Vues : 0 Auteur : Éditeur du site Heure de publication : 2025-10-13 Origine : Site
Dans le réseau vaste et complexe qui fournit de l’électricité à nos maisons, entreprises et industries, le transformateur de puissance triphasé immergé dans l’huile est un héros méconnu. Cette pièce d'ingénierie monumentale n'est pas simplement une boîte sur un poteau électrique ou une plateforme dans une sous-station ; il s'agit d'un appareil méticuleusement conçu et construit, essentiel à la stabilité et à l'efficacité de l'ensemble du réseau électrique. Pour vraiment apprécier son rôle, il faut regarder au-delà de son imposant extérieur en acier et comprendre la structure complexe à l’intérieur. Cet article propose une exploration complète de l'anatomie d'un transformateur de puissance triphasé immergé dans l'huile, décomposant chaque composant et expliquant sa fonction vitale dans la symphonie de la transmission et de la distribution d'énergie.
À la base, un Le transformateur triphasé est un appareil électrique statique conçu pour transférer de l'énergie électrique entre trois circuits ou plus de courant alternatif (AC). Il fonctionne sur le principe de l'induction électromagnétique pour soit augmenter la tension pour une transmission efficace sur longue distance, soit la réduire pour une utilisation sûre et pratique à destination. Bien qu'il en existe différents types, le transformateur de puissance triphasé immergé dans l'huile constitue le choix dominant pour les applications moyenne et haute tension, en particulier dans les sous-stations de services publics et les grandes installations industrielles. Sa prédominance est due à une combinaison de capacités de refroidissement supérieures, d’une excellente rigidité diélectrique et d’une construction robuste, ce qui en fait un outil fiable, capable de gérer d’immenses charges de puissance pendant des décennies. La conception fondamentale de tout transformateur de puissance triphasé immergé dans l’huile témoigne du mariage de l’ingénierie électrique et mécanique, visant à atteindre des performances, une sécurité et une longévité maximales.
La structure d'un transformateur de puissance triphasé immergé dans l'huile peut être déconstruite en quatre systèmes principaux : le noyau magnétique, les enroulements, le boîtier de protection et une suite de pièces auxiliaires. Chacun de ces systèmes est essentiel au fonctionnement du transformateur, et leur qualité de conception et de fabrication détermine directement l'efficacité globale, la fiabilité et la durée de vie de l'unité.
Le noyau est le cœur du circuit magnétique du transformateur. Sa fonction principale est de fournir un chemin à faible réluctance pour le flux magnétique généré par les enroulements. L’efficacité de cette voie est primordiale, car toute inefficacité entraîne directement des pertes d’énergie. Le noyau d'un transformateur de puissance triphasé immergé dans l'huile moderne est constitué de milliers de fines feuilles laminées d'acier électrique à haute teneur en silicium et à grains orientés.
Matériau et stratification : L'utilisation d'acier au silicium augmente considérablement la résistance électrique du matériau du noyau, réduisant ainsi les pertes par courants de Foucault. Le laminage, c'est-à-dire l'empilement de fines feuilles isolées les unes des autres, perturbe davantage le cheminement de ces courants de Foucault, qui constituent une composante majeure des pertes à vide du transformateur. L'orientation du grain de l'acier garantit que le flux magnétique peut se déplacer plus facilement le long du grain, minimisant ainsi la perte par hystérésis, un autre élément clé de la perte à vide.
Types de noyau : Il existe deux configurations principales pour le noyau d'un transformateur de puissance triphasé immergé dans l'huile :
Type de noyau : Il s’agit de la conception la plus courante pour les gros transformateurs de puissance. Il se compose de trois branches verticales, avec les enroulements basse tension (BT) et haute tension (HT) pour chaque phase placés de manière concentrique autour d'une seule branche. Cette conception offre un refroidissement supérieur, car une plus grande partie de la surface du bobinage est exposée à l'huile isolante en circulation, et simplifie le processus de fabrication et d'assemblage.
Type de coque : Dans cette conception, les enroulements sont entourés par le noyau. Le circuit magnétique entoure les enroulements de tous côtés, ressemblant à une coque. Bien que cela offre une meilleure protection mécanique et un trajet de flux magnétique plus court, il est plus complexe à construire et présente de plus grands défis pour refroidir efficacement les enroulements.
Pour un transformateur de puissance triphasé immergé dans l'huile typique, le type à noyau est presque toujours préféré en raison de son équilibre entre performances, facilité de fabrication et facilité d'entretien.
Si le noyau est le cœur, les enroulements sont les poumons du transformateur, formant son circuit électrique. Ces bobines de fil conducteur sont l’endroit où se produit réellement la transformation de l’énergie. Ils sont méticuleusement enroulés et isolés pour résister aux immenses contraintes électriques et thermiques qu'ils rencontreront pendant leur fonctionnement.
Conducteurs : les enroulements sont généralement fabriqués à partir de cuivre ou d’aluminium à haute conductivité. Le cuivre offre une conductivité électrique supérieure pour une section donnée, conduisant à une perte de charge plus faible (pertes I⊃2;R). L'aluminium est plus léger et moins cher, mais nécessite une section plus grande pour transporter le même courant, ce qui peut avoir un impact sur la taille globale du transformateur de puissance triphasé immergé dans l'huile.
