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Génie Industriel et Maintenance
SOMMAIRE
1-GENERALITES :
1.1 LES TRANSFORMATEURS ELEVATEURS DE TENSION :
1.2 LES TRANSFORMATEURS ABAISSEURS DE TENSION :
1.3 QUELQUES EXEMPLES DES TRANSFORMATEURS :
2-ROLE :
3-CONSTITUTION ET CARACTERISTIQUES :
3 -1 Circuit magnétique :
a) Formes de circuits magnétiques
b) diffèrent types de circuits magnétiques :
c) Section des colonnes :
3.2 Bobinage d’un enroulement :
a) Bobinage concentrique (en tonneau):
b) Bobinage mixte :
c) Bobinage alterné en galettes :
4- Modes de refroidissement du transformateur :
4.1 différentes types de refroidissement :
a) Refroidissement dans l'air
b) Refroidissement naturel dans l'huile
c) refroidissement par radiateur d'huile
d) Refroidissement avec hydroréfrigérant
4.2 Diélectrique
5- DIFFERENTES TYPES DE FONCTIONNEMENT :
5.1 Fonctionnement à vide en régime équilibré :
5.2 Fonctionnement en charge :
5.3 Fonctionnement en régime déséquilibré :
6- COUPLAGE DES ENROULEMENTS D'UN TRANSFORMATEUR
TRIPHASE :
6.1 Couplage étoile :
6.2 Couplage triangle :
6.3 Couplage zig-zag :
6.4 Fonctionnement des couplages TRIANGLE-ETOILE et ETOILE-ETOILE :
6.5 Fonctionnement des couplages ETOILE-ZIG-ZAG :
7- Couplage et indice horaire :
7.1 Modes de couplage :
7.2 Indice horaire :
7.3 Exemple de détermination du nombre horaire :
7.4 Exemples d’utilisations de l’indice horaire :
7.5 Résumé des couplages possibles :
7.6 Caractéristique des couplages :
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8- CONDITION D’UTILISATION ET PROTECTION :
8.1 Protection du transformateur :
8.2 Protection contre les surtensions :
8.3 Les éclateurs :
8.4 Les parafoudres :
8.5 Protection contre les surcharges :
9- PROBLEMES OBSERVES ET SOLUTIONS TECHNIQUES :
9.1 Types de pertes :
9.2 Solutions techniques :
10- EXEMPLE DE TRANSFORMATEUR HTA/BTA :
10.1 Transformateur À Huile Minérale (Immerge) :
10.2 Transformateurs Secs :
10.3 Accessoires :
10.4 Exemple :
11- Conclusion
12- Annexe
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1- GENERALITES :
Pour brancher un récepteur sur source d’énergie (Réseau EDF) il faut avant tout vérifier si la
tension de la source correspond à celle du récepteur, si non cela pose un problème d’adaptation de
tension.
Dans le cas de non égalité des tensions (source, abonné) ; il est nécessaire d’insérer un appareil
d’adaptation des tensions. Ce dernier aura comme tension d’entrée celle du réseau et comme tension
de sortie celle d’abonné : c’est le transformateur.
Le réseau électrique compte plusieurs dizaines de milliers de transformateurs. Certains ont pour
fonction d'élever la tension (transformateurs élévateurs de tension), d'autre de l'abaisser
(transformateurs abaisseurs de tension), ils ont des tailles et des masses très variables.
Tous sont dotés d'un dispositif permettant d'évacuer la chaleur produite pendant leur
fonctionnement.
LES TRANSFORMATEURS ELEVATEURS DE TENSION :
Le rôle de ces transformateurs est d'élever la tension électrique à la sortie des centrales
électriques. En effet, le passage d'un courant électrique dans un câble occasionne des pertes
d'énergie, une partie de l'énergie électrique est dissipée en chaleur par effet joule.
Afin de limiter ces pertes d'énergie, il est nécessaire de diminuer l'intensité du courant donc
d'augmenter la tension aux bornes de la ligne.
LES TRANSFORMATEURS ABAISSEURS DE TENSION :
A bord des zones de consommation, la tension est progressivement abaissé jusqu'à obtenir des
basses tension (230 V ou 380 V), c'est le rôle des transformateurs abaisseurs de tension.
