OFPPT

Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
ROYAUME DU MAROC
OFPPT
Office de la Formation Professionnelle et de la Promotion du Travail
DIRECTION RECHERCHE ET INGENIERIE DE FORMATION
RESUME THEORIQUE
&
GUIDE DE TRAVAUX PRATIQUES
MODULE N°:18
INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
SECTEUR :
ELECTROTECHNIQUE
SPECIALITE :
ELECTRICITE D’ENTRETIEN
INDUSTRIEL
NIVEAU :
QUALIFICATION
ANNEE 2003
0
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Document élaboré par :
Nom et prénom
SAOUDI Youssef
KISSIOVA-TABAKOVA
Raynitchka
Révision linguistique
Validation
-
1
EFP
DR
CQP Ksar Elkebir N O II Tanger
CDC - ISIC
DRGC
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
SOMMAIRE
Page
9
Présentation du module
Résumé de théorie
I. Constitution générale
I.1. Principe de fonctionnement
I.2. Formules
I.3. Rôle des transformateurs
10
11
11
12
13
II. Eléments constitutifs d’un transformateur
II.1. Circuit magnétique
II.2.Partie électrique
II.2.1. Enroulements (Bobinages)
II.2.2. Organes de liaisons avec la périphérie (Traversées
isolantes)
II.2.3. Ajusteur et régulateur de tension
II.3. Partie mécanique
II.3.1. Refroidissement par air ou transformateurs secs
II.3.2. Refroidissement par immersion dans un liquide ou
transformateurs immergés
II.3.3. Dispositif de préservation de l’huile
II.3.4. Soupape de sécurité (mano-contact)
II.3.5. Détecteur de température
II.3.6. Accessoires de manutention
14
15
17
17
18
III. Exploitation des transformateurs
III.1. Plaque signalétique et plaque de schéma
III.2. Repérage des bornes
III.3.Couplage usuels des enroulements
III.4. Déphasage entre enroulements. Indice horaire
III.5. Marche en parallèle de deux transformateurs
25
25
25
27
29
32
IV. Autotransformateurs
IV.1. Réalisation
IV.2. Utilisation
33
33
34
V. Transformateur de mesure
V.1. Transformateur de tension
V.1.1. Symboles
36
36
36
2
19
19
20
20
22
23
24
25
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
V.1.2. Caractéristiques
V.1.3. Montage en triphasé
V.2. Transformateur de courant
V.2.1. Symboles
V.2.2. Caractéristiques
36
37
38
39
39
VI. Constitution d’un poste de transformation
VI.1. Types de postes de transformation
VI.2. Réglements d’installation
VI.2.1. Génie civile
VI.2.2. Installations électriques
VI.2.2.1. Distances d’installation
VI.2.2.2. Circuit de terre
VI.3. Montage du transformateur
Guide de travaux pratique
I. TP1 – Exercice d’application
I.1. Objectif visé
I.2. Durée du TP
I.3. Description du TP
I.4. Déroulement du TP
40
40
43
43
44
44
47
49
51
52
52
52
52
52
II. TP2 – Installation et raccordement d’un transformateur
II.1. Objectifs visés
II.2. Durée du TP
II.3. Matériel (Equipement et matière d’œuvre) par équipe
II.4. Description du TP
II.5. Déroulement du TP
53
53
53
53
53
53
III. TP3 – Câblage de transformateurs monophasés sur un réseau
triphasé
III.1. Objectifs visés
III.2. Durée du TP
III.3. Matériel (Equipement et matière d’œuvre) par équipe
III.4. Description du TP
III.5. Déroulement du TP
54
IV. TP4 – Essais de transformateur
IV.1. Objectifs visés
IV.2. Durée du TP
IV.3. Matériel (Equipement et matière d’œuvre) par équipe
IV.4. Description du TP
IV.5. Déroulement du TP
3
54
54
54
54
54
55
55
55
55
55
55
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Evaluation de fin de module
57
Annexe – Symboles généraux
Transformateurs et indicateurs
Transformateur à enroulements séparés
Autotransformateurs
Transformateurs de mesure
59
60
60
61
61
Liste des références bibliographique
62
4
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travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Code :
Durée :
60 h
OBJECTIF OPÉRATIONNEL DE PREMIER NIVEAU
DE COMPORTEMENT
COMPORTEMENT ATTENDU
Pour démontrer sa compétence, le stagiaire doit installer et raccorder
des transformateurs selon les conditions, les critères et les précisions
qui suivent.
CONDITIONS D’ÉVALUATION
•
•
•
•
•
Travail individuel.
Avec l’aide d’une personne :
- pour le montage et le démontage de l’échafaudage;
- pour le tirage des conducteurs
À partir :
- de directives;
- d’un plan et d’un devis;
- des normes en vigueur.
À l’aide :
- des instructions du fabricant;
- de l’équipement, de l’outillage et du matériel appropriés.
Pour l’installation de trois transformateurs monophasés sur un circuit
triphasé.
CRITÈRES GÉNÉRAUX DE PERFORMANCE
•
•
•
•
•
Respect des règles de santé et de sécurité.
Respect des modes d’utilisation de l’équipement et de l’outillage.
Installation conforme aux normes en vigueur, au plan, au devis.
Travail soigné et propre.
Respect de l’environnement et de l’aménagement.
5
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
OBJECTIFS OPÉRATIONNELS DE PREMIER NIVEAU
DE COMPORTEMENT(suite)
PRÉCISIONS SUR LE
COMPORTEMENT ATTENDU
CRITÈRES PARTICULIERS
DE PERFORMANCE
A. Interpréter le plan et utiliser le devis.
- Localisation exacte des composants.
- Traçage fiable du croquis de l’installation.
- Utilisation appropriée du devis.
B. Planifier les installations.
- Choix juste de l’équipement, de l’outillage
et du matériel.
- Distinction exacte des caractéristiques des
transformateurs.
C. Prendre des mesures de sécurité
- Respect systématique des mesures de
protection individuelle et collective.
D. Préparer l’équipement, l’outillage et le
matériel.
- Manutention sécuritaire.
- Vérification et préparation satisfaisantes.
E. Localiser et fixer les transformateurs.
- Localisation précise.
- Respect de la technique de fixation.
- Fixations solides.
F. Effectuer les raccordements électriques.
- Raccordement exact des transformateurs
- Raccordement exact de la charge.
G. Vérifier le fonctionnement.
- Conformité des tensions au primaire et au
secondaire.
H. Ranger et nettoyer.
- Rangement approprié et propreté des
lieux.
6
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travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
OBJECTIFS OPÉRATIONNELS DE SECOND NIVEAU
LE STAGIAIRE DOIT MAÎTRISER LES SAVOIRS, SAVOIR-FAIRE, SAVOIRPERCEVOIR
OU
SAVOIR-ÊTRE
JUGÉS
PRÉALABLES
AUX
APPRENTISSAGES DIRECTEMENT REQUIS POUR L’ATTEINTE DE
L’OBJECTIF DE PREMIER NIVEAU, TELS QUE :
Avant d’apprendre à interpréter le plan et utiliser le devis (A) :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Reconnaître les différents types de transformateurs, leurs composants et leurs
matériaux de fabrication.
Discerner les risques possibles pour l’environnement associés aux matières utilisées
dans la fabrication des transformateurs.
Distinguer les caractéristiques électriques des transformateurs monophasés et
triphasés, à vide et à charge.
Repérer les normes en vigueur liées à l’installation des transformateurs.
Déterminer les principaux symboles et composants d’un plan d’installation de
transformateurs.
Utiliser des plans et des manuels techniques.
Avant d’apprendre à planifier les installations (B) :
7.
Utiliser les notions d’analyse de circuits monophasés et triphasés nécessaires à
l’installation des transformateurs.
8. Déterminer le calibre de conducteurs utilisés en fonction de la charge raccordée.
9. Reconnaître les éléments de protection contre la surintensité nécessaires pour
l’installation de transformateurs.