Isolation : L'isolation entre les spires du bobinage, entre les couches et entre les bobinages HT et BT est absolument critique. Il évite les courts-circuits et garantit le fonctionnement sûr de l'unité. Les matériaux isolants comprennent l’émail, le papier et le carton comprimé, tous imprégnés d’huile isolante. L'huile remplit tous les vides, augmentant considérablement la rigidité diélectrique du système d'isolation.
Configuration : La manière dont les trois ensembles d'enroulements des côtés primaire et secondaire sont connectés définit le groupe vectoriel du transformateur et son comportement dans le système électrique. Les deux types de connexion fondamentaux sont la connexion en étoile (étoile) et la connexion en triangle. Le choix de la configuration affecte les niveaux de tension, le déphasage et la gestion des harmoniques, ce qui en fait un paramètre de conception critique pour tout transformateur de puissance triphasé immergé dans l'huile.
Le boîtier du transformateur, ou réservoir principal, est la coque en acier qui contient et protège l'ensemble noyau et enroulement. Il s’agit d’un composant essentiel qui remplit plusieurs fonctions. Le réservoir est rempli d'huile isolante qui submerge les parties actives. Par conséquent, le boîtier doit être robuste, étanche et conçu pour résister à la pression interne et aux contraintes environnementales. Les performances d'étanchéité du réservoir sont primordiales pour empêcher les fuites d'huile et la pénétration d'humidité, qui peuvent toutes deux dégrader de manière catastrophique l'isolation du transformateur. Le réservoir principal fait également partie intégrante du système de refroidissement. Il est généralement équipé de radiateurs ou d'ailettes externes qui augmentent la surface, permettant à la chaleur générée par le noyau et les enroulements (due à la perte de charge et à vide) d'être dissipée dans l'air ambiant. La méthode de refroidissement est souvent classée par des normes comme ONAN (Oil Natural Air Natural), où l'huile et l'air circulent par convection uniquement, ou ONAF (Oil Natural Air Forced), où des ventilateurs sont utilisés pour forcer l'air sur les radiateurs pour un refroidissement amélioré dans un grand transformateur de puissance triphasé immergé dans l'huile.
Un transformateur de puissance triphasé immergé dans l’huile moderne est équipé d’une gamme de dispositifs auxiliaires qui surveillent, protègent et soutiennent son fonctionnement. Ces pièces sont essentielles pour la sécurité, le contrôle et la maintenance.
| de la pièce auxiliaire | Fonction et importance |
|---|---|
| Réservoir Conservateur | Un vase d'expansion placé au dessus du réservoir principal. Il permet à l’huile isolante de se dilater et de se contracter en fonction des changements de température, empêchant ainsi l’accumulation de pression dans le réservoir principal. |
| Reniflard | Un appareil contenant du gel de silice, connecté au conservateur. Il assèche l’air aspiré dans le réservoir lorsque l’huile refroidit, empêchant ainsi l’humidité de contaminer l’huile. |
| Relais Buchholz | Un relais de protection à gaz installé dans le tuyau entre le réservoir principal et le conservateur. Il détecte les défauts internes mineurs (en détectant une lente accumulation de gaz) et les défauts majeurs (en détectant un afflux d'huile), déclenchant une alarme ou déclenchant le transformateur. |
| Changeur de robinet | Un mécanisme pour ajuster le rapport de transformation du transformateur, permettant un réglage précis de la tension de sortie pour compenser les variations de charge. Il peut être hors charge (hors tension) ou en charge (fonctionnant lorsque le transformateur est sous tension). |
| Jauges de température et de niveau d'huile | Assurer une surveillance visuelle et à distance en temps réel de l'augmentation de la température des enroulements et du niveau d'huile, qui sont des paramètres opérationnels critiques. |
| Équipement de refroidissement | Comprend des radiateurs, des ventilateurs et des pompes pour ONAF ou des systèmes de refroidissement plus puissants (comme OFAF - Oil Forced Air Forced) nécessaires aux unités plus grandes pour gérer efficacement l'augmentation de la température. |
Le fonctionnement d'un Le transformateur de puissance triphasé immergé dans l’huile est le résultat direct de sa structure. Elle est régie par la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique. Lorsqu'une tension alternative triphasée est appliquée aux enroulements primaires, elle crée un flux magnétique variable dans le temps dans le circuit magnétique (le noyau). Ce flux alternatif se lie aux enroulements secondaires, y induisant une tension. Le rapport des spires entre les enroulements primaire et secondaire détermine le rapport d'augmentation ou de réduction de tension.
La structure dicte la performance. La qualité de l'acier du noyau détermine la perte à vide. La section transversale et le matériau des conducteurs d'enroulement déterminent la perte de charge. La disposition physique des enroulements et l'entrefer dans le noyau définissent l'impédance de court-circuit du transformateur, paramètre crucial pour limiter les courants de défaut et permettre un fonctionnement en parallèle. L'ensemble est baigné dans une huile isolante, qui non seulement isole mais évacue également la chaleur du noyau et des enroulements vers les radiateurs de refroidissement, gérant ainsi l'augmentation de la température. Un transformateur de puissance triphasé immergé dans l'huile bien conçu est un système dans lequel chaque composant structurel fonctionne de concert pour obtenir une conversion de puissance efficace et fiable.