QUELQUES EXEMPLES DE TRANSFORMATEURS :
Centre de distribution locale
Ce centre reçoit l'énergie électrique par le biais de lignes haute tension (90 000 volts) et l'aiguille
vers les communes environnantes par des lignes moyenne tension (30 000 volts). Ce centre possède
également un poste de contrôle d'où un opérateur peut agir sur le fonctionnement du réseau.
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Gros plan d'un transformateur du centre local
Ce transformateur transforme la haute tension en basse tension, il s'agit d'un puissant transformateur
abaisseur de tension.
Il est équipé de trois ventilateurs destinés à le refroidir. En effet un transformateur peut dégager
beaucoup de chaleur, ce qui nuit à son bon fonctionnement et pourrait même aboutir à la longue à la
dégradation de l'appareil.
Transformateur de quartier
Ce transformateur de petite taille est destiné à convertir une moyenne tension (20 000 volts) en une
basse tension. Ce transformateur est placé en bout de ligne sur le dernier pylône, l'énergie électrique
emprunte ensuite une ligne enterrée.
Il est équipé d'un radiateur (masse métallique dotée d'ailettes de refroidissement) destiné à évacuer
la chaleur qu'il produit.
Transformateur de quartier
A la différence du transformateur précédent, ce transformateur de quartier n'est pas placé sur le
dernier pylône d'une ligne. Il possède lui aussi un radiateur destiné à le refroidir.
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2- ROLE :
Le transformateur constitue l’un des moyens les utiles et les plus utilisés pour l’adaptation des
tensions. C’est grâce au transformateur qu’on arrive à transporter l’énergie électrique à grande
distance, d’une façon économique.
Dans le transport et la distribution de l'énergie électrique, on utilise des transformateurs
triphasés de grande puissance. Ils sont installés dans les centrales, les postes d'interconnexion et
de distribution, sur les poteaux et dans les zones de distribution.
On peut considérer dans le principe de fonctionnement qu'un transformateur triphasé est
équivalent à trois transformateurs monophasés.
La différence tient essentiellement aux modes de couplage des enroulements des
transformateurs triphasés.
3- CONSTITUTION ET CARACTERISTIQUES :
La figure suivante montre la constitution d’un transformateur triphasé.
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3.1 Circuit magnétique :
a) Formes de circuits magnétiques
Le rôle du circuit magnétique est de canaliser le flux magnétique [Wb] et de présenter le
minimum de pertes par Hystérésis et par courant de Foucault.
Pour augmenter la perméabilité magnétique et donc la diminution de la f.e.m et du courant
nécessaire pur maintenir le flux voulu ;on utilise un acier spéciale :l’acier au silicium(à grains
orientés ).
Pour diminuer les pertes par courants de Foucault on utilise des tôles isolées les unes des
autres (circuit magnétique feuilleté) :
- Par phosphatation
- Par vernis synthétique
Ce circuit peut avoir différentes formes:
soit à 2 colonnes formées par un empilage de tôles décalées (couche 1 puis couche 2 et ainsi de
suite)
soit de forme cuirassé, c'est-à-dire que les enroulements sont placés sur une colonne centrale et le
flux magnétique [Wb] se referme par chacun des côtés qui forment la cuirasse.
La forme des tôles, selon les dimensions du circuit magnétique, peut être en E, en U, en L, en C ou
en I, l'assemblage s'effectuant toujours en croisant les joints.
Le circuit magnétique est constitué de trois colonnes en général alignées et de deux culasses qui
assurent la fermeture du circuit.
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b) diffèrent types de circuits magnétiques :
c) Section des colonnes :
Le noyau (colonne) porte les bobinages qui sont circulaires de façon à mieux résister aux efforts
électrodynamiques. La section du noyau doit donc s'inscrire dans un cercle, l'encombrement
minimal étant obtenu pour une section circulaire.
Pour réduire les pertes par courant de Foucault, les colonnes et les traverses sont constitués par des
tôles minces empilées l’une sur l’autre et isolées électriquement entre elles.
Les pertes par hystérésis seront réduites lorsque ces tôles sont généralement en acier doux au
silicium. Dans les gros transformateurs, ce sont des tôles à cristaux orientés.
