Lors de l'utilisation de l'électricité, il est nécessaire de changer la tension d'un niveau à l'autre. Les transformateurs de type sec (alias refroidis par air) remplissent cette fonction de manière si sûre et efficace qu'ils sont largement utilisés pour les installations intérieures dans les bâtiments publics et résidentiels où d'autres types de ces appareils sont considérés comme trop risqués.
Types de transformateurs: liquide et sec
Fondamentalement, il existe deux types différents d'un tel appareil: liquide isolé et refroidi (type liquide) et air ou mélange air-gaz refroidi (type sec).
Pour les transformateurs du premier type, le fluide de refroidissement peut être de l'huile minérale ordinaire. D'autres substances sont également utilisées, telles que les hydrocarbures ignifuges et les fluides silicones. Ces transformateurs ont un noyau et des enroulements immergés dans un réservoir de milieu liquide, qui sert à la fois d'isolant et de liquide de refroidissement.
Le sèche-linge le plus courantles transformateurs ont des enroulements remplis de résine époxy, qui sert d'isolant. Il protège les conducteurs de la poussière et de la corrosion atmosphérique. Cependant, étant donné que les moules de coulée de bobines ne sont utilisés qu'avec des dimensions fixes, il y a moins de place pour un changement dans la conception de tels dispositifs. Dans la gamme couramment utilisée dans l'alimentation électrique des petites entreprises industrielles, ainsi que des bâtiments publics et résidentiels, les transformateurs de type sec dupliquent complètement la gamme de capacités de leurs homologues liquides.
Paramètres principaux
Le moment le plus crucial dans le fonctionnement des appareils en question est d'assurer le régime de température des enroulements. Pour aider à la sélection ou à l'achat d'un appareil de type sec pour l'alimentation de divers objets, nous considérerons plusieurs paramètres de fonctionnement de base:
- Puissance, kVA.
- Tension primaire et secondaire nominale.
- La dissipation thermique d'un système d'isolation est la somme de la température ambiante maximale + l'augmentation moyenne de la température dans les enroulements + la différence entre l'augmentation moyenne de la température dans les enroulements et la température la plus élevée qu'ils contiennent.
- Noyau et bobines - les dommages éventuels au noyau ou l'accumulation de délaminations (conducteurs en cuivre ou en aluminium) sont particulièrement préoccupants.
Il existe différents types structurels de transformateurs, déterminés principalement par les méthodes utilisées pour isoler leurs enroulements. Parmi celles-ci sont connues: l'imprégnation sous vide, l'encapsulation et la bobine coulée. Considérons chacun d'eux séparément.
Isolation par imprégnation sous vide (VPI)
Cette technologie crée une finition laquée sur les conducteurs en alternant des cycles de pression et de vide. Le procédé VPI utilise des résines polyester. Il offre aux conducteurs une meilleure finition de laque que le trempage conventionnel. Les bobines enduites sont ensuite placées dans un four où a lieu la cuisson. Ils sont beaucoup plus résistants aux décharges corona. A quoi ressemble un tel transformateur ? Sa photo est publiée ci-dessous.
Encapsulation sous vide (VPE)
Cette méthode surpasse généralement le processus VPI. Plusieurs trempettes sont ajoutées au cours du processus de fabrication pour encapsuler la bobine, après quoi leur revêtement est cuit dans un four. Ces transformateurs offrent une meilleure protection contre les environnements agressifs et humides que leurs homologues VPI. A quoi ressemble un tel transformateur ? Sa photo est présentée ci-dessous.
Encapsulation (scellage)
Les transformateurs encapsulés sont des dispositifs conventionnels avec des enroulements recouverts de composés de silicium ou de résine époxy et complètement enfermés dans un boîtier lourd. Le processus de fabrication remplit les enroulements d'une résine époxy dense à haute résistance diélectrique, protégeant le transformateur de tous les environnements.
Bobines coulées (en époxy moulé densifié)
Ces dispositifs contiennent des bobines qui sont encapsulées dans de l'époxy pendant le processus de moulage. Ils sont entièrement remplis de résine sous l'action devide.
Chaque méthode d'isolation des enroulements est spécialement adaptée à des environnements spécifiques. Il est très important de comprendre où il est préférable d'utiliser les types d'appareils appropriés. Par exemple, les transformateurs en résine coulée à sec coûtent environ 50 % de plus que les produits VPE ou VPI. Ainsi, le choix d'un type d'appareil spécifique peut affecter de manière significative le coût global du projet.
Recommandations pour la sélection
Lorsqu'une résistance accrue aux décharges corona (c'est-à-dire des décharges électriques causées par une intensité de champ dépassant la rigidité diélectrique de l'isolation) est requise, lorsqu'une résistance mécanique accrue des enroulements n'est pas requise, un transformateur de type VPI doit être utilisé.
Utilisez-les avec des bobines coulées lorsqu'une résistance et une protection supplémentaires sont requises, comme dans des environnements difficiles tels que les usines de traitement chimique, les usines de matériaux de construction et les installations extérieures. Les environnements agressifs incluent des substances qui peuvent affecter négativement les enroulements d'autres transformateurs de type sec, notamment les sels, la poussière, les gaz corrosifs, l'humidité et les particules métalliques.
De plus, les enroulements en résine coulée ont une meilleure capacité à résister aux surcharges à court terme et répétées courantes dans de nombreux procédés de fabrication.
