Les transformateurs immergés dans l'huile-, en tant qu'équipement clé dans les systèmes de distribution d'énergie pour les entreprises industrielles et minières et les bâtiments civils, entreprennent la tâche importante de réduire la tension des réseaux haute tension de 10(6) kV ou 35 kV-à une tension de bus de 230/400 V pour répondre aux besoins électriques des utilisateurs. Ce type de transformateur convient aux alimentations CA 50(60) Hz, avec une capacité nominale triphasée maximale-de 2 500 kVA et une capacité nominale monophasée maximale-de 833 kVA (mais les transformateurs monophasés-ne sont généralement pas recommandés). Il peut être utilisé à l’intérieur ou installé à l’extérieur. Pour les transformateurs d'une capacité de 315 kVA et moins, il peut même être installé directement sur un poteau. En outre, il comporte certaines exigences concernant les conditions environnementales, notamment la plage de température ambiante, la température moyenne quotidienne maximale, la température moyenne annuelle maximale, l'humidité relative et l'altitude. Si les conditions d'utilisation réelles ne sont pas conformes à ces réglementations, des ajustements de quotas appropriés doivent être effectués conformément à la norme GB6450-86.
1. Les transformateurs immergés dans l'huile de distinction de phase-peuvent être divisés en transformateurs triphasés-et en transformateurs monophasés-. Dans les systèmes électriques triphasés, les transformateurs triphasés sont le choix conventionnel. Cependant, lorsque la capacité est trop importante ou que les conditions de transport sont limitées, trois transformateurs monophasés - peuvent être utilisés pour former un banc de transformateurs afin de répondre à la demande.
2. Classification des enroulements
Les transformateurs peuvent être classés en transformateurs à deux-enroulements et à trois-transformateurs à enroulements en fonction du nombre d'enroulements. Les transformateurs à deux-enroulements sont le type courant, avec deux enroulements sur leur noyau : l'un comme enroulement primaire et l'autre comme enroulement secondaire. Les transformateurs à trois-enroulements conviennent généralement aux plus grandes capacités (plus de 5 600 kVA), et ces transformateurs peuvent se connecter à trois lignes de transport de tension différentes. De plus, dans certaines applications spéciales, même des transformateurs Satons avec plus d'enroulements sont utilisés.
3. Classification structurelle
Les transformateurs peuvent être classés en transformateurs de type noyau-et en transformateurs de type coque-en fonction de leurs caractéristiques structurelles. Dans les transformateurs de type noyau-, les enroulements sont généralement enroulés autour de l'extérieur du noyau, tandis que dans les transformateurs de type coque-, le noyau est situé autour des enroulements. Ces deux types de transformateurs présentent de légères différences structurelles, mais leurs principes de fonctionnement ne sont pas fondamentalement différents. En pratique, la grande majorité des transformateurs couramment utilisés dans les systèmes électriques sont de type noyau-.
En outre, les transformateurs contiennent également d'autres composants clés, tels que le noyau, les enroulements, le réservoir d'huile, le conservateur d'huile, les bagues isolantes, les changeurs de prises et les relais à gaz, qui constituent ensemble la structure complète du transformateur.
4. Noyau En tant que noyau du circuit magnétique du transformateur, le noyau joue un rôle crucial. Pendant le fonctionnement du transformateur, le noyau génère de la chaleur en raison de l'hystérésis et des pertes par courants de Foucault. Pour réduire efficacement cette perte de chaleur et minimiser la taille et le poids du transformateur, des tôles d'acier au silicium à grains orientés-laminées à froid-avec une perméabilité élevée et une épaisseur inférieure à 0,35 mm sont généralement utilisées pour construire le noyau. De plus, en fonction de la disposition des enroulements dans le noyau, les transformateurs peuvent être classés en deux types : le type à noyau- et le type à coque-.
Dans les transformateurs de grande capacité, pour garantir que la chaleur générée par les pertes dans le noyau est efficacement évacuée par l'huile isolante pendant la circulation, permettant ainsi un bon refroidissement, le noyau est généralement conçu avec des canaux d'huile de refroidissement dédiés.