10. Utiliser les formules mathématiques nécessaires à l’installation de transformateurs.
11. Tracer des croquis et des schémas.
Avant d’apprendre à prendre des mesures de sécurité (C) :
12. Discerner les mesures de protection individuelle et collective applicables avant
l’installation de transformateurs.
Avant d’apprendre à préparer l’équipement, l’outillage et le matériel (D) :
13. Distinguer les règles de sécurité à respecter pour la manutention de transformateurs.
Avant d’apprendre à localiser et à fixer les transformateurs (E) :
14. Décrire les risques reliés à l’utilisation d’un poste de soudage et les précautions à
prendre.
15. Décrire les techniques de fixation des transformateurs.
16. Utiliser les outils de l’électricien.
7
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
OBJECTIFS OPÉRATIONNELS DE SECOND NIVEAU
Avant d’apprendre à effectuer les raccordements électriques (F) :
17.
18.
19.
20.
Interpréter les plans électriques.
Vérifier la polarité des transformateurs.
Reconnaître les divers types de raccordements de transformateurs.
Décrire les techniques de raccordement des transformateurs, de la charge et des
conducteurs de mise à la terre.
21. Effectuer des raccordements de conducteurs de la mise à la terre à l’aide de la
technique de soudage par aluminothermie.
Avant d’apprendre à fixer les dispositifs et vérifier leur fonctionnement (G) :
22. Mettre des transformateurs sous tension.
Avant d’apprendre à ranger et à nettoyer (H) :
23. Développer une méthode de rangement efficace et sécuritaire.
8
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
PRESENTATION DU MODULE
Ce module de compétence particulière se situe au début du troisième semestre du
programme de formation.
Il fait appel aux connaissances acquises dans certains modules précédents comme
le module 4 « Traçage de croquis et de schémas », le module 5 « Utilisation des
outils de l’électricien », le module 6 « Plans électriques », le module 8 « Plans et
manuels techniques », le module 11 « Principes de moteurs et de génératrices à
courant alternatif », le module 16 « Notions d’électronique ».
L’objectif de ce module est de faire acquérir les connaissances relatives aux types
de transformateurs et leurs composants, aux risques pour l’environnement, aux
modes de raccordement en regard de la tension requise, au mode de protection
ainsi qu’aux techniques de fixation. Il vise donc à rendre le stagiaire apte à installer
et à raccorder des transformateurs.
9
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Module 18: INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
RESUME THEORIQUE
10
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
I. CONSTITUTION GENERALE
S’il est vrai que les règles de l’électromagnétisme auxquelles répondent les
transformateurs demeurent les mêmes, les perfectionnements apportés aux
matériaux magnétiques, conducteurs et isolants, et aux moyens de leur mise en
œuvre ont permis d’atteindre à ce jour, avec un taux de fiabilité accrue, des tensions
de plus de 800 kV, et des performances unitaires supérieures à 1600 MVA, ceci
malgré des contraintes de transport de masses indivisibles de plus en plus strictes.
Le transformateur est une machine statique à induction électromagnétique
permettant de transformer un système de courant en un ou plusieurs autres
systèmes alternatifs, de tentions et d’intensité généralement différents, mais de
fréquence identiques. Ces différents systèmes de courant sont électriquement
séparés.
I.1. Principe de fonctionnement
Le transformateur monophasé est constitué par un circuit magnétique en fer doux
feuilleté et presque toujours fermé, sur lequel sont bobinés deux enroulements
soigneusement isolés l’un de l’autre ainsi que de circuit magnétique ( fig. I-1):
-
le primaire de N1 spires, qui reçoit l’énergie électrique sous forme primitive ;
le secondaire de N2 spires, qui restitue au circuit d’utilisation cette énergie
convenablement transformée.
Constitution générale d’un transformateur
Fig. I – 1
11
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Alimenté sous une tension alternative U1 le primaire produit dans un circuit
magnétique un champ magnétique variable. Ce champ magnétique induit une
tension alternative U2 dans l’enroulement secondaire.
Le circuit primaire, qui reçoit un courant I1, se comporte comme un récepteur et le
circuit secondaire, qui fournit un courant I2, se comporte comme un générateur.
I.2. Formules
À vide le rapport des nombres de spires N1 et N2 est égal au rapport des tensions
primaire U1 (ou Up) et secondaire U2 (ou Us) entre les bornes de chacun des
enroulements :
ou
m = N2/ N1 = U2 / U1
m = US / Up
Le rapport m = US / Up est le rapport de transformation qui est indépendant de la
charge.
Si m > 1 le transformateur est dit élévateur.
Si m < 1 le transformateur est dit abaisseur.
Il est réversible, permettant soit l’élévation ou l’abaissement des grandeurs
électriques considérées.
En charge avec un courant Ip, absorbé par le primaire, et un courant Is, débité dans le
secondaire, on obtient :
N1.I1 ≅ N2.I2
De même au niveau des puissances :
U1 . I1 = U2 . I2
S1 = S2
Aux pertes près la puissance absorbée par le primaire P1 est égale à la puissance P2
fournie par le secondaire aux récepteurs.
Comme toute machine électrique en fonctionnement, un transformateur est soumis à
des pertes :
• par effet Joule dans les enroulements;
• par courant de Foucault dans le circuit magnétique;
• par hystérésis due à la rémanence du circuit;
• par flux de fuite, c’est-à-dire ne participant pas à la création de la force
électromotrice induite dans l’enroulement secondaire.
Toute ces pertes se transforment en chaleur qu’il faut dissiper. La température ne
doit pas dépasser une limite fixée par les normes.
12
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Etant donné que la puissance utilisable P2 est inférieure à la puissance absorbée P1 :
P2 < P1
on détermine le rendement η du transformateur :
η = P2 / P1
I.3. Rôle des transformateurs
Selon le domaine d’utilisation les transformateurs peuvent être :
- les transformateurs de puissance utilisés dans les systèmes de production et de
distribution de l’énergie électrique (fig. I-2) ;
- les autotransformateurs, dans lesquels l’enroulement secondaire n’existe pas : il
est remplacé par une portion d’enroulement primaire ;
- les transformateurs de mesure : ils sont destinés à réduire la tension ou le
courant pour effectuer des mesures en sécurité ;
- les transformateurs spéciaux : de soudure, pour tubes luminescents, pour fours à
induction (haute et basse fréquences), inverseur des phases, etc.
Transformateurs de puissance dans un système de production et de distribution de l’énergie électrique
Fig. I – 2
Les transformateurs de distribution, ou de puissance permettent :
d’adapter la tension de l’énergie électrique livrée aux
besoins des consommateurs,
13
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
d’obtenir les meilleures conditions économiques de
transport de cette énergie entre la centrale de production et le
point d’utilisation.
Exemple :
Une puissance de 100 MVA triphasée, transportée sous une tension de 20 kV
entraîne en ligne une intensité :
P =
U
I=
100x106
20x103x√3
= 2886A
Cette même puissance transportée sous 220 KV après un transformateurs élévateur
20/220 KV entraîne une réduction de l’intensité en ligne :
I=
P ==
U
100x106
=
== 262A
220x103x√3
Cette réduction de l’intensité en ligne :
• Permet de diminuer la section des conducteurs.
• Entraîne une diminution très importante des pertes en ligne par effet
joule.
II. ELEMENTS CONSTITUTIFS D’UN TRANSFORMATEUR
Un transformateur comprend trois parties principales (fig. II - 1) :
-
Le circuit magnétique dont le rôle consiste à:
• Canaliser de flux électromagnétique variable avec le minimum de pertes,
• Supporter les enroulements primaire et secondaire.
La partie électrique chargée de:
• Créer dans l’enroulement primaire, alimenté par le réseau d’énergie, le flux
électromagnétique.
• Produire dans l’enroulement secondaire la tension destinée à l’utilisation.
-
La partie mécanique destinée à:
•
Supporter l’ensemble des constituants ;
14
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
•
•
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Protéger les parties actives contre tout contact ;
Maintenir le fluide liquide au gazeux de refroidissement.
