Vues : 0 Auteur : Éditeur du site Heure de publication : 2026-02-01 Origine : Site
Le réseau électrique dépend fortement de la stabilité et de la longévité des équipements de distribution d’énergie. Parmi les atouts les plus critiques de cette infrastructure figure le Transformateur triphasé immergé dans l'huile . Comme ces unités gèrent des tensions et des courants élevés, elles génèrent une chaleur interne importante en raison de la résistance électrique et des pertes magnétiques. Sans une stratégie efficace de dissipation de la chaleur, l’isolation d’un transformateur triphasé immergé dans l’huile se dégraderait rapidement, entraînant une panne catastrophique et des pannes de courant généralisées.
Le refroidissement ONAN, qui signifie Oil Natural Air Natural, est une méthode de refroidissement passive dans laquelle la chaleur est dissipée du noyau et des enroulements du transformateur par la convection naturelle de l'huile isolante à l'intérieur du réservoir et la circulation naturelle de l'air ambiant sur les surfaces externes du radiateur. Ce système ne nécessite aucune alimentation externe pour les ventilateurs ou les pompes, ce qui en fait la solution de refroidissement standard pour un transformateur de distribution immergé dans l'huile fonctionnant dans des conditions de charge modérées.
Comprendre les nuances du refroidissement ONAN est essentiel pour les ingénieurs des services publics et les spécialistes des achats industriels. Bien qu'il s'agisse de la forme la plus simple de gestion thermique, sa conception implique une thermodynamique complexe pour garantir que même un grand transformateur triphasé immergé dans l'huile reste à des températures de fonctionnement sûres. Ce guide explorera la mécanique, les avantages et les spécifications techniques des systèmes ONAN par rapport aux méthodes plus intensives comme celles trouvées dans un transformateur à air forcé à l'huile naturelle..
La source de chaleur : pourquoi les transformateurs nécessitent-ils un refroidissement ?
Décrypter ONAN : ce que signifie réellement « Oil Natural Air Natural »
La physique d'ONAN : un cycle de convection naturelle en deux étapes
Composants clés d'un système de refroidissement ONAN
ONAN en contexte : comparaison avec les méthodes de refroidissement forcé
Applications et limites du refroidissement ONAN
Conclusion
Les transformateurs nécessitent un refroidissement car les pertes électriques et magnétiques génèrent de l'énergie thermique qui peut endommager l'isolation interne, et un système de refroidissement efficace garantit qu'un transformateur triphasé immergé dans l'huile fonctionne dans les limites de sa classe thermique pour maximiser sa durée de vie.
La génération de chaleur dans un transformateur triphasé immergé dans l’huile provient principalement de deux sources : les pertes de cuivre et les pertes de fer. Les pertes de cuivre, également connues sous le nom de pertes $I^2R$, se produisent lorsque le courant circule dans les enroulements, générant une chaleur proportionnelle au carré du courant. Pour un transformateur de distribution immergé dans l'huile , ces pertes fluctuent en fonction de la charge électrique. Les pertes dans le fer, ou pertes dans le noyau, résultent de l'hystérésis et des courants de Foucault dans le noyau magnétique et sont relativement constantes quelle que soit la charge.
Si cette chaleur n’est pas évacuée, la température de l’isolation en papier et de l’huile diélectrique augmentera. L'isolation standard du transformateur est conçue pour fonctionner à des températures spécifiques ; un dépassement de ces limites, même de quelques degrés, peut réduire de moitié la durée de vie de l'isolation. Dans un transformateur triphasé immergé dans l'huile , le système de refroidissement agit comme la principale défense contre ce vieillissement thermique, en maintenant la température du « point chaud » à un niveau sûr.
De plus, la gestion thermique est une question de sécurité. Une chaleur excessive peut faire en sorte que l'huile Le transformateur de distribution immergé dans l’huile tombe en panne, générant des gaz combustibles. Un refroidissement efficace garantit que la pression interne reste stable et que l'intégrité physique du réservoir n'est pas compromise par la dilatation thermique. Cela fait de la méthode de refroidissement un paramètre de conception fondamental pour tout transformateur triphasé immergé dans l'huile..
ONAN signifie « Oil Natural Air Natural », une classification dans laquelle le fluide de refroidissement interne (huile) et le fluide de refroidissement externe (air) circulent par convection naturelle sans l'aide de dispositifs mécaniques tels que des pompes ou des ventilateurs.
Le « O » dans ONAN fait référence à l'huile minérale ou à l'ester synthétique utilisé à l'intérieur du transformateur triphasé immergé dans l'huile . Dans cette configuration, l'huile est « naturelle », ce qui signifie qu'elle se déplace en fonction de la flottabilité : l'huile chaude monte vers le haut du réservoir tandis que l'huile plus froide coule. Ce mouvement interne est essentiel pour un transformateur de distribution immergé dans l'huile car il éloigne la chaleur du noyau et des enroulements vers les parois du réservoir et les radiateurs.