Chacune des colonnes reçoit les bobinages primaires et secondaires d'une phase comme pour les
transformateurs monophasés.
Les organes mécaniques ont un rôle plus important pour les transformateurs de forte puissance, tels
que les anneaux de manutention ou le système de refroidissement.
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3.2 Bobinage d’un enroulement :
Le bobinage d’un seul enroulement est illustré par la figure suivante :
Selon l’emplacement des enroulements sur les colonnes on distingue :
a) Bobinage concentrique (en tonneau):
L’enroulement BT est placé près de la colonne car la distance d’isolation entre la bobine et la
colonne sera la plus faible.
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b) Bobinage mixte :
Pour éviter les très forts différences de potentiel entre les spires d’extrémité de deux couches
successives, on réalise des bobines plates (galettes) qui sont montées en série les unes avec les
autres. utilisé surtout en HT et THT
c) Bobinage alterné en galettes :
Les galettes HT et BT sont alternées ,l’empilage est terminé par les galettes BT plus faciles à
isoler du circuit magnétique.
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4- MODES DE REFROIDISSEMENT DES
TRRANSFORMATEURS :
Il est nécessaire de refroidir les transformateurs de grosses puissances afin d'éviter
la détérioration des vernis isolants (courant de Foucault).
4.1 différentes types de refroidissement :
Ce refroidissement peut se faire de différentes façons:
a) Refroidissement dans l'air
Le transformateur est mis dans
une enceinte grillagée, la
ventilation peut être naturelle ou
forcée (ventilateur)
b) Refroidissement naturel dans l'huile
Une cuve renferme le transformateur.
Cette cuve est munie d'ailettes. L'huile se
refroidit au contact des parois (échange
thermique)
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C) refroidissement par radiateur d'huile
L’huile circule naturellement dans un
radiateur séparé de la cuve. Ce radiateur
peut être ventilé et la circulation d'huile
forcée par une pompe qui en accélère le
passage.
d) Refroidissement avec hydroréfrigérant
La circulation de l'huile s'effectue
dans une cuve contenant des tubes à
l'intérieur desquels circule de l'eau
froide.
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4.2 Diélectrique
Le diélectrique assure le refroidissement et l'isolement des transformateurs. Selon les tensions
appliquées aux enroulements, l'isolement peut être assuré par:
L’air, c'est le cas des petits transformateurs en BT l'huile minérale, très employée dans tous les
transformateurs de puissance, mais elle présente des risques d'incendies et d'explosion de quartz,
c'est un sable qui étouffe les flammes mais rend le refroidissement plus difficile.
Symboles pour le diélectrique et le refroidissement
Exemple:
ONAN signifie transformateur immergé dans l'huile, à circulation naturelle, refroidi par air, à
ventilation naturelle.
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5- DIFFERENTES TYPES DE FONCTIONNEMENT :
5.1 Fonctionnement à vide en régime équilibré :
Soit un transformateur triphasé dont les enroulements présentent
par phase, N1 spires au primaire et N2 spires au secondaire
des couplages quelconques (étoile ou triangle)
Appliquons respectivement aux bornes des phases du primaire les tensions sinusoïdales équilibrées
U1L1 [V]; U1L2 [V]; U1L3 [V]
Les flux magnétiques induisent dans les trois phases du secondaire des tensions sinusoïdales
équilibrées, de sens opposé à celles du primaire.
5.2 Fonctionnement en charge :
On raccorde les 3 phases du secondaire sur 3 récepteurs identiques de facteur de puissance cos 2 [-]
Soit I1L1 [A] ; I1L2 [A] ; I1L3 [A] les courants dans les 3 phases du primaire.
Soit I2L1 [A] ; I2L2 [A] ; I2L3 [A] les courants dans les 3 phases du secondaire.
La première colonne fonctionne comme un transformateur monophasé parfait de rapport
Il en est de même pour les 2 autres colonnes, soit pour résumer :
En régime équilibré toute la théorie du transformateur monophasé est applicable à condition de
raisonner « phase par phase », c’est-à-dire « à une phase du primaire correspond une phase du
secondaire ».