5.Enroulements Les enroulements sont un élément clé du transformateur, chargés de convertir l'énergie électrique en énergie magnétique, puis de la reconvertir en énergie électrique. Dans les transformateurs, les enroulements sont généralement construits à partir de fils de cuivre ou d’aluminium isolés pour réduire les pertes conductrices. Simultanément, des matériaux isolants sont utilisés pour envelopper et isoler les enroulements afin de garantir les performances d'isolation et la dissipation thermique. En fonction de la disposition des enroulements dans le noyau, les transformateurs peuvent être classés en deux types : type noyau-et type coque-.
Les enroulements et le noyau constituent ensemble les composants centraux d’un transformateur. Pendant le fonctionnement du transformateur, les enroulements génèrent de la chaleur en raison de leur propre résistance ou résistance de contact au niveau des joints ; ce phénomène peut s'expliquer par la loi de Joule.
Les enroulements sont des composants critiques d'un transformateur et leur bon fonctionnement est essentiel aux performances du transformateur. Cependant, les bobinages peuvent rencontrer divers problèmes lors de leur fonctionnement. Premièrement, la chaleur est générée en raison de la propre résistance des enroulements ou de la résistance de contact au niveau des joints, un phénomène physique révélé par la loi de Joule. Par conséquent, les enroulements doivent éviter de transporter des courants dépassant leur courant nominal pendant des périodes prolongées afin d'éviter une surchauffe. De plus, lorsqu'un courant de court-circuit-le traverse, il génère une force électromagnétique importante sur les enroulements, pouvant potentiellement causer de graves dommages au transformateur.
Il existe différents types d'enroulements de transformateur, les plus élémentaires étant les enroulements concentriques et entrelacés. Les principaux défauts auxquels ces enroulements peuvent être confrontés comprennent les courts-circuits entre les spires et les courts-circuits avec le boîtier. Les courts-circuits entre-tours peuvent être causés par le vieillissement de l'isolation, un fonctionnement en surcharge ou des dommages mécaniques lors de courts-circuits traversants-. Des courts-circuits entre -tours peuvent également se produire lorsque le niveau d'huile dans le transformateur baisse, ce qui expose certaines parties des enroulements au-dessus de la surface de l'huile. Simultanément, la surintensité lors d'un court-circuit traversant-peut déformer les enroulements, endommageant davantage l'isolation et déclenchant ainsi un court-circuit entre-tours.
Lorsqu'un court-circuit entre-tours se produit, le courant dans l'enroulement court-peut dépasser la valeur nominale, mais le courant de l'ensemble de l'enroulement peut toujours être dans la limite. Dans ce cas, le dispositif de protection contre les gaz peut s'activer et, dans les cas graves, le dispositif de protection différentielle peut également intervenir. Les courts-circuits au niveau du boîtier peuvent également être provoqués par le vieillissement de l'isolation, l'humidité de l'huile, la baisse du niveau d'huile ou la foudre et les surtensions de fonctionnement. De plus, la surintensité lors d'un court-circuit traversant-peut également provoquer une déformation de l'enroulement, conduisant à un court-circuit vers le boîtier. Ce type de court-circuit déclenche généralement le fonctionnement du dispositif de protection contre les gaz et du dispositif de protection de mise à la terre.
6. Réservoir d'huile Les composants centraux d'un -transformateur immergé dans l'huile-les enroulements et le noyau-sont logés dans un réservoir d'huile rempli d'huile de transformateur. Ce type de réservoir d'huile est généralement soudé à partir de plaques d'acier et est conçu pour offrir une protection mécanique robuste et un excellent refroidissement. Pour les transformateurs moyens et petits, le réservoir se compose généralement de deux parties : la coque du réservoir et le couvercle du réservoir. Le corps du transformateur est logé à l’intérieur de la coque, tandis que l’ouverture du couvercle du réservoir facilite l’inspection et l’entretien du corps.
