10 paramètres techniques clés et méthodes de sélection pour les transformateurs à sec

10 paramètres techniques clés et méthodes de sélection pour les transformateurs à sec

Dans la distribution électrique industrielle, l'alimentation des bâtiments et les projets d'énergies renouvelables, les transformateurs à sec sont largement utilisés dans les sous-stations intérieures, les centres de données, les systèmes de transit ferroviaire, les hôpitaux et les grandes installations industrielles en raison de leurs hautes notes de sécurité incendie, de leurs faibles besoins en maintenance et de leur fonctionnement sûr et fiable.

Comparé à des transformateurs immergés dans l'huile, les transformateurs à sec utilisent une structure d'isolation solide et ne nécessitent pas d'huile isolante pour le refroidissement ou l'isolation ; par conséquent, ils ne présentent aucun risque de fuite d'huile, offrant des avantages distincts pour une utilisation dans les zones densément peuplées et les lieux avec des exigences strictes en matière de sécurité incendie.
Cependant, dans les applications d'ingénierie pratiques, le choix d'un transformateur à sec n'est pas déterminé uniquement par sa capacité. Des paramètres tels que la tension nominale, le groupe de connexion, la tension d'impédance, les niveaux de perte, l'élévation de température, le mode de refroidissement et la classe d'isolation influencent tous les performances opérationnelles et la durée de vie du matériel.
Par exemple, même parmi des transformateurs à sec de 2000 kVA, les différences dans les matériaux de noyau, les structures d'enroulement et les systèmes d'isolation employés par divers fabricants entraînent des variations concernant la perte à vide, la perte en charge, l'élévation de température et la capacité de résistance au court-circuit.
Par conséquent, lors des phases d'approvisionnement en équipements et de conception technique, il est essentiel d'évaluer de manière globale les principaux paramètres techniques en fonction de l'environnement opérationnel réel et des caractéristiques de charge.

I. Nombre de phases et fréquence nominale

1. Sélection du Nombre de Phases
Les transformateurs à sec sont principalement classés en deux types en fonction du nombre de phases : monophasé et triphasé.

À l'heure actuelle, les transformateurs secs triphasés sont la solution la plus largement utilisée dans les projets industriels et les systèmes de distribution de bâtiments.

Par exemple, lorsqu'un système de distribution de 10 kV est réduit à 0,4 kV, les transformateurs couramment utilisés comprennent :

2. Fréquence nominale

Fréquence nominale

La fréquence nominale se réfère à la fréquence du système électrique correspondant aux conditions de fonctionnement prévues du transformateur.

Les fréquences des systèmes électriques varient selon les pays et les régions :

Remarque : Certaines pays du Moyen-Orient fonctionnent avec des systèmes électriques de 60Hz. Par conséquent, les transformateurs pour les projets d'exportation doivent être conçus selon les normes locales du réseau.

Si la fréquence du transformateur ne correspond pas à la fréquence du système électrique, cela affectera la densité de flux magnétique, les pertes et l'augmentation de la température.

Les principaux impacts sont les suivants :

Par conséquent, lors de l'achat de transformateurs à sec pour des projets à l'étranger, les paramètres suivants doivent être confirmés :

• Fréquence du système
• Niveau de tension
• Température ambiante
• Altitude d'installation
• Degré de protection (indice de protection IP)

II. Tension nominale et rapport de tension

1.Tension nominale

La tension nominale fait référence à la tension de fonctionnement conçue des enroulements primaire et secondaire du transformateur.

Combinaisons de tension courantes pour les transformateurs à sec :

Exemple : Transformateur à sec SCB13-2000/10

Ce transformateur est conçu pour les systèmes de distribution industriels de 10kV. Après réduction de la tension, il alimente en énergie des équipements électriques basse tension.

2.Rapport de tension

Le rapport de tension du transformateur représente la relation entre la tension côté primaire et la tension côté secondaire.

Formule de calcul :

U₁/U₂ = N₁/N₂

Où :

• U₁ : Tension du côté primaire
• U₂ : Tension du côté secondaire
• N₁ : Nombre de tours dans l'enroulement primaire
• N₂ : Nombre de tours dans l'enroulement secondaire

Applications courantes de réduction de tension :

Le niveau de tension du transformateur doit être correctement adapté au système électrique.