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5.3 Fonctionnement en régime déséquilibré :
Le cas le plus fréquent du fonctionnement d’un transformateur triphasé en régime déséquilibré est
celui des réseaux de distribution électrique. Il est nécessaire de savoir choisir le couplage des
enroulements primaires et secondaires. Pour savoir quel couplage il convient d’adopter au primaire
et au secondaire, il faut considérer un transformateur triphasé dont :
Le primaire est alimenté par une ligne à 3 fils (les tensions sont équilibrées)
Le secondaire a son neutre sorti.
Ce transformateur est soumis aux conditions limites suivantes :
La phase du secondaire bobinée sur la 1ère colonne est chargée.
Les 2 autres phases du secondaire sont à vide.
6- COUPLAGE DES ENROULEMENTS D'UN
TRANSFORMATEUR TRIPHASE :
Les enroulements du primaire comme du secondaire, duc ôté Haute Tension (HT) comme du côté
Basse Tension (BT) peuvent se coupler selon trois schémas de base :
6.1 Couplage étoile :
e)
Le couplage étoile permet la sortie du neutre et ainsi de disposer des tensions simples et
composées. Il est, pour cela, très utilisé en BT.
Les courants qui circulent dans les fils de la ligne sont les mêmes que les courants qui circulent
dans les phases du transformateur.
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6.2 Couplage triangle :
f)
Le couplage triangle ne permet pas la sortie du neutre ; de plus, comme les enroulements
sont alimentés par la tension composée, ils nécessitent un plus grand nombre de spires qu'en
étoile.
La tension sur les enroulements est la même qu’entre les phases L1 ;L2 ;L3 ;
6.3 Couplage zig-zag :
Les enroulements du couplage zigzag sont divisés en deux demi-bobines placées sur deux
colonnes différentes. De plus la deuxième demi-bobine est inversée par rapport à la première.
On obtient avec ce couplage une meilleure répartition des tensions sur un réseau BT
déséquilibré.
(On verra plus loin l’utilisation d’un tel couplage du secondaire.)
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6.4 Fonctionnement des couplages TRIANGLE-ETOILE et
ETOILE-ETOILE :
Le couplage étoile du secondaire permet de sortir le neutre et de le connecter au fil neutre du réseau
de distribution.
Le couplage TRIANGLE-ETOILE convient bien, car le courant qui passe dans la charge ne circule
pas dans les autres phases non chargées, on garantit ainsi l’absence de perturbations.
C’est un couplage utilisable lorsqu’il y a risque de déséquilibre.
Le couplage ETOILE-ETOILE ne convient pas, car le courant qui passe dans la charge, crée un
courant Iph1 qui s’en retourne forcément par les 2 autres phases du primaire ;or au secondaire les
phases correspondantes ne sont parcourues par aucun courant :on n’a plus, sur chaque colonne,
équilibre entre la tension induite au primaire et celle du secondaire. Le fonctionnement ne peut être
satisfaisant.
Le courant Iph2 induit dans la première phase du secondaire, obéit à la loi de Lenz : la bobine réagit
de façon à réduire ce courant, c’est-à-dire à diminuer la tension Uph2 et par suite, au primaire, la
tension Uph1UN
6.5 Fonctionnement des couplages ETOILE-ZIG-ZAG :
Pour conserver au primaire l’avantage du couplage Y on a imaginé au secondaire un couplage dit en
zig-zag qui :
permet de sortir un fil neutre, présente un fonctionnement satisfaisant en régime déséquilibré.
Représentation vectorielle des tensions (voir ci-dessus), l’allure de ce dessin justifie le terme de
zigzag.
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7- Couplage et indice horaire :
7.1 Modes de couplage :
On appelle couplage d’un transformateur triphasé, l’association de deux types déterminés de
branchement, au primaire et au secondaire.
Au primaire (haute tension), on n’utilise que le montage étoile ou le montage triangle. La notation
du type de branchement est en lettres majuscules, soit Y pour étoile et D pour triangle.
Au secondaire (basse tension), les trois montages sont possibles. La notation du type de
branchement est en lettres minuscules, soit y pour étoile, d pour triangle et z pour zig-zag.
Les couplages existants sont :
On a par exemple le groupe de couplage Dy
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7.2 Indice horaire :
Le nombre (de 0 à 11) est appelé nombre horaire. Il caractérise le déphasage relatif entre les
tensions de ligne primaire et secondaire (à vide). Cet angle correspond pour 3600, aux 12 heures du
cadran d’une horloge repérées de 0 à 11, chaque angle horaire étant un multiple de 300.