De plus, les transformateurs peuvent être divisés en deux catégories principales en fonction de leurs méthodes d'isolation et de refroidissement : type -immergé dans l'huile et type sec-. Dans les transformateurs immergés dans l'huile-, le noyau et les enroulements sont immergés ensemble dans l'huile du transformateur, améliorant ainsi les performances d'isolation et optimisant les conditions de refroidissement. Néanmoins, les transformateurs secs-sont également utilisés dans certaines applications spécifiques, telles que l'éclairage public et l'éclairage des mines.
1. Les transformateurs immergés dans l'huile non fermés--, tels que les séries S8, S9 et S10, sont couramment utilisés dans les entreprises industrielles et minières, l'agriculture et la construction civile.
2. Les transformateurs fermés-immergés dans l'huile, y compris les modèles tels que S9, S9-M et S10-M, sont particulièrement adaptés aux environnements complexes contenant des niveaux élevés d'huile et de substances chimiques, tels que ceux des industries pétrolière et chimique.
3. Les transformateurs immergés dans l'huile -scellés, tels que les séries BS9, S9-, S10-, S11-MR, SH et SH12-M, sont largement utilisés pour la distribution d'énergie dans divers endroits, notamment les entreprises industrielles et minières, l'agriculture et les bâtiments civils.
De plus, il existe des transformateurs conçus à des fins spécifiques, tels que les transformateurs haute tension-pour les tests, les transformateurs pour les fours électriques, les transformateurs pour le soudage et les transformateurs utilisés dans les circuits à thyristors. Les transformateurs de tension et les transformateurs de courant pour les instruments de mesure sont également indispensables.
un. L'enroulement basse-tension d'un transformateur immergé dans l'huile-, à moins d'utiliser un conducteur en cuivre dans un modèle de petite-capacité, utilise généralement une conception cylindrique avec un enroulement en feuille de cuivre. L'enroulement haute-tension utilise une structure cylindrique multi-couche. Cette conception permet de maintenir une distribution équilibrée d'ampère-tours, de réduire le flux de fuite et d'améliorer la résistance mécanique et la capacité de tenue aux courts-circuits.
b. Pour garantir la stabilité, le noyau et les enroulements sont fixés avec des-écrous autobloquants pour résister aux chocs pendant le transport. De plus, la structure sans noyau permet au transformateur de résister à des chocs de transport plus importants.
c. Pendant la fabrication, les bobines et le noyau sont séchés sous vide, et des processus de filtration et d'injection d'huile sous vide sont utilisés pour garantir que les niveaux d'humidité internes sont minimisés.
d. Le réservoir d'huile présente une conception ingénieuse avec des tôles ondulées, qui ont une fonction respiratoire pour compenser les changements de volume d'huile causés par les variations de température, éliminant ainsi le besoin d'un conservateur d'huile et réduisant la hauteur du transformateur.
e. Grâce à l'utilisation de tôles ondulées, l'huile du transformateur est isolée de l'air extérieur, empêchant efficacement l'intrusion d'oxygène et d'humidité, maintenant ainsi d'excellentes performances d'isolation.
f. En résumé, ces caractéristiques de conception garantissent collectivement que les transformateurs immergés dans l'huile ne nécessitent pas de vidange d'huile dans des conditions de charge normales, ce qui réduit considérablement les coûts de maintenance et prolonge considérablement leur durée de vie.
Dans les situations comportant un grand nombre de charges primaires ou secondaires, il est recommandé de configurer deux transformateurs ou plus. De cette façon, même si un transformateur se déconnecte, la capacité des transformateurs restants peut répondre aux demandes de puissance des charges primaires et secondaires. Simultanément, les charges primaires et secondaires doivent être concentrées autant que possible pour éviter une dispersion excessive.
Lorsque la capacité de charge saisonnière est importante, des transformateurs dédiés sont recommandés. Les exemples incluent les charges de réfrigération de climatisation et les charges de chauffage électrique dans les grands bâtiments civils. Dans les applications avec des charges fortement concentrées, des transformateurs dédiés sont recommandés. Cela comprend les gros équipements de chauffage, les grandes machines à rayons X- et les fours à arc électrique.