Si l'équipement fonctionne en continu à une tension supérieure à sa valeur conçue, cela peut provoquer :

• Une densité de flux magnétique dans le noyau augmentée
• Des pertes à vide plus élevées
• Une augmentation de la température
• Vieillissement accéléré de l'isolation

Un ajustement correct de la tension est donc essentiel pour garantir l'efficacité, la fiabilité et la durée de vie du transformateur.

III. Capacité nominale

La capacité nominale est l'un des paramètres de sélection les plus importants pour les transformateurs à sec, l'unité étant exprimée en kVA.

Elle représente la puissance apparente maximale qu'un transformateur peut délivrer en continu dans des conditions de fonctionnement spécifiées.

Formule de calcul :

S = √3 × U × I

Où :

• S : Capacité nominale
• U : Tension nominale
• I : Courant nominal

Évaluations de capacité communes

Principes de sélection de la capacité

Dans les projets d'ingénierie réels, la capacité du transformateur ne doit pas être sélectionnée uniquement en fonction de la charge actuelle. Les facteurs suivants doivent également être pris en compte :

• Charge maximale actuelle
• Croissance de la charge future
• Courant de démarrage du moteur
• Économie d'exploitation globale

En général, il est recommandé que le taux de charge opérationnelle à long terme du transformateur soit maintenu à environ 70%–85%.

Fonctionnement à faible charge :

• Investissement initial plus élevé
• Proportion plus élevée de pertes à vide

Fonctionnement à haute charge :

• Une augmentation de la température
• Vieillissement accéléré de l'isolation
• Durée de vie réduite

Cas d'application en ingénierie

Un projet de fabrication a adopté un système d'alimentation de transformateur à sec 10kV.

Configuration de l'équipement

Applications principales

• Alimentation électrique pour équipements de production
• Alimentation électrique du système de processus
• Systèmes CVC et de ventilation
• Installations d'alimentation auxiliaire

L'équipement adopte Matériaux d'isolation de classe H et est conçu selon Les limites de hausse de température de classe F, améliorant la fiabilité opérationnelle à long terme et prolongeant la durée de service.

IV. Désignation du groupe de connexion des enroulements

La désignation du groupe vectoriel est utilisée pour indiquer le mode de connexion des enroulements haute tension et basse tension d'un transformateur à sec, ainsi que la relation de décalage de phase entre les deux côtés.

Dans les applications d'ingénierie, le groupe vectoriel affecte non seulement le mode de fonctionnement du système d'alimentation, mais influence également directement le fonctionnement parallèle des transformateurs, le contrôle des harmoniques et la coordination avec les dispositifs de protection..

1. Composition de la désignation du groupe vectoriel

Le groupe vectoriel du transformateur est généralement représenté par une combinaison de lettres et de chiffres.

Exemple : Dyn11

2. Types de connexion courants

3. Pourquoi Dyn11 est-il largement utilisé ?

En courant Systèmes de distribution 10kV/0.4kV, Dyn11 est le groupe de vecteurs de transformateur le plus couramment utilisé.

Les principales raisons incluent :

(1) Amélioration de la suppression du troisième harmonique

Le côté haute tension adopte une connexion en delta, ce qui fournit un chemin fermé pour les courants de troisième harmonique, réduisant ainsi la distorsion de la forme d'onde de tension et améliorant la qualité de l'énergie.

(2) Meilleure adaptabilité aux charges déséquilibrées

Les usines industrielles et les bâtiments commerciaux contiennent un grand nombre de charges monophasées, telles que :

• Systèmes d'éclairage
• Équipements de bureau
• Systèmes de contrôle

La configuration Dyn11 offre une meilleure tolérance au déséquilibre des charges triphasées et améliore la stabilité du système.

(3) Amélioration de la protection à la terre du côté basse tension

Le point neutre du côté basse tension est amené à l'extérieur, permettant la formation d'un système de mise à la terre fiable et améliorant la fiabilité de fonctionnement des dispositifs de protection.

V. Tension d'impédance et perte de charge

1. Tension d'impédance

La tension d'impédance (Uk%) est l'un des paramètres de performance les plus importants d'un transformateur.

Elle représente le pourcentage de la tension primaire nominale qui doit être appliquée au côté primaire du transformateur lorsque le côté secondaire est court-circuité, afin de produire le courant nominal.

