LES ÉQUIPEMENTS

LES ÉQUIPEMENTS
LES TRANSFORMATEURS
MANUEL DE FORMATION
Cours EXP-PR-EQ170
Révision 0.1

Exploration et Production
Les Équipements
Les Transformateurs
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LES ÉQUIPEMENTS
LES TRANSFORMATEURS
SOMMAIRE
1. OBJECTIFS .....................................................................................................................6
2. CONSTRUCTION / THÉORIE DE FONCTIONNEMENT ................................................7
2.1. INTRODUCTION.......................................................................................................7
2.1.1. Historique des transformateurs .........................................................................9
2.1.2. Éléments physiques d’un transformateur ........................................................10
2.1.2.1. Circuit magnétique : ...................................................................................10
2.1.2.2. Structures les plus courantes de noyaux magnétiques ..............................11
2.1.2.3. Noyau feuilleté en acier au silicium (base fer)............................................13
2.1.2.4. Enroulement...............................................................................................15
2.1.3. Considérations pratiques.................................................................................17
2.1.3.1. Limitations..................................................................................................17
2.1.3.2. Pertes d’énergie .........................................................................................17
3. ÉLECTRICITÉ - DÉFINITIONS......................................................................................20
3.1. FORMULES DES TRANSFORMATEURS ET AIMANTS .......................................20
3.1.1. Perméabilité ....................................................................................................20
3.1.2. Force magnétique ...........................................................................................21
3.1.3. Séquences de fonctionnement d’un transformateur ........................................22
3.2. RAPPORT DE TENSION ........................................................................................23
3.2.1. Rapport de transformation...............................................................................23
3.2.2. Rapport 1/1......................................................................................................24
3.2.3. Transformateur abaisseur ...............................................................................25
3.2.4. Transformateur élévateur ................................................................................25
3.2.5. Transformateur monophasé - Polarité.............................................................26
3.3. RAPPORT DE COURANT ......................................................................................28
3.4. RENDEMENT .........................................................................................................28
3.5. EXERCICES ...........................................................................................................30
4. LES DIFFÉRENTS TRANSFORMATEURS ..................................................................34
4.1. CLASSIFICATION...................................................................................................34
4.2. AUTOTRANSFORMATEURS .................................................................................35
4.3. TRANSFORMATEUR MULTIPHASÉ......................................................................37
4.4. TRANSFORMATEUR RÉSONANT.........................................................................38
4.5. TRANSFORMATEURS DE COURANT - INSTRUMENTATION.............................39
4.6. TRANSFORMATEURS DE TENSION - INSTRUMENTATION...............................40
4.7. TRANSFORMATEURS D’IMPULSION...................................................................40
4.8. TRANSFORMATEURS ÉLECTRONIQUES ...........................................................41
4.8.1. Transformateurs FR fréquence radio (transformateurs à ligne de transmission)
..................................................................................................................................41
4.8.2. Baluns .............................................................................................................41
4.8.3. Transformateurs à basse fréquence................................................................41