Si la charge d'éclairage est importante ou si le partage d'un transformateur pour l'alimentation et l'éclairage a un impact significatif sur la qualité de l'éclairage et la durée de vie de l'ampoule, un transformateur d'éclairage dédié peut être installé. En règle générale, l’alimentation et l’éclairage partagent un seul transformateur.
7. Environnement opérationnel :
Dans des conditions environnementales normales, les transformateurs de type-immergés dans l'huile et de type sec-sont des options viables. Ces transformateurs conviennent aux entreprises industrielles et minières, aux sous-stations indépendantes ou rattachées dans l'agriculture et aux sous-stations indépendantes dans les zones résidentielles. Les modèles de transformateurs disponibles incluent S8, S9, S10, SC(B)9 et SC(B)10. De plus, l'impact de la température sur le choix du transformateur doit être pris en compte.
① Ces transformateurs peuvent maintenir un fonctionnement stable à long terme à 220 degrés.
② Ils peuvent facilement résister à des chocs à court-température élevée-de 350 degrés.
③ Ces transformateurs conservent d'excellentes performances quelles que soient les grandes variations de température ou les fluctuations d'humidité.
④ À 250 degrés, ils ne fondront pas, ne couleront pas et n'entretiendront pas la combustion.
⑤ Plus remarquable encore, ces transformateurs ne dégageront pas de gaz toxiques ou corrosifs, même à des températures extrêmes allant jusqu'à 750 degrés.
De plus, ces transformateurs ont une excellente capacité de charge, capable de répondre aux demandes de puissance dans diverses conditions de fonctionnement complexes.
Lors de la détermination de la capacité des transformateurs de distribution, la capacité des divers équipements électriques doit être prise en compte de manière exhaustive et la charge calculée (généralement à l'exclusion de la charge de protection incendie). La capacité apparente compensée constitue la principale base de sélection de la capacité et du nombre de transformateurs. Généralement, le facteur de charge du transformateur est maintenu à environ 85 %. Cette méthode est relativement simple et adaptée à l'estimation de la capacité.
Selon les recommandations du GB/T17468-1998 « Directives de sélection pour les transformateurs de puissance », la sélection de la capacité des transformateurs de distribution doit être combinée avec la norme GB/T15164-94 « Directives de charge pour les transformateurs de puissance immergés dans l'huile » ou GB/T17211-1998 « Directives de charge pour les transformateurs de puissance de type sec » et déterminée en fonction de la charge calculée. Les deux lignes directrices mentionnées ci-dessus fournissent des programmes informatiques et des diagrammes de charge de cycle normal pour déterminer plus précisément la capacité des transformateurs de distribution.
L’huile de transformateur est appréciée pour son excellente isolation et sa conductivité thermique, et son prix est relativement abordable.
L'huile de transformateur résout efficacement les problèmes de dissipation thermique et d'isolation haute-tension dans les transformateurs-de grande capacité.
Cependant, il présente également quelques inconvénients :
L'huile de transformateur est inflammable ; le contact avec une flamme peut potentiellement provoquer une combustion, voire une explosion, nécessitant une manipulation prudente.
Cette huile présente des risques potentiels pour la santé, nécessitant des mesures de protection appropriées pendant le fonctionnement.
L'huile de transformateur nécessite une inspection professionnelle régulière pour garantir ses performances stables et sûres.
Les transformateurs immergés dans l'huile-se caractérisent par de mauvaises performances d'étanchéité et une sensibilité au vieillissement, ce qui peut entraîner de graves fuites d'huile sur le site d'exploitation. Cela affecte non seulement le fonctionnement normal de l'équipement, mais peut également avoir des effets néfastes sur l'environnement.
Les transformateurs immergés dans l'huile-ont des classes d'isolation relativement faibles, généralement conçus et fabriqués conformément aux normes d'isolation de classe A. Une attention particulière doit donc être portée à l’évaluation de leur durée de vie lors de leur sélection et de leur utilisation.