Eléments constitutifs d’un transformateur
Fig. II - 1
II.1. Circuit magnétique
Siège du flux alternatif le circuit magnétique doit présenter :
•
•
•
Une réluctance faible
Une résistivité élevée
Une saturation nulle.
Il se compose de trois parties :
•
•
•
Les noyaux qui portent les enroulements,
Les culasses qui réunissent les extrémités des noyaux,
Les joints qui assurent la continuité magnétique de circuit entre les
noyaux et les culasses.
Le circuit magnétique peut se présenter sous deux différentes formes (fig. II - 2):
•
Circuit (transformateur) à colonnes : avec deux noyaux (colonnes)
relié par deux culasses (traverses), les enroulements étant repartis
par moitié sur les deux noyaux ;
•
Circuit (transformateur) cuirassé : avec un seul noyau central qui
porte la totalité des enroulements, le flux se referme par
l’intermédiaire des colonnes latérales (deux noyaux latéraux de
section plus faible).
15
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Différentes formes de circuit magnétique
Fig. II – 2
Les conditions de réluctance faible, de résistivité élevée, de saturation nulle,
nécessaires pour un circuit magnétique de qualité imposent (fig. II – 3):
•
Un choix de matériaux magnétique ayant une perméabilité élevée
sous une forte induction : tôles d’acier au silicium à grains orientés.
•
•
Des noyaux feuilletés de grande sections,
Des entrefers minimaux au niveau des assemblages par :
Joints plans
Joints enchevêtrés à coupes :
• Perpendiculaires.
• Obliques.
Section des colonnes et joints du circuit magnétique
Fig. II - 3
16
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Afin d’éviter les courts-circuits magnétiques l’assemblage noyaux – culasse est
effectué par étriers et vérins, ou par contreplaqués. Pour les grandes puissances,
dés la construction du circuit magnétique, sont prévus des canaux de circulation
destinés au refroidissement du transformateur.
II.2. Partie électrique
Elle est composée par :
Les enroulements haute et basse tensions : bobinages,
Les organes de liaison avec la périphérie (secteur, réseau d’utilisation) :
traversées isolantes,
Les dispositifs d’ajustement de la grandeur de sortie : régleurs de tension.
La patrie électrique doit faire face à des contraintes d’ordre :
Electrodynamique : ces efforts auxquels sont soumis les bobinages ont pour
cause les surintensités provoquées par :
La mise sous tension du transformateur,
Le démarrage des moteurs asynchrones,
Le court-circuit au secondaire ;
Diélectrique : les parties actives, haute et basse tensions, et la masse du
transformateurs sont à des potentiels très différents, par ailleurs le
transformateur peut être soumis à des perturbations atmosphériques
génératrices des surtensions importantes.
Thermique : ces échauffements qui d’origines électrique (effet joule)et
magnétique (hystérésis, courants de Foucault) sont nuisible à la bonne tenue
des transformateurs : la chaleurs dégagée doit être dissipée hors de la
machine, c’est le rôle du dispositifs de refroidissement.
II.2.1. Enroulements (bobinages)
Généralement il y a trois types d’enroulements qui sont retenus(fig. II - 4) :
•
Enroulement concentrique, dans lequel le circuit basse tension
est disposé contre le fer du noyau ; ce type d’enroulement
convient pour des gammes de puissance relativement faibles,
quelque centaines de KVA ;
•
Enroulement bi-concentrique, dans lequel le circuit haute
tension est disposé entre deux bobines basse tension ;
•
Enroulement alterné, où les bobinages haute et basse tension
sont réalisés sous forme de galettes disposées alternativement.
17
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Types d’enroulements
Fig. II - 4
II.2.2. Organes de liaison avec la périphérie (traversées isolantes)
Les traversées isolantes assurent la liaison électrique entre les extrémités des
enroulements primaire et secondaire et les lignes d’arrivée et de départ, par
l’intermédiaire d’isolateurs. Les traversées se montent sur le couvercle métallique de
la cuve.
Suivant la tension de service sont utilisés deux types de traversées :
- Si U ≤ 36 kV :
•
•
-
fabrication monobloc en porcelaine ou en verre,
fabrication en deux parties en résine synthétique (l’une fixe sur la
cuve, l’autre emboîtable);
Si U > 36 kV : on emploi des traversées à condensateur (secs ou à papier
imprégné à l’huile).
Les traversées (fig. II – 5) sont d’une hauteur importante (plusieurs décimètres en
MT, plusieurs mètres en HT ) pour éliminer les effluves dues au champ
électrostatique.
18
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Exemples de traversées isolantes
Fig. II - 5
II.2.3. Ajusteur et régulateur de tension
Dans les transformateurs de distribution, en charge, surgissent les chutes de tension
importantes, dues à l’éloignement du poste de répartition.
Pour réagir à ce problème les enroulements de la H.T. comportent des sections de
réglage de la tension qui servent à compenser ces chutes. Il faut agir sur le rapport
de transformation dans une limite de ±5%. C’est le rôle de l’ajusteur de tension qui
modifie le nombre de spires (côté HT) : cette modification ne peut s’effectuer
qu’après mise hors tension du transformateur.
Pour assurer sur le côté utilisateur une tension pratiquement constante, il est
nécessaire d’effectuer un réglage en charge : c’est le rôle du régulateur de tension.
Basé sur le même principe que l’ajusteur, il dispose d’une plage de réglage plus
importante (±12%).
II.3. Partie mécanique
Les problèmes d’ordre mécanique sont partout présents dans le transformateur, qu’il
s’agisse :
-
De maintenir les tôles feuilletées des noyaux et culasse en tenant compte
du foisonnement :
Sangles d’acier, poutres d’appui, flasques de serrage isolants ;
19
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
-
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
D’assurer la tenue des bobinages aux efforts électrodynamiques axiaux et
radiaux :
Cales , frettes, manchettes ;
De faciliter la manutention de la machine :
Roue orientables, crochets de fixation, anneaux de levage.
Pour éviter l’échauffement nuisible au bon fonctionnement des transformateurs, il est
nécessaire de les refroidir soit :
- directement par l’air ;
- indirectement par un fluide.
Toutefois la fonction refroidissement apparaît fondamentale sur le plan de la sécurité
des personnes et des matériels.
II.3.1.Refroidissement par air ou transformateurs secs (fig. II – 6)
L’air ambiant qui remplis à la fois le rôle de diélectrique et de fluide de
refroidissement , baigne les parties actives du transformateurs.
Son renouvellement peut s’effectuer de façon :
•
•
Naturelle
Forcée : dans
ce cas le transformateur
est enfermé dans une cuve
étanche ou pas comportant
.un ventilateur
Transformateur triphasé de faible puissance à refroidissement naturel
Fig. II – 6
II.3.2. Refroidissement par immersion dans un liquide ou transformateurs immergés
(fig. II – 7)
L’air a l’avantage d’être le plus souvent disponible en quantité illimitée, les surfaces
d’échange doivent toutefois être de grandes dimensions et deviennent encombrantes
quand les pertes à évacuer atteignent les centaines de kilowatts. Dans des
conditions géométriques et thermiques identiques, l’huile (et le pyralène) est douze
fois plus efficace que l’air, et l’eau cent fois.
Le liquide de refroidissement (huile minérale) contenu dans la cuve absorbe les
calories des parties actives et les transmet à l’extérieur par l’intermédiaire d’un
échangeur de chaleur. Cet échangeur de chaleur peut être constitué :
20
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Par les ailettes de la cuve.
Par un radiateur extérieur dans le quel circule le diélectrique liquide.
Par un système hydroréfrigérant intégré du transformateur.
Transformateur immergé
Fig. II - 7
Le mode de refroidissement d’un transformateur est défini par quatre lettres :
-
la première indique le diélectrique de refroidissement des enroulements ;
-
la seconde, le mode de circulation de ce diélectrique ;
-
la troisième, l’agent extérieur de refroidissement en contact avec le système de
refroidissement des enroulements ;
-
le quatrième, le mode de circulation de cet agent extérieur.
