique sur le marché couvre des capacités de puissance d'environ 30 kVA jusqu'à plusieurs MVA, avec des tensions primaires comprises entre 6 et 35 kV et des tensions secondaires généralement de 400 V ou 690 V pour la distribution basse tension. Les données de conception de produits réels montrent que les transformateurs de puissance triphasés de type sec de la série SC(B)10 offrent une impédance de court-circuit d'environ 4 à 8 % et des courants à vide très faibles (souvent inférieurs à 2,5 %), ce qui permet de contrôler les pertes du système et les courants d'appel. 

Le système d'isolation d'un transformateur de puissance de type sec est généralement conçu pour la classe F ou supérieure (jusqu'à 155 °C), obtenu grâce à des systèmes de résine époxy et des caoutchoucs et aciers hautes performances qui résistent à de larges variations de température et à une humidité élevée. De nombreuses conceptions sont logées dans des boîtiers avec un niveau de protection IP23, de sorte que le transformateur de puissance de type sec peut fonctionner dans des zones poussiéreuses ou humides telles que des tunnels, des stations souterraines ou des installations côtières. Si nécessaire, des ventilateurs de refroidissement à air pulsé peuvent être ajoutés pour augmenter la capacité de charge d'environ 30 à 40 % sans augmenter l'encombrement, ce qui est intéressant dans les pièces à espace restreint. 

Pour positionner clairement le transformateur de puissance de type sec par rapport à la technologie traditionnelle, il est utile de le comparer aux unités immergées dans l'huile :

Cette comparaison illustre pourquoi le transformateur de puissance de type sec est devenu le choix préféré dans les environnements où la sécurité, la propreté et la flexibilité d'installation sont plus importantes que le prix d'achat le plus bas absolu.

Industries qui utilisent des transformateurs de type sec

Un transformateur de puissance de type sec est largement utilisé dans les bâtiments commerciaux, les infrastructures de transport, les soins de santé, les centres de données, les installations industrielles et les projets d'énergie renouvelable où une distribution d'énergie sûre, nécessitant peu d'entretien et respectueuse de l'intérieur est requise.

Étant donné qu'un transformateur de puissance de type sec ne contient pas d'huile et peut être fourni dans des boîtiers IP23 compacts, il est idéal pour les services du bâtiment et l'immobilier commercial. Les cas d'utilisation typiques incluent les tours de bureaux de grande hauteur, les centres commerciaux, les hôtels et les centres d'affaires, où les transformateurs sont installés au sous-sol ou dans des salles électriques de niveau intermédiaire, à proximité des charges des locataires. Ici, le transformateur de puissance de type sec réduit la longueur des câbles, améliore la régulation de la tension et maintient les niveaux de bruit suffisamment bas pour les bureaux et les zones résidentielles, souvent inférieurs à environ 65 dB à la charge nominale. 

Les infrastructures de transport sont un autre secteur clé pour le transformateur de puissance de type sec . Les lignes de métro, les tunnels, les stations souterraines, les aéroports et les ports ont souvent des règles strictes de sécurité incendie qui limitent ou interdisent les équipements remplis d'huile à l'intérieur des structures ou sous terre. Les conceptions en résine coulée de type sec offrent une capacité élevée de tenue aux courts-circuits et tolèrent les vibrations et les changements de charge fréquents, ce qui rend le transformateur de puissance de type sec adapté aux sous-stations de traction, à l'alimentation auxiliaire pour l'éclairage et le CVC, ainsi qu'à l'alimentation des équipements de signalisation dans les systèmes ferroviaires et de métro. Les références de projets de fabricants réels montrent des transformateurs en résine moulée de 10 kV/0,4 kV utilisés dans l'électrification des métros urbains avec des puissances nominales d'environ 1 600 kVA par unité. 

Les hôpitaux, les cliniques et les campus de soins de santé dépendent d’une énergie propre et continue. Ici, le transformateur de puissance de type sec offre une combinaison de faible bruit, d'absence de vapeur d'huile et de fiabilité élevée qui s'adapte parfaitement aux environnements médicaux. Les transformateurs peuvent être situés à l’intérieur du bâtiment de l’hôpital, alimentant les équipements d’imagerie médicale, les blocs opératoires et les systèmes de survie. Étant donné que le transformateur de puissance de type sec est non polluant et nécessite peu d'entretien, il répond aux exigences de contrôle des infections et réduit le risque de pannes imprévues dues à des fuites d'huile ou à des incendies. 

Les secteurs industriels et des énergies renouvelables dépendent également fortement du transformateur de puissance de type sec . Dans les usines, ces transformateurs alimentent les lignes de production, les moteurs, les variateurs et les charges de process tout en respectant les normes de sécurité des installations intérieures. Dans les projets éoliens et solaires, un transformateur de puissance de type sec peut être utilisé pour des fonctions d'augmentation ou de réduction dans des sous-stations compactes, où une large adaptabilité de tension (par exemple, 6,6 à 35 kV) et une résistance à l'humidité et à l'air corrosif sont importantes. Cette polyvalence explique pourquoi le transformateur de puissance de type sec apparaît dans un si large éventail d'industries.