Le degré de polymérisation (DP) des matériaux d'isolation des transformateurs est un indicateur clé pour mesurer le degré de vieillissement de l'isolation, et sa précision et sa fiabilité sont largement reconnues. Pour déterminer le niveau de vieillissement des transformateurs, nous utilisons généralement le degré moyen de polymérisation (DP) du carton isolant comme norme. Voici nos critères : un DP moyen inférieur à 450 indique une note de durée de vie ; un DP moyen inférieur à 250 indique une qualité dangereuse.
1) Normes de résistance à la traction pour la durée de vie et les niveaux de danger
Dans la catégorie Durée de vie, le papier isolant conserve 60 % de sa résistance à la traction maximale initiale dans des conditions de court-circuit externe-. Une fois le niveau de dangerosité atteint, cette résistance résiduelle tombe à 15 %.
2) Normes de probabilité de défaillance DP pour les fibres de papier isolantes japonaises
Lorsque la valeur DP est supérieure ou égale à 450, la probabilité de défaillance de la fibre de papier isolante est de 0 ; lorsque la valeur DP est comprise entre 450 et 250, la probabilité de défaillance est inversement proportionnelle à la valeur DP, soit (450 - DP) / 200 ; et lorsque la valeur DP est inférieure à 250, la probabilité de défaillance est de 1.
3) Formule pour estimer la durée de vie restante d'un transformateur en utilisant le DP moyen
Nous pouvons estimer la durée de vie restante d'un transformateur en utilisant sa valeur DP moyenne initiale (n0), le DP moyen après L années (nL) et le nombre d'années L. La formule spécifique est : Durée de vie restante (nL/n0)=(1 - r)L, où r est le taux de diminution du DP moyen.
Pendant le fonctionnement d'un transformateur de puissance immergé dans l'huile-, la chaleur générée par les enroulements et le noyau est d'abord transférée à l'huile du transformateur, puis à travers l'huile vers le fluide de refroidissement. Selon la capacité du transformateur, il existe plusieurs méthodes de refroidissement :
1. Refroidissement naturel par circulation d'huile, c'est-à-dire auto-refroidissement -immergé dans l'huile.
2. Refroidissement naturel de l'air par circulation d'huile, c'est-à-dire refroidissement par air immergé dans l'huile.
3. Refroidissement par eau à circulation d'huile forcée.
4. Refroidissement par air à circulation d'huile forcée.
Il s'agit de méthodes de refroidissement courantes pour les transformateurs de puissance immergés dans l'huile. Il est crucial de choisir la méthode de refroidissement appropriée en fonction de l’utilisation réelle.
1. Portée Applicable: convient aux altitudes ne dépassant pas 1000 mètres, utilisation intérieure ou extérieure.
2. Conditions environnementales : fonctionnement stable dans des conditions de température ambiante maximale de +40 degrés et de température moyenne quotidienne maximale de +30 degrés.
3. Plage de température : température moyenne annuelle +20 degrés, température minimale de -25 degrés.
4. Personnalisation : Des solutions de transformateur pour des conditions de fonctionnement spéciales peuvent être fournies en fonction des besoins des utilisateurs.
Nous approfondirons ensuite l’analyse des défauts de ces méthodes de refroidissement dans des applications pratiques.
Les transformateurs peuvent rencontrer divers défauts pendant le fonctionnement, notamment des défauts au niveau des enroulements, des traversées, des changeurs de prises et des accessoires tels que le noyau et le réservoir. Les défauts d'enroulement se manifestent principalement par des courts-circuits entre-tours, une mise à la terre des enroulements, des courts-circuits entre phases-à-, des circuits ouverts et des défauts de soudure. Les défauts de traversée sont généralement causés par une accumulation de tartre, qui peut facilement déclencher un contournement en cas de brouillard épais ou de pluie légère, conduisant à une mise à la terre monophasée ou à des courts-circuits entre phases du côté haute tension du transformateur. En outre, les fuites graves constituent également un problème important, qui peut être causé par des fissures de soudure, une défaillance des joints, des vibrations pendant le fonctionnement, des impacts externes sur le réservoir et des dommages dus à la corrosion. Si une fuite est détectée, le transformateur doit être immédiatement arrêté pour réparation et lubrification. Dans le même temps, les dysfonctionnements des changeurs de prises doivent également être étroitement surveillés.