21
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Agent de refroidissement
Huile minérale
Diélectrique
ininflammable
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Symbole
Circulation
Symbole
O
Naturelle
N
L
Forcée et dirigée dans les
D
(askarel)
enroulements
Gaz
G
Eau
W
Air
A
Isolant solide
S
Forcée
F
II.3.3. Dispositif de préservation de l’huile
Le liquide de refroidissement (huile ou askarel) peut se détériorer rapidement à la
suite d’incident interne (par exemple, arc électrique). Cette dégradation peut se
traduire par :
-
un dégagement gazeux provenant de la décomposition des isolants sous l’action
de la chaleur ou de l’arc électrique ;
-
un mauvais remplissage du transformateur ;
-
une baisse du niveau du diélectrique.
Ces différents incidents peuvent être détectés par un relais de protection appelé
relais Bouchholz dont le fonctionnement est le suivant : le relais (fig. II – 8a), placé
sur le couvercle du transformateur, est prolongé par une tubulaire fermée
hermétiquement. Le corps du relais (fig. II – 8b) renferme un flotteur métallique F
pouvant pivoter autour de l’axe O et commander ainsi, par décrochage du levier L, le
contact à mercure C. Ce contact est « à fermeture » ou « à ouverture », sur
demande. Lors d’une avarie interne (fig. II – 8c), le gaz est recueilli par le relais. Le
niveau du diélectrique s’abaisse dans le relais provoquant la rotation du flotteur F
autour de l’axe O et, après décrochage du levier L, fermeture du contact C.
22
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Le fonctionnement de celui-ci peut ainsi commander un signal d’alarme. Le relais
protège le transformateur en cas de rentrée d’air ou de fuite du liquide diélectrique, à
condition toutefois que cette fuite se manifeste en dessous du relais.
a)
b)
c)
Relais de Bouchholz
a) Vue générale ; b) Avant fonctionnement ; c) Après fonctionnement
Fig. II - 8
II.3.4. Soupape de sécurité ou mano-contact
Le but de la soupape de sécurité (fig. II - 9)est de mettre hors tension le
transformateur au cas où une pression excessive prendrait naissance à l’intérieur
de la cuve.
23
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
La mise hors tension du transformateur s’effectue par l’intermédiaire d’un contact
agissant sur le déclenchement de l’appareil de protection amont.
Mano-contact monté sur le couvercle du transformateur (Document ALSTHOM Division
Transformateurs))
Fig. II – 9
II.3.5. Détecteurs de température
-
L’échauffement anormal et prolongé des enroulements compromet la durée de
vie des transformateurs. Il est nécessaire de détecter toute anomalie de
température pour :
alerter le personnel ,
provoquer une coupure de l’alimentation et éventuellement l’enclenchement d’une
alarme (fig. II – 10).
Thermostat « alarme » monté sur le couvercle du transformateur à l’emplacement du bouchon de
remplissage (Document ALSTHOM Division Transformateurs)
Fig. II - 10
24
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
II.3.6. Accessoires de manutention
Ce sont les anneaux de levage, les roulettes de déplacement, les bouchons de
remplissage et de vidange.
III. EXPLOITATION DES TRANSFORMATEURS
III.1. Plaque signalétique et plaque de schéma
Conformément aux normes, elles sont gravées de manière indélébile. Elles indiquent
les caractéristiques principales des transformateurs (fig. III – 1)
.
•
•
•
•
•
•
Puissance nominale : 325 kVA
Tension nominale :
Primaire : 15 000 V
Secondaire : 400 V
Intensité nominale :
Primaire : 12,1 A
Secondaire : 455 A
Classe thermique
HT: F (135° C maximum)
BT: F(135° C maximum)
Matériau des enroulements
HT : cuivre
BT : cuivre
Durée du court-circuit : 2s
•
•
•
•
•
•
Numéro de fabrication : 19591970
Fréquence : 50 Hz
Couplage : Dyn 11
Mode de refroidissement :air
Mode de protection : IP 20
IP : indice de protection
2 : protection du matériel
contre la pénétration de
corps solides étrangers
0 : non protégé contre la
pénétration de l’eau
Poids total : 1,64t
Plaque signalétique d’un transformateur
Fig. III - 1
III.2. Repérage des bornes et des prises
Le repérage des bornes est défini par la norme NF C 52-100. Les bornes et les
prises sont repérées au moyen de lettres de types différent selon les tensions
relatives des enroulements auxquelles elles sont connectées :
- Enroulement principal à la plus basse tension : lettres minuscules, écriture droite ;
-
Enroulement principal à la plus haute tension : lettres minuscules, écriture droite ;
25
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
-
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Enroulement tertiaire : lettres majuscules ou minuscules entourées d’un cercle ou
de parenthèses.
L’ordre naturel de succession des lettres doit correspondre au même ordre de
succession des phases que dans les divers enroulements. Les lettres à employer
sont indiquées dans le tableau (fig. III – 2).
Repérage des bornes et des prises selon NF C 52-100
Fig. III - 2
Dans le cas de transformateurs triphasés – diphasés, il n’y a qu’une seule paire de
bornes homologuées qui sont conventionnellement marquées B et b.
26
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
III.3. Couplage usuel des enroulements
L’énergie électrique est fournie dans les centrales par des générateurs, appelés
alternateurs, qui sont des machines triphasées dont la tension nominale est de
l’ordre de 10 à 20 kV. Les centrales étant éloignées des consommateurs il est
nécessaire de transporter cette énergie. Compte tenu des pertes dans les
conducteurs de lignes le transport s’effectue en très haute tension (400 kV et plus),
mais pour des raisons de sécurité l’énergie électrique doit être distribuée en basse
tension (380 v). Donc il faut, à l’aide de transformateurs, élever la tension au départ
des centrales et l’abaisser pour le réseau de distribution.
Dans les réseaux triphasés il existe deux possibilités pour les transformateurs :
-
Ensemble de trois transformateurs monophasés identiques : on connecte un
transformateur sur chacune des phases (fig. III – 3a, b, c) ;
-
Transformateur triphasé : c’est un appareil unique dont la carcasse magnétique
comporte trois noyaux (ou colonnes) de même section (fig. III – 3d) ayant des
axes parallèles et situés dans un même plan, réunis par deux culasses (ou
traverses) (dit à flux lié). Ou de cinq noyau, dont deux latéraux de section
différente (dit à flux libre) (fig. III – 3e). Les enroulements dans les deux cas sont
placés toujours sur les noyaux de même section. Les deux types de
transformateur triphasé ont le même comportement en régime équilibré, mais ils
ont un comportement différent si le régime est déséquilibré (dans le
transformateur à trois noyaux apparaît une légère dissymétrie du flux dans le
noyau central par rapport aux noyaux latéraux).
27
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Transformateur triphasé
Fig. III - 3
Lorsqu’on s’intéresse aux grandeurs relatives à la ligne d’alimentation, c’est-à-dire la
tension nominale est définie aux bornes des phases de l’alternateur (tension
composée) et les courants circulent dans les fils de phases, il est nécessaire de
considérer les couplages possibles des enroulements.
Les enroulements de phase d’un transformateurs triphasé peuvent être connectés de
trois façons différents :
-
En triangle (le primaire sur la fig. III – 4a),
-
En étoile (le secondaire sur la fig. III – 4a),
-
En zig-zag (le secondaire sur la fig. III – 4b).
a)
b)
Connexion des enroulements d’un transformateur triphasé
a) Triangle – Etoile ; b) Etoile - Zigzag
Fig. III - 4
28
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Les transformateurs sont désignés par des lettres indiquant le couplage des
enroulements primaires et secondaires : les lettres majuscules indiquent la haute
tension et les lettres minuscules indiquent la basse tension, qui sont respectivement
D ou d, Y ou y et Z ou z.
Les couplages étoile et zig-zag permettent de sortir le neutre et de le connecter au
fil de neutre du réseau de distribution.
Exemple :
Enroulement côté basse tension couplé en zigzag, lettre z.
Le couplage zigzag permet une meilleur tenue du transformateur
sur un circuit BT déséquilibré.
