Introduction
Les transformateurs servent à augmenter ou réduire la tension (appelés respectivement transformateurs ‘élevateurs’ et ‘abaissateurs’). Ils se divisent généralement en deux catégories :
- Immergés dans un liquide - le noyau du transformateur et les enroulements sont placés dans un réservoir et immergés dans un liquide isolant (généralement de l'huile minérale).
- Sec - le transformateur n'a pas de réservoir et est refroidi par air.
De nombreux types de transformateurs électriques sont en service aujourd'hui, mais trois conceptions sont particulièrement courantes :
- Conservateur - le réservoir du transformateur est connecté à un réservoir d'expansion. Les modèles conservateurs sont utilisés pour des puissances kVA élevées.
Transformateur de type conservateur
- Hermétique - le réservoir du transformateur est hermétiquement scellé (aucune connexion à l'atmosphère). Les transformateurs hermétiques sont généralement utilisés pour des applications kVA plus faibles.
Transformateur de type hermétique
- Sec - utilisé pour des applications kVA faibles à moyennes. Les transformateurs secs sont également préférés lorsque les transformateurs immergés présentent un risque d'incendie trop élevé (l'huile minérale dans les transformateurs immergés augmente la charge d'incendie).
Fonctionnement d'un transformateur isolé par liquide
La vidéo ci-dessous est un extrait de notre cours vidéo en ligne Introduction aux transformateurs électriques.
Composants et fonctions du transformateur
Détails du modèle 3D
Ce modèle 3D illustre tous les composants principaux d'un transformateur électrique isolé par liquide typique, y compris :
- Cartouche de gel de silice
- Respirateur
- Relais à gaz
- Changeur de prises en charge (OLTC)
- Enroulements
- Thermomètre
- Traversées
- Jauge d'huile magnétique (MOG)
- Noyau
- Réservoir
- Boîte de contrôle OLTC
Annotations du modèle 3D
Traversée basse tension
Le circuit électrique basse tension externe est connecté aux enroulements du transformateur via un conducteur central dans les traversées. Les traversées basse tension sont plus courtes que les traversées haute tension tout en ayant des conducteurs centraux plus grands (une capacité de transport de courant plus élevée nécessite un conducteur plus épais).
Traversée haute tension
Le circuit électrique haute tension est connecté aux enroulements haute tension du transformateur via des traversées. Les traversées permettent de faire passer des conducteurs électriques à travers des cloisons/barrières sans augmenter le potentiel électrique de la cloison/barrière. Les conducteurs de traversée sont généralement fabriqués en cuivre ou en aluminium. L'extérieur de la traversée est généralement fabriqué en porcelaine ou en silicone.
Jauge de température
Une jauge de température locale indique la température du liquide isolant du transformateur. Un capteur local est utilisé pour transmettre la température du liquide isolant du transformateur à un emplacement distant. Les jauges locales doivent être suffisamment grandes pour permettre une lecture facile par le personnel, idéalement sans entrer dans l'enceinte du transformateur (en supposant que le transformateur ne soit pas installé dans une voûte).
Relais à gaz
Un relais à gaz protège le transformateur en cas de petits ou grands défauts électriques à l'intérieur du réservoir du transformateur. Un relais Buchholz a la caractéristique de sécurité supplémentaire d'arrêter le transformateur en cas de faible niveau de liquide isolant.
Échangeur de chaleur / Radiateur
Lorsqu'un transformateur est chargé électriquement, il génère plus de chaleur. Les petits transformateurs sont refroidis par air tandis que les unités plus grandes sont refroidies par liquide. Des ventilateurs et des pompes peuvent être utilisés pour augmenter encore la capacité de refroidissement du radiateur du transformateur. Les transformateurs avec pompes et ventilateurs sont refroidis de force, tandis que ceux sans pompes et ventilateurs sont refroidis naturellement.
Réservoir
Le réservoir du transformateur contient les enroulements, le noyau laminé et le liquide isolant. Le réservoir est généralement construit en acier et recouvert extérieurement d'une peinture résistante à la corrosion. Les petits transformateurs sont généralement hermétiquement scellés, mais les unités plus grandes sont ‘respirantes’ (expulsent et inhalent de l'air à travers le réservoir conservateur).
Jauge d'huile magnétique (MOG)
Une jauge d'huile magnétique (MOG) indique le niveau d'huile dans le réservoir conservateur. La jauge est reliée à un flotteur à l'intérieur du réservoir via un couplage magnétique, ainsi aucune pénétration à travers le réservoir conservateur n'est requise.
Changeur de prises
Les petits transformateurs n'utilisent pas de changeur de prises, ou un changeur de prises hors charge (LTC). Les unités plus grandes utilisent des changeurs de prises en charge (OLTC). Le changeur de prises régule la tension secondaire par un pourcentage donné, chaque prise correspondant à un certain % de la tension de sortie totale.
Respirateur
Un respirateur est utilisé pour permettre l'expansion et la contraction du liquide isolant en raison de la variation de température du transformateur. Le respirateur empêche l'humidité et les particules de pénétrer dans le réservoir conservateur ; cela réduit la probabilité que le liquide isolant soit contaminé. Le gel de silice est l'agent de séchage le plus courant bien que des alternatives soient disponibles.
Noyau
Le noyau du transformateur est constitué de fines plaques d'acier laminées. Chaque plaque est pressée et maintenue ensemble à l'aide de sangles en acier ou d'adhésif. La forme du noyau est conçue pour concentrer le champ magnétique afin de maximiser l'efficacité du transformateur. Des plaques sont utilisées (plutôt qu'un bloc solide de métal) pour réduire les pertes par hystérésis et courants de Foucault.
Enroulements
Un transformateur nécessite des enroulements haute et basse tension pour fonctionner ; ces enroulements sont également appelés enroulements primaires et secondaires. Les enroulements basse tension sont enroulés autour de chaque branche du noyau, et les enroulements haute tension sont enroulés autour des enroulements basse tension.
Ressources supplémentaires
https://en.wikipedia.org/wiki/Transformer_oil
https://electrical-engineering-portal.com/transformer-constructions
https://www.usbr.gov/tsc/techreferences/mands/mands-pdfs/Trnsfrmr.pdf