Formule de calcul :$$Uk\%= \frac{U_z}{U_1}\times100\%$$Uk%=U1​Uz​​×100%

Où :

• Uz: Tension d'essai de court-circuit
• U1: Tension primaire nominale

2. Impact de la tension d'impédance sur le fonctionnement

La tension d'impédance affecte directement :

• Courant de court-circuit
• Régulation de la tension
• Stabilité du système

Tension d'impédance typique des transformateurs de type sec

Exemple : Transformateur à sec SCB13-2000/10

3. Perte de charge

La perte de charge est principalement causée par la résistance des enroulements du transformateur, et est également connue sous le nom de perte cuivre.

Formule de calcul :$$P_{cu}=I^2R$$Pcu​=I2R

Lorsque la charge du transformateur augmente, le courant d'enroulement augmente, entraînant une augmentation rapide des pertes de cuivre.

Par exemple, pour le même Transformateur sec de 2000 kVA:

• À Fonctionnement à pleine charge 50%:
  • Moins de pertes en cuivre
  • Moins d'élévation de température
• À Fonctionnement à pleine charge 100%:
  • Pertes en cuivre considérablement augmentées
  • Température de bobinage plus élevée

Par conséquent, lors de l'utilisation à long terme, le taux de charge du transformateur doit être correctement contrôlé pour maintenir l'efficacité et prolonger la durée de vie.

3. Perte de charge

La perte de charge est principalement causée par la résistance des enroulements du transformateur, et est également connue sous le nom de perte cuivre.

Formule de calcul :$$P_{cu}=I^2R$$Pcu​=I2R

Où :

• Pcu: Pertes de charge (pertes en cuivre)
• I: Courant de bobinage
• R: Résistance de bobinage

À mesure que la charge du transformateur augmente, le courant de bobinage augmente, ce qui entraîne une hausse rapide des pertes en cuivre.

Par exemple, pour le même Transformateur sec de 2000 kVA:

• Fonctionnement à 50% :
  Les pertes en cuivre sont relativement faibles ; l'élévation de température est limitée.
• Fonctionnement à 100% :
  Les pertes en cuivre augmentent considérablement ; la température de bobinage augmente en conséquence.

Par conséquent, lors de l'utilisation à long terme, le taux de charge du transformateur doit être correctement contrôlé pour garantir un fonctionnement fiable, réduire les pertes d'énergie et prolonger la durée de vie du système d'isolation.

VI. Élévation de température et méthodes de refroidissement

1. Importance de l'élévation de température

Contrairement aux transformateurs immergés dans l'huile, les transformateurs à sec n'ont pas de système de refroidissement par circulation d'huile. Par conséquent, le contrôle de la température des enroulements repose principalement sur :

• Circulation de l'air ambiant
• Conception de la structure des enroulements
• Refroidissement forcé par des ventilateurs

Les principales sources de chaleur générées pendant le fonctionnement du transformateur comprennent :

2. Classe d'isolation

Classes d'isolation courantes utilisées dans les transformateurs à sec :

Actuellement, les transformateurs secs en résine époxy utilisés dans les projets industriels adoptent généralement :

Matériaux d'isolation de classe H + Conception d'augmentation de température de classe F

Cette approche de conception aide à réduire la température d'exploitation réelle, à améliorer la performance thermique et à prolonger la durée de vie du transformateur.

3. Méthodes de refroidissement

Les méthodes de refroidissement des transformateurs secs se divisent principalement en :

Exemple : Transformateur sec SCB13-2000/10

• Fonctionnement normal : Refroidissement à air naturel AN
• Fonctionnement à forte charge : Refroidissement par ventilateur AF activé pour améliorer la capacité de dissipation thermique

VII. Système d'isolation des transformateurs à sec

La stabilité opérationnelle et la fiabilité des transformateurs secs dépendent largement du système de matériau d'isolation.

La méthode d'isolation la plus largement utilisée est :

Isolation en résine époxy moulée

Ses principales caractéristiques incluent :

• Excellente résistance à l'humidité
• Haute résistance mécanique
• Faible niveau de décharge partielle
• Bonne adaptabilité aux environnements industriels

Principaux matériaux d'isolation

Exigences d'application pour les environnements à haute température au Moyen-Orient

Exigences d'application pour les transformateurs à sec dans des environnements à haute température

Dans des régions telles que l'Arabie Saoudite et les Émirats Arabes Unis, les transformateurs à sec doivent généralement répondre aux exigences suivantes :

Dans les environnements à haute température, une capacité d'évacuation de la chaleur insuffisante peut entraîner :

• Une augmentation de la température des enroulements
• Vieillissement accéléré de l'isolation
• Durée de vie réduite

Par conséquent, les transformateurs à sec utilisés dans les projets industriels du Moyen-Orient sont généralement conçus avec des marges d'augmentation de température accrues.