Enroulement côté haute tension couplés en étoile, lettre Y.
Enroulement côté basse tension couplés en triangle, lettre d.
Enroulement côté haute tension en étoile lettre Y.
III.4. Déphasage entre enroulements. Indice horaire
L’angle de déphasage entre les enroulements haute et basse tensions est mis en
évidence par le diagramme vectoriel et il est conventionnellement exprimé par
l’indice horaire. Cet angle est toujours un multiple de 30° et, par analogie, il
représente la distance angulaire entre chaque heure d’une horloge, d’où le nom.
Le diagramme vectoriel regroupe le diagramme du couplage des deux
enroulements en positionnement en 0 celui qui correspond à la plus haute tension.
29
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Après la désignation des transformateurs par des lettres indiquant le couplage des
enroulements primaires et secondaires figure l’indice horaire. La valeur du
déphasage entre les traversées analogues A et a s’obtient en multipliant cet indice
par 30.
Exemple : Couplage : D y 5
D : Couplage triangle pour la haute tension
y : Couplage étoile pour basse tension.
5 : Indice horaire de couplage, soit 30*5=150° de déphasage entre la tension
primaire et la tension secondaire.
Sur la fig. III – 5 on peut voir les différents types de couplage des enroulements
primaire et secondaire. Les couplages les plus utilisés sont :
-
le couplage D y 11, utilisé comme élévateur de tension à la sortie des centrales
électriques ;
le couplage Y y 0, employé comme abaisseur de tension entre un réseau H.T. et
un réseau M.T. ;
le couplage D yn 11, utilisé en distribution lorsque les déséquilibres risquent d’être
un peu importants ;
le couplage Y zn 11, adopté en distribution lorsque les déséquilibres peuvent être
importants.
30
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Différents types de couplage. Indice horaire
Fig. III - 5
31
Résumé de théorie et Guide de
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Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
III.5. Marche en parallèle de deux transformateurs
Dans certaines installations répondant à des conditions d’utilisation bien particulières
(exemple : variations cycliques de charges, surcharges saisonnières, continuité de
service, etc.), il est nécessaire d’utiliser deux transformateurs. Lorsque ces deux
transformateurs ont leurs primaires alimentés par le même réseau et leurs
secondaires débitant dans la même installation, ils sont dits branchés en parallèle.
On peut brancher deux transformateurs en parallèle sachant que :
- La puissance disponible est égale à la somme des puissances des appareils,
s’ils sont de même puissance. Si les puissances sont différentes, la puissance
totale est légèrement inférieure (de l’ordre de 10%).
- Leurs rapports de transformation (rapport entre la haute tension et la basse
tension à vide) doivent être égaux (tolérance ± 10% de la valeur de la tension de
court-circuit, avec maximum de 0,5%) ;
- Leurs tensions de court-circuit doivent être égales (tolérance ± 10%) ;
- leurs couplages doivent être compatibles entre eux. Ce qui est le cas si :
• Les indices horaires sont les mêmes : les traversées repérées par la même
lettre seront connectées ensemble (fig. III – 6) ;
Marche en parallèle de transformateurs de même groupe
Fig. III – 6
•
Les indices horaires appartiennent à un même groupe :
Groupe I
: indices horaires 0 – 4 – 8
Groupe II
: indices horaires 6 –10 – 2
Groupe III : indices horaires 1 – 5
Groupe IV : indices horaires 7 – 11
Toutefois les transformateurs possédant des indices horaires dans les groupes III et
IV ont également des couplages compatibles (fig. III – 7). Dans ce cas, les
connexions ne sont pas réalisées entre traversées repérées par la même lettre.
32
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
- Pour que la répartition des charges entre les deux appareils soit acceptable, il
convient que le rapport des puissances nominales des deux transformateurs soit
comprise entre O,5 et 2. Il faut en outre que les impédances des jeux de barres et
connexions H.T. et B.T. n’entraînent pas de déséquilibre dans la répartition des
charges.
Couplage en parallèle des transformateurs des groupes III et IV
Fig. III - 7
IV. AUTOTRANSFORMATEURS
IV.1.Réalisation
Dans un transformateur les deux enroulements, primaire et secondaire, sont
galvaniquement séparés et sont parcourus par deux courants I1 et I2 de sens
inverses. Le couplage autotransformateur permet d’utiliser l’enroulement primaire luimême pour élever la tension secondaire. Le courant circulant dans le primaire est la
différence des deux courants I1 et I2 (fig. IV – 1).
Schéma de principe d’un autotransformateur
Fig. IV - 1
33
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
IV.2. Utilisation
Les autotransformateurs sont utilisés depuis les basses tensions de distribution 127
et 220 V jusqu’aux très hautes tensions de transport 420 et 765 kV (fig. IV – 2). Ils
présentent un certain nombre d’avantages et d’inconvénients qui limitent leur
domaine d’emploi vis-à-vis des transformateurs.
Partie active d’un autotransformateur 250 MVA – 20/132/400 kV
Fig. IV - 2
Plusieurs types d’autotransformateurs sont distingués suivant leur utilisation :
- Réglage de tension, intensité, puissance, température, éclairement, vitesse,
force, débit dans les laboratoires (fig. IV – 3) ;
a)
b)
Schéma d’utilisation d’au autotransformateur BT
a) Branchement « Abaisseur de tension » ; b) Branchement « Abaisseur – élévateur de tension »
Fig. IV - 3
34
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
•
•
•
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Dans l’industrie, les appareils triphasés sont les plus répandus :
Liaison, avec éventuellement réglage, entre deux réseaux de tensions
différentes ;
Réglage dans de grandes limites de la tension de transformateurs dont le
secondaire est à basse tension, tels que ceux alimentant des fours électriques ou
des redresseurs pour l’électrolyse ou la traction ;
Alimentation sous tension réduite de moteurs synchrones ou asynchrones,
pendant leur démarrage ;
Il existe de nombreux schémas de couplage pour les autotransformateurs,
dépendant des conditions du réglage : tension, courant, amplitude ; les plus
fréquents sont rassemblés, en représentation monophasé, sur la fig. IV – 4.
Principaux schémas de couplage des autotransformateurs
a) U1 ou U2 variables ; b), c), d), h) i) U1 fixe, U2 variable ; e), f), g) U1 variable, U2 fixe
Fig. IV - 4
Le réglage au point neutre (fig. IV – 4a) a l’avantage de placer le chargeur de prise
dans une zone moins exposée du point de vue surtensions, mais il occasionne un
surdimensionnement, et n’est utilisé que pour les réglages de faible amplitude en très
haute tension.
Lorsque la tension inférieure varie (fig. IV – 4b, c, d), la tension supérieure étant fixe,
le choix du couplage possible dépend de l’amplitude de réglage. Dans les cas
contraires (fig. IV – 4 e, f, g) le changeur de prise est toujours du côté tension
inférieure.
35
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Enfin, dans des conditions spéciales où les performances des changeurs de prises
sont insuffisantes (courant élevé), il faut utiliser le schéma de la fig. IV – 4h,
comprenant un autotransformateur avec enroulements de réglage et un
transformateur séparé développant côté tension inférieure une tension additive ou
soustractive. L’ensemble est évidemment beaucoup plus important.
Les transformateurs de réglage pour fours ou redresseurs sont, en général, du type
sur la fig. IV – 4i, et comportent plusieurs échelons de réglage grossier s’étendant
éventuellement jusqu’au point neutre.
Les transformateurs de démarrage appartiennent, eux, au groupe de la fig. IV – 4b.
V. TRANSFORMATEURS DE MESURE
V.1. Transformateur de tension ou de potentiel (T.P.)
Ce sont des transformateurs (mono et triphasés) abaisseurs de tension (m < 1) ; ils
sont destinés à réduire la tension dans un rapport connu pour alimenter soit des
voltmètres (en général de calibre 150 V), soit des circuits « tension » de wattmètres,
compteurs électriques, relais, etc.
