Les transformateurs de distribution

TECHNOLOGIE
Objectifs :
Pour être capable de décoder les informations contenues sur la plaque
signalétique et réaliser les raccordements nécessaires, il faut savoir comment ce
transformateur est constitué et connaître ses caractéristiques.
Savoirs Technologiques :
S 1.1 Réseaux, postes de distribution et transformateurs B.T.
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CHOIX DES TRANSFORMATEURS HT/BT
A / PARAMETRES CARACTERISANT UN TRANSFORMATEUR
Un transformateur est défini, d'une part, par ses caractéristiques électriques et, d'autre part,
par des caractéristiques liées à sa technologie et à ses conditions d'utilisation.
1 / Caractéristiques électriques :
Puissance assignée Pn : valeur conventionnelle de la puissance apparente en kVA
destinée à servir de base à la construction du transformateur, aux garanties du constructeur
et aux essais,
Fréquence : en France, la fréquence du réseau est de 50 Hz,
Tension(s) assignée(s) primaire(s) (ou tension d'alimentation) : pour une double tension
primaire, préciser puissance réduite ou puissance conservée,
Niveau d'isolement assigné : ensemble des valeurs des tensions d'essais à fréquence
industrielle et aux ondes de choc qui caractérisent l'isolement de chacun des enroulements
et de leurs parties associées.
Ce niveau d'isolement est fonction de la tension la plus élevée du réseau.
Tension(s) assignée(s) secondaire(s) à vide (ou tension d'utilisation à vide) : pour une
double tension secondaire préciser puissance réduite ou conservée,
Prises de réglage manœuvrables hors tension agissant sur la plus haute tension pour
adapter le transformateur à la valeur réelle de la tension d'alimentation,
Couplage : symbole conventionnel indiquant :
- les modes de connexions respectifs des enroulements haute et basse tension,
- l'écart angulaire entre les deux vecteurs représentatifs des tensions entre le point
neutre (réel ou fictif) et les bornes haute et basse tension homologues. Ce déphasage est
exprimé par un indice horaire.
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2 / Caractéristiques liées à la technologie et aux conditions d'utilisation :
cette liste n'est pas exhaustive
Choix de la technologie le diélectrique est :
- liquide (de l'huile) ou,
- solide (résine époxy et air)
Installation intérieure ou extérieure,
Altitude (≤ 1000m est le cas standard),
Température :
- ambiante maximum : 40°C,
- ambiante moyenne journalière : 30°C,
- ambiante moyenne annuelle : 20°C.
(ces températures sont des valeurs standard selon CEI 76).
B / DESCRIPTION DES TECHNOLOGIES
Il existe deux types de transformateurs :
- Les transformateurs secs enrobés de type Trihal,
- Les transformateurs immergés.
1 / Transformateurs Trihal
Ce sont des transformateurs de type sec enrobé (ou
encapsulé). L'isolation des enroulements est réalisée
par des isolants secs. Le refroidissement est donc
réalisé par l'air ambiant sans liquide intermédiaire. Les
transformateurs Trihal sont réalisés à l'aide de
systèmes brevetés et exclusifs de bobinage et
d'enrobage par moulage sous vide de l'enroulement
MT.
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Trois composants constituent l'enrobage :
Résine époxyde à base de biphénol A, de viscosité adaptée à une excellente imprégnation
des enroulements,
Durcisseur anhydride (non aminé), modifié par un flexibilisateur pour assurer la souplesse
du système moulé, nécessaire afin d'interdire toutes fissures en exploitation,
Charge active pulvérulente composée d'alumine trihydratée AI(OH)3 et de silice qui
apportent les propriétés mécaniques et thermiques requises et des qualités intrinsèques
exceptionnelles de comportement au feu.
Ce système d'enrobage à trois composants est de classe F (∆θ =100°K). Il apporte aux
transformateurs Trihal une excellente résistance au feu et une auto-extinguibilité
immédiate, ce qui permet de qualifier les transformateurs Trihal d'ininflammables.
Il procure en outre aux transformateurs Trihal un excellent comportement en atmosphère
industrielle et une insensibilité aux agents extérieurs (poussière, humidité ... ) tout en
garantissant une parfaite protection de l'environnement et des personnes par la suppression
des risques de pollution froide ou chaude.
2 / Transformateurs immergés
Le liquide le plus souvent utilisé comme diélectrique dans les transformateurs immergés
est l'huile minérale.
Celle-ci étant inflammable, il est recommandé de prendre des mesures de sécurité,
obligatoires dans la plupart des cas, dont la plus simple est le DGPT (détecteur de gaz,
pression et température).
En cas d'anomalie, il donne l'ordre de mise hors service du transformateur avant que la
situation ne devienne dangereuse.
L'huile minérale est biodégradable et ne contient ni PCB (polychlorobiphényl) qui ont
conduit à l'élimination des askarels (pyralène), ni TCB (trichlorobenzènes).
Le diélectrique liquide sert aussi à évacuer les calories. Il se dilate en fonction de la charge
et de la température ambiante.
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La conception des transformateurs permet l'absorption des variations de volume
correspondantes pour cela, deux techniques sont employées :
Étanche à remplissage total jusqu'à 10 MVA
Développée par Merlin Gerin en 1963, la technique
étanche à remplissage total (ERT) ou intégral (ERI),
"sans matelas gazeux" des cuves étanches des
transformateurs immergés a été adoptée par EDF en
1972.