Pour résumer la diversité des applications :

Quand choisir un transformateur de type sec

Vous devez choisir un transformateur de puissance de type sec lorsque votre projet nécessite une sécurité incendie élevée, une flexibilité d'installation intérieure, un faible entretien et un fonctionnement respectueux de l'environnement, même si le coût d'achat initial est plus élevé que celui d'une unité immergée dans l'huile.

Le premier et le plus important déclencheur pour sélectionner un transformateur de puissance de type sec est la sécurité. Si le transformateur est situé à l'intérieur d'un bâtiment, sous terre, dans un tunnel, sur une mezzanine ou à proximité de zones occupées, la réduction des risques d'incendie et d'explosion devient essentielle. Étant donné qu'un transformateur de puissance de type sec ne contient pas d'huile inflammable et utilise une isolation solide ignifuge, il est généralement préféré par les pompiers et les assureurs dans les bâtiments à haut risque tels que les hôpitaux, les théâtres, les stations de métro, les aéroports et les réseaux électriques urbains denses.

Les conditions environnementales aident également à déterminer si un transformateur de puissance de type sec est la meilleure option. Dans les sites présentant une humidité élevée, des gaz corrosifs ou des atmosphères poussiéreuses, un transformateur de puissance de type sec en résine moulée avec un boîtier IP23 ou similaire fonctionne bien sans risque de contamination par l'huile. Les conceptions typiques peuvent fonctionner à des niveaux d'humidité allant jusqu'à environ 95 % et à des températures ambiantes d'environ –25 °C à +40 °C, tout en conservant des performances d'isolation et une résistance mécanique stables. Cela rend un transformateur de puissance de type sec attrayant pour les installations côtières, les installations industrielles avec des vapeurs chimiques et les centres de transport très fréquentés. 

Du point de vue du coût total de possession, le transformateur de puissance de type sec gagne souvent sur son cycle de vie même si son prix d'achat est plus élevé. Sans huile à tester, filtrer ou remplacer, et avec moins de pièces mobiles, le transformateur de puissance de type sec peut réduire de plus de moitié les dépenses d'exploitation et de maintenance sur sa durée de vie par rapport aux équivalents traditionnels immergés dans l'huile, selon les données du fabricant. Dans le même temps, les faibles pertes à vide et en charge contribuent à réduire les factures d’énergie sur la durée de vie typique de 25 à 30 ans. Pour les propriétaires exploitant de grands parcs de bâtiments ou des installations critiques, ces économies et réductions de risques justifient le choix d'un transformateur de puissance de type sec.. 

La décision entre les types de transformateurs peut être structurée sous la forme d'un simple tableau de scénarios :

En bref, chaque fois que l'installation se fait à l'intérieur, à proximité de personnes ou dans des environnements difficiles où la manipulation d'huile n'est pas souhaitable, le transformateur de puissance de type sec constitue généralement le choix le plus sûr et le plus évolutif.

Conseils d'installation d'un transformateur de type sec

Pour installer correctement un transformateur de puissance de type sec, vous devez assurer une ventilation adéquate, respecter les dégagements électriques, contrôler les vibrations et le bruit et suivre les directives du fabricant pour le positionnement, la connexion des câbles et les paramètres de protection.

Contrairement à une unité remplie d'huile qui est généralement placée à l'extérieur sur une dalle de béton, un transformateur de puissance de type sec est souvent installé dans une pièce intérieure dédiée ou une sous-station compacte. Une bonne ventilation est essentielle. La pièce doit permettre à l'air frais d'entrer par le bas et à l'air chaud de sortir par le haut, garantissant ainsi la Le transformateur de puissance de type sec peut dissiper ses pertes sans surchauffe. Lorsque le profil de charge est lourd ou que les températures ambiantes sont élevées, une ventilation à air pulsé ou des ventilateurs de refroidissement auxiliaires pour le transformateur de puissance de type sec peuvent être spécifiés dans la conception. 

Les dégagements et les voies d'accès sont un autre facteur important. Le transformateur de puissance de type sec doit être positionné de manière à maintenir un dégagement minimum par rapport aux murs et autres équipements, comme recommandé dans sa fiche technique, à la fois pour la sécurité électrique et pour la circulation de l'air. Dans le même temps, les techniciens ont besoin d'espace pour accéder aux bornes, aux relais de protection et au boîtier à des fins d'inspection et de nettoyage périodiques. De nombreuses conceptions modernes de transformateurs de puissance de type sec sont fournies dans des boîtiers compacts avec accès frontal ou latéral aux bornes, simplifiant ainsi la connexion des câbles et l'inspection dans les petites pièces. 

Le contrôle des vibrations et du bruit ne doit pas être négligé, en particulier lorsque le transformateur de puissance de type sec est installé sous des bureaux, des appartements ou des chambres d'hôtel. Le noyau magnétique et le système de serrage d'un transformateur de puissance de type sec de qualité sont déjà conçus pour minimiser les vibrations, mais des coussinets d'isolation au sol, des supports antivibratoires et un traitement acoustique de la pièce peuvent encore être nécessaires dans les endroits sensibles au bruit. Les niveaux sonores cibles typiques pour un transformateur de puissance de type sec dans de telles applications sont inférieurs à environ 65 dB. 