VIII. Cas d'application d'ingénierie typique des transformateurs à sec

1. Projet de l'atelier de puissance de la ville industrielle de Jubail, Arabie Saoudite

Ville industrielle de Jubail, située dans la province orientale d'Arabie Saoudite, est l'une des bases de fabrication pétrochimique et industrielle les plus importantes du Moyen-Orient.

La région est continuellement exposée à des conditions environnementales difficiles, notamment :

• Haute température
• Humidité élevée
• Corrosion par brume saline
• Poussière et sable

Ces conditions imposent des exigences élevées sur l'adaptabilité environnementale et la fiabilité des équipements électriques.

L'atelier de production du projet a adopté des transformateurs à sec comme principaux équipements de distribution d'énergie, fournissant une alimentation stable pour :

• Équipements de production
• Systèmes d'alimentation auxiliaire
• Systèmes de distribution basse tension de l'usine

Configuration du projet

Paramètres principaux de l'équipement

Transformateur à sec de 2500kVA

Transformateur à sec de 2000kVA

Transformateur à sec de 1000kVA

Caractéristiques de conception du projet

En tenant compte de l'environnement d'exploitation à Jubail, les principales considérations de conception comprennent :

1. Adaptabilité aux hautes températures

L'équipement est conçu pour un température ambiante de 50℃, améliorant la capacité de dissipation de chaleur des enroulements.

Les principales mesures comprennent :

• Augmenter la marge de conception thermique
• Optimiser la structure des enroulements
• Installation de systèmes de refroidissement par air forcé

2. Protection contre la corrosion par brouillard salin

Les zones côtières contiennent des concentrations élevées d'ions chlorure dans l'air, ce qui peut accélérer la corrosion des composants métalliques.

L'équipement adopte :

• Revêtements anticorrosion
• Fixations en acier inoxydable
• Traitement de surface amélioré

3. Conception de protection contre la poussière

Les zones industrielles contiennent souvent de grandes quantités de poussière, ce qui peut affecter les performances d'isolation si elle pénètre dans l'équipement.

Les mesures de protection comprennent :

• Classe de protection IP23/IP54
• Structure d'enceinte scellée
• Conception de ventilation et de filtration optimisée

IX. Résumé des paramètres clés de sélection pour les transformateurs à sec

Dans les projets pratiques, les principaux paramètres considérés pour la sélection des transformateurs à sec incluent :

X. Exigences d'exploitation et de maintenance pour les transformateurs à sec

Bien que les transformateurs à sec nécessitent moins d'entretien par rapport aux transformateurs immergés dans l'huile, des inspections régulières sont tout de même nécessaires lors d'une exploitation à long terme.

Principaux éléments d'inspection

Problèmes opérationnels courants

1. Élévation de température excessive

Causes possibles :

• Fonctionnement en surcharge à long terme
• Ventilation insuffisante
• Défaillance du ventilateur de refroidissement
• Température ambiante excessivement élevée

Mesures correctives :

• Réduire la charge
• Vérifier le système de refroidissement
• Nettoyer les canaux de ventilation

2. Augmentation des décharges partielles

Causes possibles :

• Contamination des enroulements
• Absorption d'humidité dans l'isolation
• Fissures dans l'isolation en résine époxy

Mesures correctives :

• Effectuer des tests réguliers de décharge partielle
• Inspecter l'état de l'isolation
• Garder le transformateur propre et sec

À propos de ZISHENG ELECTRICAL

Zisheng sont un fabricant professionnel avec plus de 19 ans d'expérience dans la production Transformateurs immersés dans l'huile, Sous-station compacte, Transformateurs montés sur socle, Transformateurs montés sur poteau et Transformateurs à sec. Nous possédons les certificats de ISO/CE/IEC 60076 et TUV Rheinland.
Les transformateurs subissent des tests de FAT rigoureux et des essais de type, prenant en charge la personnalisation de la tension/capacité. Bienvenue pour consulter pour Catalogue et Produit. vous pouvez nous contacter par email [email protected].