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Chapitre 1 : LES TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE Transformateur élévateur de sorti

Chapitre 1 : LES TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE Transformateur élévateur de sortie de centrale électrique, triphasé 760 MVA 345 kV Chapitre 1 : LES TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE 1.1. Introduction Ce premier chapitre introduit tout d’abord le contexte dans lequel s’inscrivent les transformateurs de puissance. Puis plusieurs des principaux éléments les constituants seront présentés. Certains d’entre eux étant très techniques, et de plus très critiques, comme les régleurs en charge. Ensuite seront exposées les grandes étapes du cycle de vie des transformateurs, et leur fiabilité en exploitation. Suivront alors les différentes contraintes que ces appareils peuvent subir, et doivent tenir. Enfin, les enjeux du diagnostic de défaut seront alors présentés. 1.2. Définition : « Transformateur de puissance : Appareil statique à deux enroulements ou plus qui, par induction électromagnétique, transforme un système de tension et courant alternatif en un autre système de tension et de courant de valeurs généralement différentes à la même fréquence dans le but de transmettre de la puissance électrique » norme (IEC 60076-1, 2000) « Les transformateurs […] sont réversibles et permettent, soit l’élévation, soit l’abaissement de la tension ; […] d’où la possibilité de choisir […] la meilleure tension pour la production, le transport, la distribution, l’utilisation de l’énergie électrique, et de passer facilement de l’une à l’autre. » (BOYER, NORBERT, & PHILIPPE, 1981) Un transformateur électrique permet donc de faire transiter la puissance électrique en courant alternatif (AC) depuis la centrale de production d’électricité jusqu’à son utilisateur final avec un minimum de pertes, à différents niveaux de tensions. Le transformateur est l’élément du réseau qui permet le passage d’une tension alternative donnée à une autre : c’est un convertisseur AC/AC à fréquence fixe, celle du réseau. Chapitre 1 : LES TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE 1.2. Paramètres caractérisant un transformateur : Un transformateur est défini, d’une part, par ses caractéristiques électriques et, d’autre part, par des caractéristiques liées à sa technologie et à ses conditions d’utilisation. 1.2.1. Caractéristiques électriques : Puissance assignée Pn : valeur conventionnelle de la puissance apparente en kVA destinée à servir de base à la construction du transformateur. Les essais et garanties du constructeur se référent à cette valeur. Fréquence : Ce guide concerne les réseaux 50 et 60 Hz. En Algérie , la fréquence du réseau est de 50 Hz. Tension(s) assignée(s) primaire(s) et secondaire(s) : pour une double tension primaire, préciser la puissance en kVA correspondant à chaque niveau. la(es) tension(s) secondaire(s) sont celles à vide en circuit ouvert. Niveau d’isolement assigné : il est défini par l’ensemble des deux valeurs suivantes : tension de tenue d’essai à fréquence industrielle, tension de tenue à l’onde de choc normalisée, qui simule l’effet de la foudre. Pour les tensions considérées dans ce chapitre, les surtensions de manœuvres sont généralement moins importantes que celles dues à la foudre, de sorte qu’il n’y pas d’essai séparé pour les surtensions de manœuvres. Prises de réglage manœuvrables hors tension : elles agissent sur la plus haute tension et permettent d’adapter dans des fourchettes ± 2,5% et ± 5% le transformateur à la valeur réelle de la tension d’alimentation. Le transformateur doit être mis hors tension préalablement à la commutation de ces prises. Couplages des enroulements (cf. Fig. B23) : il sont indiqués par des symboles pour les couplages en étoile, triangle et zig-zag, et toute combinaison de ces couplages (en particulier pour les transformateurs spéciaux comme les transformateurs héxaphasés ou dodécaphasés) et par un code alpha numérique préconisé par la CEI. Ce code se lit de gauche à droite, la première lettre se référant à l’enroulement de tension la plus élevée, la seconde lettre à celui de tension immédiatement inférieure, etc. Chapitre 1 : LES TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE Les lettres majuscules se réfèrent à l’enroulement de tension la plus élevée. D = couplage triangle en MT Y = couplage étoile en MT Z = couplage zigzag en MT N = neutre MT sorti accessible Les lettres minuscules se réfèrent en général aux enroulements secondaire et le cas échéant tertiaire. un nombre de 0 à 11, désigné par indice horaire (avec "0" en lieu et place de "12") est accolé aux lettres pour indiquer le déphasage entre la tension primaire et la tension secondaire. DB422047a FR.svg DB422047b FR.svg DB422047c FR.svg Montage en étoile (symboleStar symbol.svg) Montage en triangle (symbole Δ ) Montage en zig-zag (symbole Z); Le montage zig-zag n’est utilisé que du côté secondaire des transformateurs de distribution. Pour un transformateur de distribution, Dyn11 est un type classique de couplage des enroulements primaires et secondaires : ce couplage Dyn11 signifie que : le primaire est monté en triangle,le secondaire, avec un point neutre disponible sur borne, est monté en étoile,le déphasage entre les tensions primaires et secondaires est égal à : + 30° électrique. Le nombre "11" signifie que la tension de la phase "1" du secondaire est à "11 heures" tandis que la tension de la phase "1" du primaire est à "12 heures", comme indiqué sur la Figure B32 - Mise en parallèle de transformateurs. Toutes les combinaisons d’enroulements triangle, étoile et zig-zag produisent un déphasage qui est de 30° électrique ou multiple de 30° électrique ou nul. La norme CEI 60076-4 décrit en détail "l’indice horaire". 