Si l’on appelle, U1L1 ;U1L2 ;U1L3 ; les bornes des phases primaires et U2L1 ;U2L2 ;U2L3 ; celles des
secondaires, les tensions de lignes sont :
au primaire : U1L1 ;U1L2 ;U1L3 ;
au secondaire : U2L1 ;U2L2 ;U2L3 ;
Le nombre horaire est indiqué par « l’heure » de la borne U2L2 lorsque U1L2 est placée sur 0.
Dans l’exemple ci-dessus, le nombre horaire est 11.
Dans ce qui suit, on montrera à l’aide d’un exemple comment déterminer le nombre horaire.
7.3 Exemple de détermination du nombre horaire :
On commence par dessiner les enroulements et leur couplage. On représente les phases secondaires
exactement au-dessous des phases primaires. On représente par un point les bobines homologues.
Tensions d'un couplage étoile-zig-zag
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D’après la position des points, on voit par exemple que la tension UL1S à vide est en opposition de
phase par rapport à UL1P alors que UL6 est en phase avec UL3P.
On représente le triangle des tensions de ligne primaires de manière que la borne 2V1 soit sur 0.
Dans le même diagramme, on représente les tensions de phase du primaire. (dans notre exemple,
elles sont égales aux tensions de ligne, puisque le primaire est couplé en triangle).
On représente ensuite les tensions de phase secondaires en tenant compte des points de polarité
(déphasées de 1800 par rapport aux tensions de phase primaires)
Une fois les tensions de phases secondaires obtenues, on les dessine vectoriellement pour trouver
les tensions de ligne.
On regroupe ces 3 tensions de telle sorte qu’elles forment un triangle.
Le groupe du transfo étudié est donc Dz6
7.4 Exemples d’utilisations de l’indice horaire :
Dd0 ; Dy5 ; Dd6 ; Dy11
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Autre exemple Dy5
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7.5 Résumé des couplages possibles :
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7.6 Caractéristique des couplages :
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8- CONDITION D’UTILISATION ET PROTECTION :
Le transformateur MT/BT est le maillon essentiel dans la distribution publique, il doit faire l'objet
d'une attention particulier. Il doit être protégé convenablement contre les surcharges et les courtcircuits. Pour cela, il faut connaître les intensités débitées par phase de chaque gamme de puissance.
Vue interne du transformateur
Intensités débitées par phase par le transformateur:
les principales puissances utilisées sont les suivantes:
50- 100 - 160 - 250 - 400 - 630 (kVa)
PUISSANCE
INTENSITÉ
PUISSANCE
INTENSITÉ
50 kVa
72 A
250 kVa
363 A
100 kVa
144 A
400 kVa
577 A
160 kVa
232 A
630 kVa
914 A
Il est donc nécessaire d'adapter les protections BT à l'intensité nominale débitée par le
transformateur.
Coefficient d'utilisation du transformateur:
k = (I moy*100)/In
Imoy = (I1+I2+I3) / 3
Pour un meilleur rendement du transformateur, la charge doit être comprise entre 50 et 80%
de la puissance nominale.
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Exemple:
(Sn = 100 kVa In = 144 A)
I1 = 160 A , I2 = 170 A , I3 = 165 A
I moy = (160+170+165)/3 =165 A
K = (165*100)/144 = 114.58 %
Le transformateur est sur utilisé, une augmentation de puissance est impérative, dans ce cas il doit
être
8.1 Protection du transformateur :
La technologie, transformateur à diélectrique liquide ou sec, influe sur certaines caractéristiques,
sur les protections à mettre en oeuvre et sur les lieux possibles d’installation.
La connaissance des caractéristiques électriques et thermiques des transformateurs est nécessaire
pour connaître leur comportement et leur résistance aux contraintes en exploitation ou situation de
défaut.
Les différentes valeurs assignées sont définies par la CEI 76 (transformateur de puissance).
Certaines caractéristiques électriques sont déterminantes pour connaître la tenue aux contraintes en
exploitation et en situation de défaut, elles le sont aussi pour le choix et le
réglage des protections.