Pour les équipes de projet, il est utile de considérer l'installation d'un transformateur de puissance de type sec comme un processus étape par étape :

1. Définir les valeurs nominales du transformateur
   Sélectionnez la valeur nominale en kVA, les tensions HT/BT, le mode de refroidissement et le type de boîtier pour le transformateur de puissance de type sec en fonction des études de charge et de la conception du système.

2. Planifier l'aménagement et la ventilation de la pièce
   Dimensionner la pièce, les entrées et sorties d'air et l'accès de maintenance autour du transformateur de puissance de type sec.

3. Préparer les supports civils et structurels
   Fournir une fondation de niveau et des mesures de contrôle des vibrations adaptées au poids et au bruit du transformateur de puissance de type sec.

4. Installer et aligner le transformateur
   Positionner le transformateur de puissance de type sec , vérifier les dégagements et le fixer conformément au plan d'ancrage.

5. Connectez les câbles et les dispositifs de protection
   Terminez les câbles d'alimentation, la mise à la terre et les alimentations auxiliaires au transformateur de puissance de type sec et vérifiez les paramètres des relais.

6. Effectuer des contrôles avant mise sous tension.
   Inspecter la résistance d'isolation, l'étanchéité des connexions et le bon fonctionnement des ventilateurs ou des capteurs de température avant de mettre sous tension le transformateur de puissance de type sec..

Le respect de cette séquence réduit les risques de mise en service et aide le transformateur de puissance de type sec à atteindre sa durée de vie prévue dès le premier jour.

Points clés de la maintenance des transformateurs de type sec

Un transformateur de puissance de type sec nécessite principalement une inspection visuelle, un nettoyage, une surveillance de la température et du bruit, ainsi que des contrôles périodiques des connexions et des dispositifs de protection, plutôt que l'échantillonnage et le filtrage de l'huile associés aux transformateurs immergés dans l'huile.

L'un des arguments de vente les plus forts du transformateur de puissance de type sec est son profil nécessitant peu d'entretien. Puisqu’il n’y a pas d’huile, vous éliminez les prélèvements d’huile, les tests diélectriques et les opérations de filtrage. Au lieu de cela, l'accent est mis sur le maintien du transformateur de puissance de type sec propre et bien refroidi. L'accumulation de poussière sur les enroulements et les voies de ventilation peut augmenter la température des points chauds et raccourcir la durée de vie de l'isolation. Il est donc important de passer régulièrement l'aspirateur ou de nettoyer à sec en douceur le transformateur de puissance de type sec , en particulier dans les environnements industriels poussiéreux.

Le comportement thermique et acoustique sont des indicateurs de condition clés pour un transformateur de puissance de type sec . Les conceptions modernes incluent souvent des capteurs de température intégrés dans les enroulements et des contrôleurs de température électroniques qui peuvent déclencher des alarmes d'avertissement, des contacts de déclenchement ou des ventilateurs de refroidissement. Les opérateurs doivent surveiller ces lectures et enquêter sur toute augmentation inhabituelle de la température ou tout changement soudain de bruit, ce qui peut indiquer une surcharge, des pannes de refroidissement ou des problèmes mécaniques à l'intérieur du transformateur de puissance de type sec . Dans les installations critiques, l’ajout d’une surveillance en ligne des décharges partielles ou des vibrations peut fournir une alerte précoce en cas de problèmes d’isolation ou mécaniques. 

L'intégrité mécanique et les connexions électriques doivent également être maintenues. Au fil du temps, les cycles thermiques peuvent desserrer les joints et les fixations. Un programme de maintenance pour le transformateur de puissance de type sec doit inclure des contrôles réguliers du couple sur les connexions primaires et secondaires, une inspection du matériel de serrage du noyau et la confirmation que les relais de protection et les alarmes de température fonctionnent correctement. Étant donné que le transformateur de puissance de type sec est généralement situé à l'intérieur, la corrosion est moins grave que pour les unités extérieures remplies d'huile, mais des contrôles visuels des boîtiers et des structures de support sont toujours nécessaires. 

Un programme de maintenance pratique pour un transformateur de puissance de type sec pourrait ressembler à ceci :

Par rapport à une unité immergée dans l'huile, ce régime de maintenance est plus simple et moins compliqué, contribuant à réduire le coût du cycle de vie du transformateur de puissance de type sec tout en offrant une fiabilité élevée pour les applications critiques.

En conclusion, le transformateur de puissance de type sec est devenu une technologie clé pour une distribution d'énergie sûre, efficace et respectueuse de l'environnement dans les infrastructures modernes. En comprenant ce qu'est un transformateur de puissance de type sec , où il offre le plus de valeur, comment le choisir par rapport à d'autres technologies et comment l'installer et l'entretenir correctement, les acheteurs et les ingénieurs B2B peuvent prendre des décisions en toute confiance qui répondent à la fois aux besoins opérationnels actuels et aux objectifs de durabilité à long terme.