1.2.2.Caractéristiques liées à la technologie et aux conditions d’utilisation : Cette liste n’est pas exhaustive :  choix du diélectrique,  installation intérieure ou extérieure, Chapitre 1 : LES TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE  altitude (≤ 1000 m est le cas standard),  température : ambiante maximum : 40°C. ambiante moyenne journalière : 30°C. ambiante moyenne annuelle : 20°C. Ces températures sont des valeurs standard selon la norme CEI 60076. 6.1 Transformateurs remplis d’huile 6.2 Transformateurs de type sec 6.3 Transformateur isolé au gaz (GIT, Gas-insulated transformer) 1.3. Types de transformateurs classiques : Il existe deux types de transformateurs :  les transformateurs de type secs enrobés.  les transformateurs de type immergés.  Transformateur isolé au gaz (GIT, Gas-insulated transformer).  les transformateurs de type secs enrobés : L’isolation des enroulements est réalisée par des isolants solides à base de résine. Le refroidissement est donc réalisé par l’air ambiant sans liquide intermédiaire. Il est recommandé de choisir le transformateur sec avec les caractéristiques suivantes, conformément à la norme CEI 60076-11 : classe E2 de comportement vis à vis de l’environnement (condensation fréquente, pollution élevée) : enrobage procurant un excellent comportement en atmosphère industrielle et une insensibilité aux agents extérieurs (poussière, humidité...) tout en garantissant une parfaite protection de l’environnement et des personnes par la suppression des risques de pollution froide ou chaude, classe C2 climatique (fonctionnement transport et stockage jusqu’à -25°C), Chapitre 1 : LES TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE classe F1 de comportement au feu (F2 correspond à un accord spécial entre constructeur et utilisateur), c’est à dire : autoextinction rapide : enrobage possédant une excellente résistance au feu et une autoextinguibilité immédiate, ce qui permet de qualifier ces transformateurs d’ininflammables, matériaux et produits de combustion non toxiques : enrobage exempt de composés halogénés (chlore, brome, etc.) et de composés générateurs de produits corrosifs ou toxiques, ce qui garantit une sécurité élevée contre les risques de pollution chaude en cas de pyrolyse, fumées non opaques : du fait des composants utilisés.  les transformateurs de type immergés : Le liquide utilisé comme diélectrique dans les transformateurs immergés est l’huile minérale. Toutefois des alternatives plus écologiques apparaissent, et l’on trouve des transformateurs immergés dans :  soit de l’huile minérale, tirée du pétrole  soit de l’huile végétale, extraite des plantes.  Transformateur isolé au gaz (GIT, Gas-insulated transformer): Contiennent un transformateur de courant et un transformateur inductif de tension. Leur avantage sont :  Sécurité totale en cas d’arc interne : la surpression est diminuée grâce au dispositif de libération de pression (disque de rupture) situé sur la partie supérieure.  Conception pensée pour minimiser le volume, la pression ainsi que les fuites de gaz, et réduire ainsi son impact environnemental.  Surveillance en ligne de l’état de l’isolation au moyen de l’alarme du manomètre.  Réservoir et isolants conçus, fabriqués et testés conformément aux normes internationales de récipients sous pression.  Conçu pour travailler avec une tension nominale avec pression de gaz interne atmosphérique. Chapitre 1 : LES TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE 1.3. Principes et construction : Pour assurer sa fonction, un transformateur est constitué d’enroulements primaire et secondaire couplés par un circuit magnétique qui canalise le flux créé par les enroulements (Figure 4). Ces parties actives sont placées dans une cuve qui en assure le support mécanique et la protection. La tenue aux contraintes diélectriques (basses et hautes fréquences) doit être assurée, ainsi que l’évacuation des pertes. Schéma électrique équivalent : Avec : V1 et V2 tensions primaire et secondaire I1 et I2 courants primaire et secondaire Chapitre 1 : LES TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE I0 courant à vide E1 et E2 tensions à vide idéales primaire et secondaire N1 et N2 nombre de spires des enroulements primaire et secondaire R1 et R2 résistance des enroulements primaire et secondaire XL1 et XL2 inductance de fuites des enroulements primaire et secondaire uploads/s3/ chapitre1.pdf