Un ingénieur doit souvent faire un choix entre la résine coulée ou le type VPI/VPE pour les applications critiques et les environnements difficiles. Le premier type est généralement considéré comme le meilleur. Certains fabricantscependant, il est souligné que l'isolation en résine coulée limite la durée de vie du transformateur. Le coefficient de dilatation thermique de la résine époxy est inférieur à celui des conducteurs en cuivre. L'expansion et la contraction cycliques lorsque les bobines chauffent et refroidissent peuvent éventuellement provoquer la fissuration de la résine. On note également que le transformateur de type VPI peut mieux faire face à de tels processus et donc durer plus longtemps. En fin de compte, le choix final appartient à l'ingénieur électricien.
Liquide contre sec
Les transformateurs remplis de liquide ont tendance à être plus efficaces que ceux remplis à sec, ils ont donc une durée de vie plus longue. De plus, le liquide est un milieu plus efficace pour refroidir les zones locales à haute température dans les enroulements. De plus, les appareils remplis de liquide ont une meilleure capacité de surcharge.
Ainsi, un transformateur de type sec de 1000 KVA à mi-charge a un niveau de perte d'environ 8 kW, et à pleine charge d'environ 16 kW. Dans le même temps, le même "mille", mais liquide, contient environ la moitié des déchets. L'huile "deux mille" à mi-charge subit des pertes de 8 kW et à pleine charge - 16 kW. Son homologue sec se caractérise par des coûts de 13 et 26,5 kW, respectivement. Cela signifie que ce sont les transformateurs de type sec qui détiennent l'avance douteuse en termes de pertes. Dans le même temps, leur prix est plus élevé que celui des liquides.
En raison d'un refroidissement plus intense des enroulements, les appareils liquides ont des dimensions (profondeur et largeur) plus petites que les appareils secs de même puissance. Cela pourraitinfluencer la surface requise des sous-stations de transformation (en particulier celles intégrées), et donc le coût de l'ensemble de l'installation. Ainsi, un transformateur de type sec typique de 1000 KVA a une profondeur de 1,6 m et une largeur de 2,44 m. Dans le même temps, un transformateur à huile similaire à une profondeur proche a une largeur d'environ 1,5 m. Mais ce type, cependant, présente un certain nombre d'inconvénients.
Par exemple, la protection contre l'incendie est plus importante pour les transformateurs liquides lorsqu'ils utilisent un liquide de refroidissement inflammable. Certes, les transformateurs secs peuvent également prendre feu. Un appareil de type liquide mal utilisé peut même exploser.
Selon les conditions de fonctionnement, les produits remplis de liquide peuvent nécessiter un bac de récupération pour recueillir toute fuite de liquide de refroidissement.
Peut-être que lors de la sélection des transformateurs, la transition d'une nette préférence pour le type sec vers le type liquide se situe entre 500 kVA et 2,5 MVA, le premier type étant de préférence utilisé jusqu'à la limite inférieure de la plage, et le second au-dessus.
Un facteur important dans le choix du type est l'emplacement d'installation du transformateur, comme à l'intérieur d'un immeuble de bureaux ou à l'extérieur, ainsi que des charges industrielles.
Les transformateurs de type sec de plus de 5 MVA sont facilement disponibles, mais beaucoup sont remplis de liquide. Pour une installation en extérieur, ce type est également prédominant.
Quelques mots sur la ventilation
Lorsque le transformateur est équipé d'un ventilateur soufflant, la charge peut être considérablement augmentée. Ainsi, pour les enroulements couléscette fonction peut augmenter la capacité de charge continue jusqu'à 50 % au-dessus de la charge nominale. Pour les types VPE ou VPI, l'augmentation de puissance dans ce cas peut atteindre jusqu'à 33 %.
Par exemple, la puissance d'un transformateur bobiné standard de 3 000 kVA, lorsqu'il est équipé d'un ventilateur soufflant, passe à 4 500 kVA (de 50 %). Dans le même temps, un type VPE ou VPI de 2500 kVA avec ventilateur le portera à 3,333 kVA (de 33%).
Cependant, vous devez toujours tenir compte du fait que la présence d'un ventilateur réduit la fiabilité globale du système. Si le ventilateur tombe en panne lorsqu'il fonctionne avec un soufflage sous une charge supérieure à celle nominale, il existe un risque réel d'accident grave, à la suite duquel vous pouvez perdre tout le transformateur.
Et le marché russe ?
Il convient de noter qu'au cours des dernières années en Russie, il y a eu une tendance constante à répéter l'expérience de l'Europe, où jusqu'à 90 % de tous les transformateurs nouvellement installés sont de type sec. Le marché réagit en conséquence. Aujourd'hui, dans la Fédération de Russie, il existe des offres de tels appareils de deux groupes de fabricants. Le premier d'entre eux comprend des marques russes, italiennes, chinoises et coréennes. Fondamentalement, des analogues constructifs de marques russes bien connues sont proposés: TSZ, TSL, TSGL. Combien coûte un tel transformateur sec ? Le prix d'un "mille" typique varie de 900 000 à 1 million de roubles.
Le deuxième groupe comprend des fabricants allemands et français. Ils proposent des grades des séries DTTH, GDNN, GDHN. Combien coûtera un tel transformateur importé ? Le prix du même "mille" sera de 1,5 à 2 millions de roubles.