- Tension assignée du primaire (Ur ) Par application de la norme CEI 71 (coordination
de l’isolement), elle permet le choix de la tension d’isolement et de la tenue aux chocs de foudre
- Tension de court-circuit (Ucc ) Elle permet de calculer le courant absorbé par le primaire en
cas de court-circuit aux bornes du secondaire si l’on néglige l’impédance de source :
Niveaux d’isolement normalisés (kV).
Puissance assignée Ucc selon
Sn en kVA CEI 76 H426.S1 (Europe)
Sn < 50
4 % non spécifiée
50 < Sn < 630
4%
4%
630 < Sn < 1250 5 %
6%
1250 < Sn < 2500 6,25 % 6 %
Tensions de court-circuit normalisées des transformateurs de distribution.
Elle permet également de connaître l’impédance du transformateur, nécessaire pour le calcul du
courant de court-circuit lorsque celui-ci se produit dans la distribution BT :
Les tensions de court-circuit sont normalisées et fonctions de la puissance du transformateur : 4 à 6
% pour les transformateurs MT/BT.
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8.2 Protection contre les surtensions :
Généralités
Un transformateur alimenté en antenne, ou positionné au point d'ouverture d'une boucle, représente
en haute fréquence une impédance très élevée comparée à l'impédance d'onde du
câble ou de la ligne d'alimentation. De ce fait, lors des phénomènes de propagation d'ondes,
ce transformateur représente un point de réflexion presque totale et la contrainte qu'il
subit peut atteindre, en première approche, le double de la tension maximale de l'onde
incidente. Il est important que les dispositifs limiteurs soient positionnés à proximité immédiate du
transformateur pour être d'une bonne efficacité.
Eclateurs et parafoudres
Deux moyens de protection contre les surtensions sont utilisés de manière large : les
éclateurs et les parafoudres. Les éclateurs sont les dispositifs les moins coûteux et les plus
rustiques. Ils sont utilisés exclusivement sur les réseaux aériens. Les parafoudres offrent une
protection plus performante, mais pour un coût notablement plus élevé.
8.3 Les éclateurs :
L'éclateur est un dispositif simple constitué de deux électrodes dans l'air. La limitation de
tension aux bornes est effectuée par l'amorçage de l'intervalle d'air. Ce mode de fonctionnement
présente un certain nombre d'inconvénients :
- Une forte dispersion du niveau d'amorçage en résulte, fonction des conditions
d'environnement (humidité, poussière, corps étrangers...).
- Le niveau de protection dépend de la raideur du front de la surtension. En effet, l'air présente
un comportement « retard à l'amorçage » qui fait qu'une surtension importante à front très raide
entraîne l'amorçage à une valeur de crête notablement supérieure au niveau de protection souhaité
(voir figure ).
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8.4 Les parafoudres :
Les parafoudres permettent de se débarrasser de ce comportement néfaste car ils présentent
un comportement réversible. Ce sont des résistances fortement non-linéaires qui
présentent une diminution importante de leur résistance interne au-dessus d'une certaine
valeur de tension aux bornes. La reproductibilité de fonctionnement est bien meilleure que pour les
éclateurs et le phénomène de retard est inexistant.
Les modèles anciens au carbure de silicium (SiC) ne sont pas capables de supporter de manière
permanente la tension de service car leur courant résiduel est trop important et
génère un dégagement de chaleur inadmissible. Ils sont donc associés à un
dispositif éclateur en série capable d'interrompre le courant résiduel et de tenir la tension de
service. Les modèles plus récents à l'oxyde de zinc ZnO présentent une non-linéarité beaucoup plus
accentuée, qui leur permet d'avoir un courant de fuite à la tension de service de l'ordre de 10 mA.
De ce fait, il est possible de maintenir les parties actives en permanence sous tension.
Leur très forte non-linéarité améliore également l'efficacité de la protection aux forts courants
(voir figure suivante ).
Les parafoudres à oxyde de zinc, dont l'usage tend à se généraliser, sont disponibles dans des
réalisations adaptées aux utilisations sur réseaux aériens, en cellules ou en extension sur
des accessoires de prises embrochages. Tous les cas d'installation peuvent donc être couverts.