Le « A » fait référence à l’air ambiant entourant l’unité. Le refroidissement par air « naturel » signifie que la chaleur est transférée des surfaces des radiateurs vers l'atmosphère uniquement par le mouvement naturel de l'air. À mesure que l’air près des ailettes du radiateur se réchauffe, il devient moins dense et monte, permettant à l’air plus frais de circuler par le bas. Ce processus est très fiable pour un transformateur triphasé immergé dans l’huile car il ne dépend pas de l’énergie électrique pour le refroidissement.
Alors qu'un transformateur à air forcé à l'huile naturelle (ONAF) ajoute des ventilateurs pour augmenter ce mouvement d'air, le système ONAN est apprécié pour sa simplicité et son refroidissement sans entretien. Pour de nombreuses applications de sous-stations, un transformateur de distribution immergé dans l'huile d'une puissance allant jusqu'à 30 MVA peut fonctionner efficacement en utilisant uniquement le refroidissement ONAN, à condition que la surface du radiateur soit correctement calculée pendant la phase d'ingénierie.
Le processus de refroidissement ONAN repose sur un cycle thermodynamique en deux étapes impliquant l'effet thermosiphon à l'intérieur du transformateur triphasé immergé dans l'huile et la convection externe de l'air sur les ailettes du radiateur.
Dans un premier temps, la chaleur générée par les enroulements est transférée à l'huile. À mesure que la température de l'huile augmente, sa densité diminue. Cela crée une différence de pression qui fait monter l’huile chaude. Dans un transformateur triphasé immergé dans l'huile , cet effet de « thermosiphon » crée une boucle continue. L'huile chaude pénètre par le haut des radiateurs, perd de la chaleur dans l'atmosphère, devient plus dense et retourne au fond de la cuve du transformateur pour recommencer le cycle.
La deuxième étape se déroule à l’interface entre les radiateurs métalliques et l’atmosphère. L'efficacité d'un transformateur de distribution immergé dans l'huile à cette étape dépend de la surface totale exposée à l'air. Les ingénieurs doivent concevoir les ailettes du radiateur pour permettre un débit d’air maximal. Puisqu'il s'agit d'un processus « naturel », le taux de dissipation thermique est directement affecté par la température ambiante et l'emplacement physique du transformateur triphasé immergé dans l'huile..
Comparé à un transformateur à air forcé à l'huile naturelle , le cycle naturel est plus lent. Cependant, il est intrinsèquement autorégulé. À mesure que la charge sur le transformateur triphasé immergé dans l'huile augmente et que davantage de chaleur est générée, le gradient de température entre l'huile et l'air augmente, ce qui accélère naturellement les courants de convection. Cette inertie thermique est une caractéristique clé du Transformateur de Distribution Immergé dans l'Huile.
Un système de refroidissement ONAN se compose de composants spécialisés, notamment des bancs de radiateurs, des ailettes de refroidissement et un réservoir de conservation à expansion, tous conçus pour faciliter le mouvement naturel de l'huile et de l'air dans un transformateur triphasé immergé dans l'huile.
Les composants les plus visibles d’un transformateur de distribution immergé dans l’huile sont les radiateurs. Il s'agit souvent de grands bancs d'ailettes ou de tubes en acier embouti. Leur objectif est de fournir la surface maximale possible pour l’échange thermique. Dans un grande capacité transformateur immergé dans l'huile triphasé de , ces radiateurs sont détachables pour faciliter le transport et peuvent être agrandis si les exigences thermiques changent.
À l'intérieur du réservoir, des déflecteurs et des conduits de refroidissement sont stratégiquement placés dans les enroulements du transformateur triphasé immergé dans l'huile . Ces conduits garantissent que l'huile s'écoule directement sur les parties les plus chaudes des bobines de cuivre. Sans ces chemins précisément conçus, un transformateur de distribution immergé dans l'huile pourrait développer des « points chauds » localisés que la circulation naturelle de l'huile ne peut pas atteindre, conduisant à une défaillance prématurée de l'isolation.
Le réservoir conservateur est un autre élément essentiel. À mesure que l'huile d'un transformateur triphasé immergé dans l'huile se réchauffe pendant le processus ONAN, elle se dilate. Le conservateur offre un espace pour cette expansion tout en gardant le réservoir principal complètement rempli d'huile. Cela empêche la formation de poches d'air, qui pourraient interférer avec le cycle de convection naturelle requis pour un transformateur de distribution immergé dans l'huile..