La tension primaire U1 doit être proportionnelle à la tension secondaire U2. Pour qu’il
en soit ainsi, il faut soigner la construction des enroulements afin de réduire
l’influence des résistances et des fuites magnétiques.
V.1.1. Symbole :
V.1.2. Caractéristiques :
-
Rapport de transformation : constant.
Tension secondaire : en général 150V.
Puissance de 10 à 50 VA.
Il ne faut pas mettre en court-circuit un transformateur de potentiel ce qui
entraînerait sa détérioration du fait qu’il présente de très faibles pertes et qu’il est
toujours alimenté sous sa tension nominale primaire.
36
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
V.1.3. Montage en triphasé
La mesure des tension s’effectue avec deux transformateurs monté en V (fig. V –
1a), ou avec trois transformateurs monté en étoile (fig. V – 1b).
a)
b)
Montage d’un transformateur de tension sur un réseau triphasé
Fig. V - 1
La technologie des transformateurs de tension dépend de la tension que leur
primaire doit supporte. Jusqu’à 30 kV, ce sont de petits appareils plongés dans
l’huile. Au-delà, les transformateurs de tension sont disposés à l’intérieur d’un
isolateur céramique pouvant dépasser 2 mètre de hauteur et 50 cm de diamètre (fig.
V – 2).
Transformateur de tension de 7000 VA; 80,5 kV; 50 Hz
Fig. V - 2
37
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
V.2. Transformateur de courant (T.C.)
Ce sont des appareils monophasés abaisseurs de courant donc élévateur de
tension (m > 1) destinés à alimenter un ampèremètre ainsi que le circuit « courant »
d’un wattmètre. Leur rôle est double :
• ils isolent les appareils de mesure de l’installation (ce qui est fondamental en
HT);
• ils réduisent le courant à mesurer dans un rapport connu pour que
l’ampèremètre (de calibre 5 A en général) puisse supporter (fig. V – 3).
Branchement d’un transformateur de courant
Fig. V - 3
Le courant I1 à déterminer doit être proportionnel au courant secondaire I2. que l’on
mesure. Pour qu’il en soit ainsi, il faut soigner la construction du circuit magnétique
afin de réduire le courant à vide I0 (on donne au circuit magnétique la forma d’un
tore).
Le fonctionnement d’un T.C. est très différent de celui d’un transformateur ordinaire :
• le secondaire, fermé sur un ampèremètre, est pratiquement en court-circuit ;
• le primaire étant en série dans le circuit, c’est son courant qui est imposé (et non
sa tension).
Il en résulte que le secondaire ne doit jamais être ouvert. La f.m.m. du primaire
n’étant plus compensée par la f.m.m. du secondaire le flux augmente anormalement :
• les pertes magnétiques peuvent provoquer un échauffement excessif ;
• la tension secondaire atteint des valeurs dangereuses pour l’appareil et le
personnel.
Ainsi, lorsqu’on débranche l’ampèremètre (par exemple, pour changer le calibre), il
faut d’abord court-circuiter le secondaire du T.C.
Dans les installations industrielles, le primaire du T.C. est constitué de la barre dans
laquelle on veut mesurer le courant ; cette barre traverse le tore ferromagnétique sur
lequel est bobiné le secondaire (fig. V – 4).
38
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Transformateur de courant avec circuit magnétique en tore
Fig. V - 4
En B.T. on emploie souvent des T.C. en forme de pince. Ces pinces, dites
ampèremétriques, permettent de mesurer des courants sans avoir à ouvrir les
circuits.
Dans les laboratoires on utilise des T.C. présentant deux bornes S1 et S2 au
secondaire, plusieurs paires de bornes au primaire (l’une des bornes P étant
commune à toutes les paires). Il est ainsi possible de donner à l’ensemble « T.C. +
ampèremètre 5 A » différents calibres (par exemple : 10 A, 20 A, 50 A).
V.2.1. Symboles
V.2.2. Caractéristiques :
-
Rapport des intensités primaire et secondaire : constant.
Intensité secondaire : en général 5A.
Puissance de 10 à 50 VA.
39
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
VI. CONSTITUTION D UN POSTE DE TRANSFORMATION
VI.1. Types de postes de transformation
La liaison entre le réseau d’alimentation en énergie électrique et le réseau
d’utilisation se fait par le moyen d’un poste de transformation où sont groupés tous
les éléments permettant l’adaptation du schéma de fonctionnement aux nécessités
momentanées et assurant le contrôle et la protection des réseaux et des
équipements eux-mêmes (VI – 1).
L’établissement d’un poste doit se faire selon des réglementations détaillées
rassemblées dans plusieurs normes marocaines et internationales et des « cahiers
de spécifications et conditions techniques » établis par O.N.E.
Le transformateur de puissance est l’élément principal du poste, le plus encombrant
et le plus lourd. Les conditions de service locales ont une répercussion sur la
disposition du poste et, par suite, sur la réalisation du transformateur et ses
conditions d’installation.
Le projet d’un poste de transformation doit se faire en tenant compte de quatre
impératifs :
- sécurité du personnel ;
- sauvegarde du matériel ;
- fonctionnement sans troubles du réseau de distribution ;
- maintien de la continuité du service.
Les plans de l’installation doivent être soumis à l’accord préalable du distributeur.
Les postes de transformation peuvent être de plusieurs types :
- extérieur (poste aérien sur poteau) (fig . VI - 2)
- intérieur ouvert (poste en cabine construit) (fig. VI – 3) ;
- intérieur préfabriqué (poste en cellule en élément modulaire (poste mobile ) (fig.
VI – 4)
Les règlements concernent essentiellement :
- les ouvrages de génie civil ;
- les installations électriques à H.T. ;
- les installations électriques à B.T.
Les normes s’appliquant aux postes de transformation concernent :
- soit les postes intérieurs d’abonnés d’une puissance inférieure ou égale 2,5 MVA
sous une tension ne dépassant pas 57 kV ;
- soit les installations électriques à haute tension, en général extérieures, dont la
tension est inférieure à 66 kV.
40
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Schéma synoptique d’un poste de transformation
Fig. VI – 1
41
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Poste aérien sur poteau
Fig. VI – 2
Transformateur 100 MVA – 220 kV dans un poste extérieur
Fig. VI – 3
42
Résumé de théorie et Guide de
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Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Transformateur sec imprégné 630 kVA en cellule préfabriquée
Fig. VI - 4
VI.2. Règlements d’installation
VI.2.1. Génie civil
Pour les postes intérieurs de petite puissance, le bâtiment doit se trouver en bordure
d’une voie de circulation publique ou privée, de façon à être accessible à tout
moment et de permettre la manutention facile de tous les éléments, notamment les
transformateurs. Le sol doit être prévu pour les charges fixes et roulantes.
Des distances suffisantes aux passagers réservés au personnel, ou bien des
cloisons ou écrans, rendent inaccessibles les circuits à haute tension.
La cellule du transformateur comporte les emplacements des rails de roulement, les
caniveaux pour les câbles H.T. et B.T. et les passages des câbles de mise à la terre.
Lorsqu’une fosse à huile est prévue, elle doit être d’un volume en rapport avec celui
du transformateur, comporter un garnissage de cailloux pour extinction de l’huile et
un conduit d’évacuation . Un cuvelage étanche est seul autorisé, la fosse à fond
perdu n’étant plus admise pour des raison de pollution.
Pour la ventilation du poste, les prises d’air inférieures se trouvent à plus de 20 cm
du sol et, de préférence, derrière ou sous le transformateur, l’évacuation de l'air se
faisant par cheminées, lanterneaux ou baies, débouchant à l’air libre.
43
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Dans les postes en sous-sol ou en souterrain, les gaines de ventilation et les câbles
sont disposés de façon à éviter les rentrées d’eau.
La partie extérieure des postes de plus grande puissance comporte pour chaque
transformateur un massif avec :
- longrines en béton portant les rails de repos ;
- enceinte d’évacuation d’huile ;
- massifs de fixation d’auxiliaires, tels que les hydroréfrigérants et les groupes moto
- pompes ;
- raccordements de la voie de repos à la voie de desserte ;
- fondation des murs de protection entre transformateurs ;
- éventuellement enceinte acoustique.