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Génie Industriel et Maintenance
8.5 Protection contre les surcharges :
Plus la puissance du transformateur est faible, plus le positionnement de la protection côté
basse tension est adapté. Inversement, plus la puissance est importante, plus le choix d’une
protection MT est judicieux.

Protection côté MT
La protection contre les surcharges côté MT est intéressante lorsqu’il s’agit de transformateurs de
forte puissance avec disjoncteur MT associé à des protections à source auxiliaire. Ces protections
peuvent être à temps constant ou à temps dépendant. Elles assurent également la protection contre
les forts courants de défaut (hypothèse de défaut MT). Dans tous les cas, les impératifs de
sélectivité avec les protections basse tension devront être respectés.

Protection côté BT
La protection côté BT est facile à réaliser par un disjoncteur général BT. Ce type d’appareil
dispose d’une courbe à temps inverse (dite thermique ou long retard) qui généralement surprotège le
transformateur. En effet, la constante de temps et l’inertie prises en compte
pour définir cette courbe sont celles des canalisations basse tension, qui sont plus faibles
que celles du transformateur.
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9- PROBLEMES OBSERVES ET SOLUTIONS
TECHNIQUES :
Les transformateurs sont des appareils relativement efficaces par rapport à d’autres équipements
électriques, ce qui ne signifie toutefois pas que les pertes occasionnées sont négligeables. Les
transformateurs à haute efficacité permettent de diminuer ces pertes afin d’atteindre un optimum
économique.
9.1 Types de pertes :
Un transformateur peut occasionner les types de pertes d’énergie suivants :
– Perte à vide
(aussi appelée perte par le fer, ou perte par le noyau) : Provoquée par un courant magnétisant dans
le noyau. Cette perte est toujours présente lorsque le transformateur est connecté, mais elle demeure
indépendante de la charge. Il peut s’agir d’une perte d’énergie
constante – et donc importante.
– Perte en charge
(ou perte par le cuivre, perte par court-circuit) : Provoquée par la perte en résistance dans les spires
et les raccordements, ainsi que par les courants de Foucault dans la structure métallique et les spires.
Elle varie en fonction du carré du courant de charge.
– Perte due au refroidissement
(seulement pour les transformateurs refroidis par ventilateur) : Provoquée par la consommation
d’énergie du ventilateur. Plus les autres types de pertes sont importants, plus le refroidissement est
nécessaire, et plus la perte en refroidissement sera élevée.
– Pertes supplémentaires,
produites par les harmoniques : Les harmoniques ont deux impacts négatifs sur les transformateurs:
d'une part, ils augmentent la perte en charge, d'autre part, ils augmentent la température des spires et
de la structure métallique, réduisant la durée de vie du transformateur. Les pertes provoquées par les
harmoniques augmentent de façon plus que proportionnelle avec l’augmentation de la charge. Par
conséquent, dans un transformateur très chargé, les harmoniques peuvent provoquer une perte
tellement importante que la température devient trop élevée à certains endroits dans les spires. Cela
peut nettement réduire la durée de vie d’un transformateur, et peut même causer des dommages
immédiats.
9.2 Solutions techniques :
 Le noyau
Il est possible de diminuer les pertes à vide en choisissant un acier plus performant pour fabriquer le
noyau. Au fil des ans, davantage d’aciers spécialisés ont été élaborés pour les noyaux des
transformateurs.
– De nouvelles techniques d’amélioration par le laser de la technologie des grains de fer ont été
initiées au cours des années 1980.
– La récente élaboration du fer amorphe constitue un progrès important, qui permet de réduire les
pertes par le fer dans les transformateurs.
 Les spires
Il est possible de réduire les pertes en cuivre en augmentant la taille du conducteur comportant les
spires, ce qui diminue la densité de courant et, par conséquent, l’importance de la perte. Les pertes
par le cuivre (en charge) sont proportionnelles au carré du courant de la charge ; il est donc essentiel
de prendre aussi en compte la répartition dans le temps de la charge du transformateur.
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10- EXEMPLE DE TRANSFORMATEUR HTA/BTA :
10.1 Transformateur À Huile Minérale (Immerge) :
Le transformateur est disposé dans un bain d’huile qui assure l’isolement et le refroidissement.