Bien que ONAN soit la méthode de refroidissement de base pour un transformateur triphasé immergé dans l'huile, elle est souvent comparée aux systèmes ONAF et OFAF, qui utilisent de l'air pulsé ou de l'huile forcée pour augmenter la densité de puissance et le taux de refroidissement.
| Type de refroidissement | Support interne | Support externe | Type de mouvement | Exigence de puissance |
| ONAN | Huile | Air | Naturel/Naturel | Zéro |
| ONAF | Huile | Air | Naturel/Forcé | Faible (ventilateurs) |
| OFAF | Huile | Air | Forcé/Forcé | Élevé (pompes/ventilateurs) |
Comme le montre le tableau, le transformateur à air forcé à l'huile naturelle (ONAF) sert de terrain d'entente. En ajoutant des ventilateurs à un classé ONAN transformateur triphasé immergé dans l'huile , la capacité électrique peut souvent être augmentée de 25 % à 33 %. En effet, l’air forcé évacue la chaleur des radiateurs beaucoup plus rapidement que la convection naturelle. Cependant, le système ONAF nécessite une alimentation électrique et des circuits de contrôle, ce qui le rend plus complexe qu'un transformateur de distribution immergé dans l'huile standard..
Le choix entre ONAN et un transformateur à air forcé à l'huile naturelle se résume souvent au profil de charge. Si un transformateur triphasé immergé dans l'huile subit des charges de pointe élevées mais des charges moyennes faibles, un système ONAF avec des ventilateurs qui démarrent uniquement pendant les pics est idéal. Pour une distribution stable et fiable, le simple transformateur de distribution immergé dans l'huile ONAN reste le favori de l'industrie en raison de son coût d'exploitation inférieur et de son manque de pièces mobiles.
Pour les très gros transformateurs de puissance, même l’ONAF peut s’avérer insuffisant. Dans ces cas-là, la circulation forcée d’huile (OFAF) est utilisée. Mais pour la grande majorité des transformateurs triphasés immergés dans l’huile utilisés dans les réseaux urbains et industriels, la méthode ONAN offre l’équilibre parfait entre efficacité et durabilité.
Le refroidissement ONAN est idéal pour les réseaux de distribution de taille moyenne et les sous-stations éloignées où l'accès pour la maintenance est limité, bien qu'il soit limité par son taux de dissipation thermique inférieur à celui d'un transformateur à air forcé à l'huile naturelle.
Le transformateur de distribution immergé dans l'huile que l'on trouve dans les quartiers résidentiels et les petits parcs industriels utilise presque exclusivement le refroidissement ONAN. Son fonctionnement silencieux constitue un avantage majeur dans les zones peuplées. De plus, dans les endroits éloignés où l'alimentation auxiliaire pour les ventilateurs n'est pas disponible, le transformateur triphasé immergé dans l'huile avec refroidissement ONAN offre une solution « réglez-le et oubliez-le » qui peut durer de 30 à 40 ans avec une intervention minimale.
Les performances d'un refroidi par ONAN transformateur triphasé immergé dans l'huile sont très sensibles à l'environnement. Dans les climats extrêmement chauds, l’efficacité du refroidissement diminue car la différence de température entre l’huile et l’air ambiant est plus petite. Dans de tels cas, un transformateur qui serait normalement une unité ONAN pourrait être mis à niveau vers un transformateur à air forcé à l'huile simplement pour gérer la chaleur ambiante, même si la charge électrique est standard.
Une limitation majeure d’ONAN est la taille physique. Pour dissiper naturellement de grandes quantités de chaleur, un transformateur triphasé immergé dans l’huile a besoin de très grands radiateurs. Cela augmente le poids et l'encombrement du transformateur de distribution immergé dans l'huile . Si l'espace dans une sous-station est limité, les ingénieurs peuvent opter pour un transformateur à air forcé à huile naturelle, car les ventilateurs permettent à des radiateurs plus petits d'effectuer la même quantité de travail de refroidissement.
Le transformateur triphasé immergé dans l'huile reste l'épine dorsale de la distribution d'énergie moderne, et le système de refroidissement ONAN est sa méthode de gestion thermique la plus fiable. En tirant parti des lois fondamentales de la physique (flottabilité et convection), le système ONAN permet à un transformateur de distribution immergé dans l'huile de réguler sa propre température sans avoir besoin d'énergie externe ou de pièces mécaniques complexes. Cette simplicité se traduit directement par la fiabilité sur plusieurs décennies qu’exige le secteur de l’énergie.
Alors que les systèmes plus intensifs comme le transformateur à air forcé Oil Natural ont leur place dans des environnements à haute capacité ou dans des environnements restreints, la méthode ONAN continue d'être la référence pour la plupart des applications de distribution. Qu'il s'agisse d'un petit transformateur de distribution immergé dans l'huile desservant une communauté rurale ou d'un plus grand transformateur immergé dans l'huile triphasé dans une installation industrielle, l'approche « naturelle » du refroidissement offre une solution robuste, silencieuse et sans entretien.
À mesure que nous nous dirigeons vers un avenir plus électrifié, l’ingénierie derrière le transformateur triphasé immergé dans l’huile continuera d’évoluer. Cependant, les principes fondamentaux du refroidissement ONAN resteront un élément essentiel de la stabilité du réseau, garantissant que notre infrastructure électrique reste froide sous pression.