Pour permettre le fonctionnement satisfaisant de la protection masse - cuve, il faut
éviter tout contact entre les rails de repos et les armatures du massif, et ménager des
coupures d’isolement entre la voie de repos et la voie de desserte.
Du point de vue de la protection du personnel contre les incendies, la norme C 12100 n’exige pas de mesures particulières lorsque l’emplacement est
géographiquement séparé des autres bâtiments et accessibles seulement aux
électriciens. Dans tous les autres cas, l’installation d’une fosse à huile n’est pas
exigée lorsqu’un relais Buccholz est monté sur le transformateur ; cependant pour la
sauvegarde du matériel en évitant la propagation d’un incendie consécutif à un
défaut, l’exécution d’une fosse à huile est vraiment recommandée de même que le
garnissage de sable des caniveaux aux sorties de la cellule.
VI.2.2. Installations électriques
Le transformateur comportant des pièces à l’air libre, sous tension en régime normal
(traversées et connexions au jeu de barres) ou susceptibles d’être portées à un
potentiel élevé en cas de défaut interne ou externe (cuve, auxiliaires), sa disposition
dans le poste est soumise aux réglementations. Celles-ci prennent deux aspects
principaux.
VI.2.2.1. Distances d’installation
Pour les postes intérieurs à moyenne tension (5,5 à 30 kV), les cloisons entre
cellules et les portes doivent avoir une hauteur minimale de 2 m (2,3 m dans certains
cas) de façon à mettre les conducteurs nus et les pièces sous tension hors portée
des personnes se trouvant au sol. Les distances minimales dans l’air sont indiquées
sur le tableau IV-1 (UTE C 13-100).
44
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Tableau VI-1. Distances minimales dans l’air
45
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Les distances minimales d’installation entre conducteurs ou entre conducteurs et
masse sont données dans le tableau IV-2 (extrait de la norme UTE C 13-200)
Tableau VI-2. Distance minimales d’installation
46
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Dans les installations à plus haute tension, inférieures ou extérieures, la distance du
sol à la partie des isolateurs ne doit pas être inférieure à 2,25 m, quelle que soit la
tension. Ceci peut amener à surélever dans des postes extérieurs les
transformateurs de faible puissance ou à disposer des rehausses de traversées sur
la cuve.
La distance au sol des connexions est ; selon la tension nominale :
U ≤ 30 kV
2,5 m
30 < U ≤ 45 kV
2,6 m
45 < U ≤ 66 kV
2,8 m
VI.2.2.2. Circuit de terre
Il existe dans chaque poste un circuit de « terre des masses » auquel doivent être
reliés :
- les masses de tous les circuits H.T. et B.T. (gaines et écrans de câbles) ;
- la cuve métallique du transformateur (éventuellement avec interposition d’un
transformateur de courant pour la protection masse – cuve) ;
- les parafoudres ou éclateurs H.T..
Le neutre des circuits B.T. est relié à la prise de terre des circuits B.T., soit
directement, soit par une impédance, soit par un limiteur de surtension (cas des
circuits B.T. isolés). Ce circuit de terre peut être commun avec le précédent lorsque
la résistance de terre est suffisamment faible, dans le cas contraire, il doit être
séparé (tableau IV-3).
Tableau VI-3. Résistance de prises « mise à la terre »
La qualité des prises de terre est primordiale. Une résistance trop élevée peut causer
des montées en potentiel dangereuses des conducteurs de terre, en cas de défaut
phase – terre, côté haute tension. La nature du système de protection dépend de la
valeur de la résistance de terre, selon le tableau IV-3, pour les réseaux B.T.
Au-dessous de ces valeurs, les éclateurs H.T. peuvent être reliés à la « terre des
masses » ; au-dessus, une prise de terre séparée ou des parafoudres sont imposés.
Une résistance de terre dépassant 30 Ω rend les parafoudres nécessaires.
47
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Le raccordement de conducteurs de la mise à la terre est effectué à l’aide de la
technique de soudage par aluminothermie.
L’énergie calorifique nécessaire à la fusion des bords à assembler est fournie par
une réaction chimique exothermique.
Cette technique est mise en œuvre, par exemple, pour la réparation de pièces
massives ou pour le soudage des rails ou des bandes d’une épaisseur considérable.
Pour comprendre le principe il faut se référer au schéma qui donne l’idée de soudage
bout à bout de rails (acier à acier) (fig. IV – 4).
Soudage bout à bout par l’aluminothermie
1 – Creuset de fusion ; 2 – Mélange de poudre d’aluminium et d’oxyde de fer ; 3 – Cartouche de
magnésium ; 4 – Moule métallique ; 5 – Sable ; 6 – Event ; 7 – Canal de coulée ; 8 – Section du rail à
coller
Fig. VI - 4
Dans un moule métallique (4) rempli du sable (5) on pose les deux rails (8), bout à
bout, à une distance déterminée en fonction des dimensions des rails. Dans le sable
sont formés l’évent (6), pour évacuation des surplus et des gaz, et le canal de coulée
(7). Le creuset de fusion (1) comporte le mélange de poudre d’aluminium et d’oxyde
de fer (2) et la cartouche de magnésium (3).
Le procédé chimique utilisé est exprimé par la formule :
Fe2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Fe↓ + Q↑
Les éléments dans la poudre rentrent difficilement en réaction voilà pourquoi on
utilise le magnésium comme catalyseur qui la déclenche.
48
Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Q est la quantité de chaleur dégagée de la réaction chimique. Elle est très importante
et la température peut atteindre 2000°C. De cette façon le métal obtenu fond et coule
dans la moule.
Dans le cas de raccordement de conducteurs de la mise à la terre l’oxyde de fer est
remplacé par l’oxyde de cuivre Cu2O3. Pendant la réaction, décrite ci-dessous,
l’aluminium remplace le cuivre dans l’oxyde.
Cu2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Cu↓ + Q↑
Les conducteurs sont placés dans un moule spécial en graphite qui réuni en même
temps le moule en sable et le creuset de fusion dans le cas précédent. La poudre
des composant est versée dans le moule. L’amorçage de la réaction se fait avec un
allumeur en pierre. Après un temps nécessaire pour que la réaction et le
refroidissement soient complets les conducteurs sont dégagés du moule.
Le procédé est utilisé pour ces caractéristiques :
- Le raccordement supérieur des liens mécaniques ;
- L’absence de corrosion.
VI.3. Montage du transformateur
Avant l’arrivée du transformateur, sur le site, les documents nécessaires : dessins
d’ensemble, instruction de montage auront été réunis et étudiés en détail.
L’emplacement exact est à vérifier ainsi que le positionnement des accessoires et
armoires de filerie. Les moyens de manutention pour le déchargement, la mise en
place et les opérations éventuelles de montage doivent être à disposition en temps
voulu ainsi que les équipements de traitement d’huile et de contrôle et leur
alimentation électrique.
Suivant le cas, le transformateur est expédié tout monté et plein d’huile, donc
pratiquement en ordre de marche, ou bien les accessoires dépassant le gabarit de
transport : traversées, réfrigérants, armoires de commande, sont démontés et
expédiés à part, et la cuve est partiellement vidée d’huile.
Les transformateurs expédiés vides d’huile sont à remplir dès que possible, cette
opération étant faite sous vide pour les tensions supérieures ou égales à 60 kV.
Les instructions de montage, auxquelles il comporte de se conformer tout au long
des opérations, fixent le détail des travaux de montage des traversées, du système
de réfrigération, des auxiliaires, accessoires, coffrets et armoires de commande.
Le changeur de prises en charge et sa commande font l’objet d’instructions
spéciales. Leur montage est, de préférence, confié à un personnel spécialisé.
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Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
A la fin des opérations de montage, le transformateur est prêt à être mis sous
tension. Après connexion des traversées H.T. et B.T. aux jeux de barres du poste et
exécution de la filerie des auxiliaires jusqu’au tableau de contrôle, le transformateur
peut être mis en service (fig. VI – 5).