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4.8.4. Transformateurs de haut parleur .....................................................................42
4.8.5. Transformateurs à faible signal .......................................................................42
4.8.6. Transformateurs de liaison..............................................................................43
4.9. LE TRANSFORMATEUR DE PUISSANCE ............................................................43
5. LES TRANSFORMATEURS DE MESURE....................................................................44
5.1. GÉNÉRALITÉS CONCERNANT COURANT ET TENSION....................................44
5.1.1. Principe et sécurité..........................................................................................44
5.1.2. Branchement des transformateurs de mesure ................................................45
5.1.3. Types de construction des transformateurs de mesure...................................46
5.1.4. Circuits équivalents aux transformateurs de mesure.......................................47
5.1.5. Maintenance et test de contrôle de l’isolation..................................................48
5.2. LE TRANSFORMATEUR DE COURANT TC..........................................................49
5.2.1. Symboles et concepts simplifiés......................................................................49
5.2.2. Câblage d’un TC .............................................................................................49
5.2.3. Tension en circuit ouvert d’un transformateur de courant................................50
5.2.4. Choix et rapport de transformateur de courant................................................51
5.2.4.1. Exemple 1 ..................................................................................................51
5.2.4.2. Exemple 2 ..................................................................................................52
5.2.5. TC spéciaux ....................................................................................................52
5.3. LE TRANSFORMATEUR DE POTENTIEL TP (OU TT DE TENSION)...................53
5.3.1. Symboles et concepts simplifiés......................................................................53
5.3.2. Câblage d’un TP..............................................................................................53
5.3.3. Choix et rapport des transformateurs de tension.............................................55
5.3.3.1. Exemple 1 ..................................................................................................55
5.3.3.2. Exemple 2 ..................................................................................................55
5.3.4. Exemple d’applications de contrôle en triphasé ..............................................57
5.3.4.1. Mesures courantes.....................................................................................57
5.3.4.2. Connexions typiques des TP et TC – 3 phases et neutre ..........................58
5.3.4.3. Connexions typiques des TP et TC – 3 phases pas de neutre...................58
5.4. EXERCICES ...........................................................................................................59
6. TECHNOLOGIE DU TRANSFORMATEUR DE PUISSANCE .......................................60
6.1. DÉFINITION DE NOS BESOINS SUR SITE...........................................................60
6.2. TRANSFORMATEUR SEC .....................................................................................61
6.3. TRANSFORMATEUR DE PUISSANCE IMMERGÉ................................................62
7. BRANCHEMENTS ET PRISES INTERMÉDIAIRES DU TRANSFORMATEUR DE
PUISSANCE......................................................................................................................64
7.1. MARQUAGE ...........................................................................................................64
7.2. BRANCHEMENTS ..................................................................................................65
7.2.1. Branchement triangle ......................................................................................66
7.2.2. Branchement en étoile.....................................................................................67
7.2.3. Calcul du rapport de tension du transformateur triphasé.................................68
7.2.3.1. Branchement étoile-étoile...........................................................................69
7.2.3.2. Branchement triangle - étoile .....................................................................69
7.2.3.3. Branchement étoile - triangle .....................................................................71
7.2.3.4. Branchement spécial, en Z.........................................................................73
7.3. DÉPLACEMENT ANGULAIRE (INDICE HORAIRE)...............................................73
7.3.1. Détermination du câblage................................................................................74
7.3.2. Les différentes configurations..........................................................................75