La dilatation du diélectrique liquide est compensée
par la déformation élastique des ondes de la cuve du
transformateur qui servent également à évacuer les
calories.
La technique ERT présente beaucoup d'avantages :
- Toute oxydation du diélectrique liquide par
contact avec l'air est évitée,
- Réduction de l'entretien et de la maintenance :
*plus de changement régulier du
dessiccateur,
*plus de contrôle de la rigidité
diélectrique hormis tous les 10 ans,
- Protection interne simple grâce au DGPT2,
- Facilité d'installation : plus léger et moins
haut (absence de conservateur), il offre un
meilleur accès aux connexions HT et BT,
- Détection immédiate de toute fuite même sans gravité : de l'eau ne pourra pas
pénétrer dans la cuve.
Respirant avec conservateur
La dilatation du diélectrique se fait dans un réservoir d'expansion (conservateur) placé audessus de la cuve. Le diélectrique peut être en contact direct avec l'air ambiant ou en être
séparé par une paroi étanche en matière synthétique déformable. Dans tous les cas un
assécheur d'air (un produit dessiccateur) évite l'entrée d'humidité à l'intérieur du réservoir.
Cette technique est obligatoire à partir de 10 MVA.
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C / CHOIX DE LA TECHNOLOGIE
Actuellement, il est possible de choisir entre deux technologies :
- Transformateur immergé dans l'huile minérale,
- Transformateur sec enrobé Trihal.
Pour réaliser ce choix plusieurs paramètres sont à prendre en considération, dont :
La sécurité des personnes, au niveau du transformateur ou à son voisinage, sécurité qui fait
l'objet d'une réglementation et de recommandations officielles,
Le bilan économique, compte tenu des avantages de chaque technique et de la gamme des
matériels existants.
Réglementation participant au choix
Transformateur sec enrobé Trihal :
- Il est obligatoire dans les immeubles de grande hauteur,
- Il n'impose pas de contraintes d'installation dans les autres cas ;
Transformateur à diélectrique liquide :
- Il est interdit dans les immeubles de grande hauteur,
- Il implique des contraintes d'installation lorsqu'il fait usage d'un certain nombre de
diélectriques. Ces contraintes d'installation, ou protections minimales contre les risques
d'incendie, varient selon la classe du diélectrique utilisé.
Norme NF C 27-300 :
La norme NF C 27-300 donne une classification des diélectriques liquides d'après leur
comportement au feu. Ce dernier est apprécié selon deux critères : le point de feu et le
pouvoir calorifique inférieur (ou quantité minimale de chaleur dégagée). Les principales
catégories sont indiquées dans le tableau ci-dessous.
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Diélectrique
densité kg/l
classification au feu
huile minérale
0,9
O1
huile silicone
0,96
K3
L.I.H.T.
1,42
L3
Catégories de diélectrique liquide.
Norme NF C 17-300 :
La norme NF C 17-300 définit les conditions d'installation des transformateurs, contenant
des diélectriques liquides, pour assurer la sécurité des personnes et la conservation des
biens. Elle traite notamment des mesures minimales à prendre contre les risques
d'incendie.
D / DETERMINATION DE LA PUISSANCE OPTIMALE
Surdimensionner un transformateur
Ceci entraîne :
Un investissement excessif et des pertes à vide inutiles,
Une réduction des pertes en charge
Sous-dimensionner un transformateur
Ceci entraîne un fonctionnement :
A pleine charge (le rendement qui est maximal entre 50 % et 70 % de la charge maximale
n'est plus, dans ce cas, optimum),
Ou en surcharge qui peut avoir des conséquences graves pour :
- L'installation : échauffement des enroulements provoquant l'ouverture des
appareils de protection,
- Le transformateur : vieillissement prématuré des isolants pouvant aller jusqu'à la
mise hors service du transformateur.
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Définition de la puissance optimale
Pour définir la puissance optimale d'un transformateur il est important de :
Faire le bilan des puissances installées,
Connaître le facteur d'utilisation de chaque récepteur,
Déterminer le cycle et la durée de charge ou de surcharge de l'installation,
Compenser l'énergie réactive si nécessaire pour :
- Supprimer les pénalités,
- Diminuer la puissance souscrite.
Choisir parmi les puissances disponibles en tenant compte :
- Des extensions futures,
- De la sûreté de fonctionnement.
On veillera, en outre, au refroidissement correct du local dans lequel se trouve le
transformateur.
LE COUPLAGE EN // DES TRANSFORMATEURS
1 / JUSTIFICATION
La mise en parallèle des transformateur peut se justifier pour plusieurs raisons :
- la puissance demandée est supérieure à 3150 kVA (valeurs usuelles),
- la continuité de service : la puissance de l'installation est divisée entre plusieurs
transformateurs.
2 / CONDITIONS DE MISE EN PARALLELE
On ne peut pas mettre n'importe quel transformateur en // sans aucun risque. Il faut que les
deux transformateurs réunissent des propriétés communes :
-
qu'ils soient alimentés par le même réseau,
leurs tensions secondaires soient identiques (+ ou - 0,4%),
leurs tensions de court-circuit soient identiques (+ ou - 10%),
qu'ils possèdent le même indice horaire.
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