Transformateur monophasé 360 MVA en cours de montage
Fig. VI - 5
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Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Module 18: INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
GUIDE DE TRAVAUX PRATIQUES
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Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
I. TP-1 : EXERCICE D’APPLICATION
I.1. Objectif visé
-
Apprendre au stagiaire à connaître les caractéristiques d’un transformateur et
calculer certains paramètres
I.2. Durée du TP :
La durée du TP est de 3 heures.
I.3. Description du TP
Un transformateur triphasé a les caractéristiques suivantes :
- couplage : Yy0 ;
- spires au primaire (par noyau) N1 = 1 920 ;
- spires au secondaire N2 = 64 ;
En fonctionnement normal :
- la tension secondaire entre phases U2 = 378,3 V ;
- la chute de tension relative : 3 %.
On demande la tension entre phases au primaire.
I.4. Déroulement du TP
Sous la direction du formateur les stagiaires doivent tracer les schémas du
transformateur et faire les calculs nécessaires.
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Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
II. TP-2 : INSTALLATION ET RACCORDEMENT D’UN TRANSFORMATEUR
II.1. Objectifs visés :
-
Installer le transformateur
Raccorder le transformateur
II.2. Durée du TP :
Le TP doit être exécuté pour une durée de 12 heures.
II.3. Matériel (Equipement et matière d’œuvre) par équipe :
a) Equipement :
-
Transformateur monophasé de puissance.
Transformateur de puissance triphasé.
Transformateur de mesure (TU – TC).
Bobine et circuit magnétique.
b) Matière d’œuvre :
-
Pince universel.
Clés plat.
Pince à sertir les caisses.
Caisse à outil d’électricien.
Conducteurs et câbles
II.4. Description du TP :
-
Traçage des emplacements
Fixation des transformateurs
Raccordement sur un circuit approprié
Mesure des caractéristiques (tensions primaire et secondaire) et
essai de fonctionnement
Prise des relevés
Evaluation par phases.
II.5. Déroulement du TP :
A l’installation et le raccordement de transformateur le stagiaire doit recourir aux
notions dispensées (Théorique) en parallèle ou d’une façon alterné, en respectant la
durée d’exécution de TP, les normes et la sécurité.
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Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
III. TP-3 : CABLAGE DE TRANSFORMATEURS MONOPHASES SUR UN
RESEAU TRIPHASE
III.1. Objectifs visés :
-
Câbler les transformateurs
Installation de l’équipement électrique
III.2. Durée du TP :
Le TP doit être exécuté pour une durée de 12 heures.
III.3. Matériel (Equipement et matière d’œuvre) par équipe :
a) Equipement :
-
3 transformateurs monophasés.
Fusible (AM, gf).
Compteur d’énergie triphasé.
Disjoncteur triphasé.
b) Matière d’œuvre :
-
Pince universel.
Clés plat.
Pince à sertir les caisses.
Caisse à outil d’électricien.
Conducteurs et câbles
III.4. Description du TP :
-
Tracer l’emplacement de chaque appareil électrique.
Fixer les appareils de mesure et de protection.
Raccorder.
Régler les appareils de protection.
Mise sous tension.
Essai.
III.5. Déroulement du TP
Les stagiaires doivent exécuter l’opération de câblage de trois transformateurs
monophasés sur un réseau triphasé dont le but est d’alimenter un récepteur triphasé.
Cela nécessite des connaissances théoriques acquises à exploiter, à condition de
respecter la durée d’exécution, les normes de sécurité et de l’environnement.
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Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
IV. TP-4 : ESSAIS DE TRANSFORMATEUR
IV.1. Objectifs visés :
-
Essai à vide d’un transformateur
Essai en charge d’un transformateur
IV.2. Durée du TP :
Le TP doit être exécuté pour une durée de 12 heures.
IV.3. Matériel (Equipement et matière d’œuvre) par équipe :
a) Equipement :
-
2 wattmètres monophasés.
2 voltmètres à C.A.
2 ampèremètres à C.A.
Transformateur de courant (T.C).
b) Matière d’œuvre :
-
Tournevis plat.
Tournevis cruciforme.
Clés plat.
Caisse à outil d’électricien.
Conducteurs et câbles
IV.4. Description du TP :
-
Lire la plaque signalétique du transformateur.
Dessiner les schémas de mesure à vide et en charge ; charger le
transformateur avec un moteur monophasé en utilisant un T.C.
Repérer les bornes de courant et de tension.
Placer les appareils de mesure selon l’ordre.
Régler les calibres de mesures selon la tension et le courant.
Respecter les normes de sécurité.
Mesure et relevés.
IV.5. Déroulement du TP
Les stagiaires doivent travailler en groupe de trois. Le travail consiste à brancher des
appareils de mesure au primaire et au secondaire d’un transformateur triphasé pour
mesurer et déterminer :
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Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
-
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
à vide : le courant I10 et les tensions U10 et U20, ainsi que la
puissance P10 de transformateur et son rendement.
en charge : les courants I1 et I2, les tensions U1 et U2, les puissances
P1 et P2 pour une charge active (par exemple, une résistance de
chauffage ou série de lampes à incandescence) et inductive (un
moteur monophasé branché à travers un T.C.). Pour les deux cas
déterminer le rendement.
Il faut respecter les consignes de sécurité et le temps bien déterminer à l’avance.
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Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Module 18: INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
EVALUATION DE FIN DE MODULE
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travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
L’objectif visé par l’évaluation est de vérifier l’aptitude des stagiaire à installer et à
raccorder des transformateurs.
L’évaluation doit se faire en groupe de deux à trois stagiaires pour la partie pratique
compte tenu des gabarits et du poids des éléments. La partie théorique doit être
prévue pour un travail individuel.
Le contenu de la partie théorique doit être basé sur les directives, les plans et les
devis, ainsi que sur les exigences des normes en vigueur liées à l’installation des
transformateurs.
Avant de commencer les travaux pratiques le stagiaire doit dresser une liste des
mesures de sécurité dont le respect sera évaluer au cours de l’épreuve.
Les matières d’œuvre et équipements doivent être préparés d’avance. Le stagiaire
prépare un rapport sur les préparatifs dans lequel sera décrite la procédure à suivre :
communication adéquate pour l’organisation de la manutention, de l’entretien et des
vérifications ; vérification de l’outillage ; entretien des outils manuels ; description des
risques et les précautions à prendre pendant l’utilisation d’un poste de soudage.
Selon les relations de l’EFP concernant le stage des stagiaires l’évaluation peut être
faite en collaboration avec les entreprises. Cette possibilité enrichit les
connaissances et soulève les exigences.
Pendant l’évaluation toute communication entre les stagiaires est interdite.
Les conditions supplémentaires sont exposées dans le Cahier du stagiaire et la Fiche
d’évaluation qui contient le Barême de notation fait partie intégrante du Cahier
d’eaminateur.
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Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Module 18: INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
ANNEXE
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Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
SYMBOLES GENERAUX
Transforateurs et inductances
Transformateurs à enroulements séparés
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Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Autotransformateurs
Transformateurs de mesure
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Résumé de théorie et Guide de
travaux pratiques
Module 18 - INSTALLATION DE
TRANSFORMATEURS
Liste des références bibliographiques
Ouvrage
Memotech Electrotech
Technologie
d’Electrotechnique
Equipement d’Installation
Electrique
Technologie
d’Electrotechnique
Soudage
Le transformateur de
puissance
Technologie d’Elecricité
Auteur
Denis Cogniel – René
Bourgeois
Christian Lassort – Pierre
Saint
Gabriel Augereau
Edition
CASTEILLA
Septembre 1992
Septembre 1998
A – Capliez, G.Joffin, B
Juin 1994
Lehalle
Edouard
Bahr,
Claude Eyrolles, 1989
Darques
Bernard Hochart
Technique et Documentation
– Lavoisier, 1988
R. Pustelnik, B. Dériquehem Bordas, 1989
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