Ce transformateur est moins onéreux et a des pertes moindres que le transformateur sec. Il présente
cependant des risques d’incendie et de pollution :
 Un défaut interne peut provoquer une surpression et une déformation de la cuve telles que
des fuites d’huile peuvent apparaître. Suivant les circonstances, cela peut entraîner
l’inflammation de l’huile ou encore une explosion.
 Les fuites d’huile peuvent aussi provenir d’un joint défectueux ou de la rupture d’une
canalisation. Les huiles qui se répandent peuvent polluer la nappe phréatique.il faut donc
prévoir sous le transformateur une fosse d’évacuation ou un bac de rétention d’huile.
 La combustion des huiles dégagent des produits toxiques et génèrent des fumées opaques
gênant l’intervention des secours.
10.2 Transformateurs Secs :
Les enroulements BT et les enroulements HT sont concentriques et enrobés dans une résine
époxy.
Le transformateur sec peut être disposé dans une enveloppe de protection qui permet de l’isoler
du monde extérieur et d’assurer l’évacuation de la chaleur au travers de ses parois
Le transformateur sec présente les meilleures garanties de sécurité contre l’incendie et contre la
pollution (pas de fuite de liquide, pas de vapeurs nocives en cas d’incendie)
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10.3 Accessoires :
Sorties haute tension:
Sorties basse tension:
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10.4 Exemple :
Comparaison des pertes des transformateurs
Puissance
nominale
[kVA]
Type de transfo
Transfo sec - pertes
réduites
Pertes à
vide
[W]
Pertes en charge
(nominales)
[W]
Prix
[€]
970
4 900
8916
610
3 850
6350
1 270
6 900
10 730
860
5 400
8347
1 400
9 400
11 966
950
7 350
9329
400
Transfo huile minérale
630
Transfo sec - pertes
réduites
Transfo huile minérale
800
Transfo sec - pertes
réduites
Transfo huile minérale
On remarque que les transformateurs (transformateurs à huile minérale) présentant le moins de
pertes sont aussi les moins onéreux. Au niveau de l'efficacité énergétique, on a donc tout intérêt à
choisir ces derniers
Cependant, les transformateurs secs sont de plus en plus préconisés par les bureaux d'études qui
négligent les économies d'énergie en mettant en évidence les inconvénients des transformateurs à
huile (risques de pollution, nécessité de prévoir un système de rétention de l'huile, risques
d'incendie, ...).
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Conclusion
Les transformateurs à haute efficacité fonctionnent grâce à une technologie éprouvée et fiable qui
existe déjà depuis des décennies. En choisissant les matériaux adéquats, des dimensions et une
conception appropriées, Il est possible de réduire considérablement les pertes d’un transformateur,
avec une moyenne de 70%. Ainsi, les transformateurs industriels offrent un grand potentiel
d’économies de coûts et d’énergie.
En fait, en achetant un transformateur, il faut non seulement prendre en compte le prix d’achat, mais
aussi le coût global de cycle de vie. Ce coût comprend à la fois les pertes à vide et les pertes en
charge. Sur le plan économique, le transformateur ayant le plus faible coût global représente la
meilleure option. Dans la plupart des cas, il s’agit d’un modèle à haute efficacité. Il est ensuite
essentiel de procéder à une étude du réseau afin de déterminer les niveaux d’harmoniques du réseau
relié au transformateur, étant donné que ces harmoniques peuvent avoir de graves répercussions à la
fois sur la durée de vie et sur les pertes du transformateur.
Les recommandations suivantes permettent d’éviter de façon simple les pertes importantes inutiles :
– En achetant un transformateur, toujours demander au fournisseur de préciser une alternative à
haut rendement énergétique en plus du modèle classique.
– Pour éviter d’effectuer une évaluation énergétique de chaque transformateur acheté, il peut être
souhaitable de mettre en place la politique visant à n’acquérir que des transformateurs
– Si des transformateurs de 40 ans ou plus sont encore utilisés, il est sage, sur le plan économique,
de les remplacer par de nouveaux transformateurs à haute efficacité, même s’ils n’ont pas atteint la
fin de leur durée de vie. En effet, ces plus vieux transformateurs subissent de telles pertes qu’il
est justifié de les remplacer immédiatement.
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