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7.3.3. Astuces pour déterminer le déplacement angulaire ........................................79
7.4. COMMUTATEURS À PRISE DE RÉGLAGE ..........................................................80
7.4.1. Description / emploi du commutateur à prise de réglage.................................80
7.4.2. Version hors charge ........................................................................................81
7.4.3. Version en charge ...........................................................................................81
7.4.3.1. Commutateurs à prise de réglage mécaniques..........................................82
7.4.3.2. Commutateurs à prise de réglage à thyristor .............................................83
7.4.3.3. Commutateurs à prise de réglage à semi-conducteurs (thyristor)..............83
7.4.3.4. Emploi spécifique .......................................................................................83
7.5. BORNES DE BRANCHEMENT ..............................................................................84
7.5.1. Bornes haute tension.......................................................................................84
7.5.2. Bornes et branchements basse tension ..........................................................85
7.5.2.1. Boîtier de raccordement : plaque non métallique.......................................85
7.5.2.2. Câble monophasé sur un chemin de câbles ..............................................86
7.6. EXERCICES ...........................................................................................................88
8. PROTECTIONS ET FONCTIONNEMENT ÉLECTRIQUES ..........................................89
8.1. PROTECTIONS DES LIGNES ÉLECTRIQUES......................................................89
8.1.1. Schéma général de protection d’une ligne ......................................................89
8.1.2. Protections électriques du primaire .................................................................90
8.1.3. Protections électriques du secondaire (BT).....................................................91
8.1.4. Séquences de fonctionnements des rupteurs .................................................92
8.2. ACCESSOIRES DE TRANSFORMATEUR DE PUISSANCE (à l’huile)..................93
8.2.1. Dispositifs de protection interne ......................................................................93
8.2.2. Accessoires externes ......................................................................................94
8.3. SYSTÈME DE MISE À LA TERRE..........................................................................95
8.3.1. Protection contre les surtensions ...................................................................95
8.3.2. Protection différentielle....................................................................................98
8.3.3. Relais de défaut à la terre de la cuve ............................................................100
8.3.4. Transformateur homopolaire .........................................................................100
8.4. FONCTIONNEMENT DES TRANSFORMATEURS EN PARALLÈLE...................102
8.4.1. Configuration de fonctionnement en parallèle ...............................................102
8.4.2. Conditions de fonctionnement en parallèle....................................................103
8.5. EXERCICES .........................................................................................................106
9. ISOLATION, FLUIDES ET REFROIDISSEMENT........................................................107
9.1. PRINCIPES D’ISOLATION ET REFROIDISSEMENT...........................................107
9.1.1. Isolation du câblage ......................................................................................107
9.1.2. Isolation des enroulements............................................................................107
9.2. FLUIDES D’ISOLATION........................................................................................108
9.2.1. Huile minérale ...............................................................................................108
9.2.2. Huile de silicone ............................................................................................108
9.2.3. Liquide halogéné d’isolation pour transformateurs ........................................109
9.2.4. Diélectrique PCB ...........................................................................................109
9.3. REFROIDISSEMENT DES FLUIDES DIÉLECTRIQUES......................................109
9.3.1. Transformateur respirant...............................................................................110
9.3.2. Transformateur étanche ................................................................................111
9.3.3. Transformateur de type sec...........................................................................111
9.3.3.1. Classe H, imprégnés................................................................................112
9.3.3.2. Enrobés (encapsulés) ..............................................................................112

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9.4. MÉTHODES DE REFROIDISSEMENT DES TRANSFORMATEURS DE
PUISSANCE ................................................................................................................113
9.4.1. Circulation naturelle d’huile ...........................................................................114
9.4.2. Circulations forcées d’huile et d’air................................................................115
9.4.3. Circulation dirigée d’huile dans l’enroulement et forcée d’air.........................115
9.4.4. Radiateur de refroidissement à circulation dirigée d’huile et forcée d’eau.....115
9.5. ACCESSOIRES POUR FLUIDES DE REFROIDISSEMENT................................116
9.5.1. Clapet anti-retour...........................................................................................116
9.5.2. Sécheurs à air (dessiccateurs) ......................................................................116
9.5.3. Cuve d’expansion du diaphragme .................................................................117
9.6. EXERCICES .........................................................................................................118
10. TRANSFORMATEUR DE PUISSANCE TESTS ET MAINTENANCE .......................119
10.1. PLAQUE D’IDENTIFICATION DU TRANSFORMATEUR ...................................119
10.1.1. Exercice concernant la plaque d’identification 1..........................................119
10.1.2. Exercice concernant la plaque d’identification 2..........................................120
10.2. TENSION DE COURT-CIRCUIT.........................................................................121
10.2.1. Objectif du test de court-circuit ....................................................................121
10.2.2. Définition .....................................................................................................121
10.2.3. Banc d’essai de détermination de tension de court circuit d’un transformateur
................................................................................................................................122
10.3. MAINTENANCE PRÉVENTIVE DES TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE.122
10.3.1. Programme de nettoyage............................................................................123
10.3.2. Test de l’équipement de protection .............................................................124
10.3.3. Prélèvement d’échantillons d’huile de transformateur .................................125
10.3.4. Régénération de l’huile................................................................................126
11. GLOSSAIRE ..............................................................................................................128
12. SOMMAIRE DES FIGURES ......................................................................................129
13. SOMMAIRE DES TABLEAUX ...................................................................................133
14. CORRIGÉ DES EXERCICES ....................................................................................134