Transformateurs de puissance : modes et valeurs de fonctionnement nominaux

Mode de fonctionnement nominal

Le mode de fonctionnement nominal du transformateur est le mode pour lequel le transformateur a été conçu par le fabricant. Les conditions déterminant le mode de fonctionnement nominal du transformateur sont : la tension nominale, la puissance, les courants et la fréquence indiqués sur sa plaque signalétique, ainsi que les conditions nominales du fluide de refroidissement.

Tension nominale des enroulements

Les tensions nominales des enroulements du transformateur sont les tensions auxquelles ils sont conçus pour un fonctionnement normal. Pour les transformateurs abaisseurs, les tensions nominales des enroulements primaires sont égales aux tensions nominales des réseaux électriques correspondants, c'est-à-dire récepteurs électriques.

Pour les transformateurs élévateurs et abaisseurs connectés directement aux jeux de barres ou aux bornes du générateur, les tensions nominales des enroulements primaires sont supérieures de 5% aux tensions nominales du réseau correspondant.Dans les enroulements secondaires, nominale est la tension de phase obtenue aux bornes des enroulements secondaires du transformateur lorsqu'il est à vide et lorsque la tension primaire nominale est appliquée aux bornes de l'enroulement primaire.

Le dépassement de la tension fournie aux bornes de la sortie principale ou de toute branche de l'enroulement primaire est autorisé pas plus de + 5% de la tension indiquée sur la plaque signalétique du transformateur pour la sortie principale ou pour cette branche.

Résistance nominale

La puissance nominale d'un transformateur est la puissance à laquelle le transformateur peut être chargé en continu tout au long de sa durée de vie, généralement supposée être de l'ordre de 20 à 25 ans.

La puissance nominale du transformateur est liée aux conditions de température, c'est-à-dire qu'elle dépend de la température de chauffage admissible de ses enroulements, des conditions de refroidissement du transformateur, etc. Familiarisons-nous plus en détail avec ces conditions de température.

La plupart des transformateurs sont refroidis à l'huile (transformateurs "à huile"). Dans de tels transformateurs, les noyaux magnétiques avec enroulements sont situés dans des réservoirs en acier remplis d'huile de transformateur, qui est une huile minérale isolante dérivée du pétrole. La chaleur dégagée dans les enroulements et le noyau magnétique du transformateur pendant son fonctionnement est transférée à l'aide d'huile au fluide refroidissant le transformateur - air (refroidissement par air) ou eau (refroidissement par eau).

Pour les transformateurs à huile refroidis par air installés dans des zones où la température de l'air la plus élevée atteint + 35 ° C, l'augmentation moyenne de la température des enroulements au-dessus de la température de l'air ne doit pas dépasser + 70 ° C (mesurée par la méthode de la résistance).Pour les transformateurs domestiques, l'échauffement des enroulements, égal à + 70°C, correspond à leur charge nominale. À une température de l'air de + 35 ° C, la température de chauffage moyenne des enroulements du transformateur est de 70 ° + 35 ° = 105 ° C.

Si pendant le fonctionnement, la température de chauffage des enroulements du transformateur est constamment maintenue à + 105 ° C, alors, comme le montrent les études des fabricants, sa durée de vie ne dépassera pas plusieurs années. Cependant, à la charge nominale du transformateur, la température de chauffage des enroulements + 105 ° C ne sera constante que si la température de l'air est constante, égale à + 35 ° C.

En réalité, la température de l'air ambiant n'est jamais constante, mais change à la fois pendant la journée et tout au long de l'année, c'est pourquoi la température de chauffage des enroulements du transformateur varie dans la plage de + 105 ° C à une valeur inférieure. Cela prolonge naturellement la durée de vie du transformateur. Par conséquent, la température maximale d'enroulement mentionnée ci-dessus + 105 ° C doit être comprise comme la limite supérieure de la température moyenne, mesurée par résistance, admissible pour un fonctionnement sûr du transformateur pendant plusieurs heures par jour pendant les jours relativement peu nombreux où la température ambiante atteint au maximum + 35 ° C.

Dans les transformateurs sans circulation forcée d'huile, la plus grande augmentation de température des couches supérieures d'huile (sur le couvercle) au-dessus de la température ambiante ne doit pas dépasser 60 ° C. À une température ambiante de + 35 ° C, cela correspond à la plus haute température d'huile observée (par thermomètre) + 95 ° C.Pour les transformateurs à circulation d'huile forcée, par exemple avec refroidissement huile-eau, la température de l'huile à l'entrée du refroidisseur d'huile ne doit pas dépasser 70 ° C. Pour les transformateurs à refroidissement huile-air, la température d'huile maximale admissible est déterminée à partir de le fabricant.

Cela dit, la puissance nominale du transformateur doit être comprise comme la puissance jusqu'à laquelle un transformateur installé à l'extérieur peut être chargé en permanence, dans des conditions de température nominale du fluide de refroidissement, avec refroidissement à l'air, défini comme la température de l'air qui varie naturellement au cours de l'année. Pour les autres types de refroidissement, les conditions de température nominales du fluide de refroidissement sont déterminées par les fabricants de transformateurs.

A noter qu'auparavant la puissance nominale des transformateurs installés à l'extérieur était recalculée en fonction de la température annuelle moyenne de l'air de refroidissement. À la suite d'un recalcul, à une température ambiante annuelle moyenne inférieure à + 5 ° C, la puissance nominale du transformateur est augmentée et à une température annuelle moyenne supérieure à + 5 ° C, au contraire, elle est réduite.

Des études sur l'effet de la viscosité de l'huile sur le refroidissement des transformateurs montrent qu'un tel recalcul n'est pas nécessaire, car à basse température de l'air, la viscosité de l'huile augmente, ce qui entraîne une détérioration du transfert de chaleur des enroulements et à une température de l'air élevée , au contraire, la viscosité de l'huile diminue et le transfert de chaleur des enroulements du transformateur augmente.

En plus des installations extérieures, les transformateurs refroidis par air sont souvent placés dans des pièces fermées non chauffées - des chambres dans lesquelles une ventilation naturelle est généralement assurée avec apport d'air froid et évacuation de l'air chauffé par des trous de ventilation spéciaux dans les parties inférieure et supérieure de la chambre, respectivement. Malgré la ventilation, les conditions de refroidissement des transformateurs dans les chambres sont toujours moins bonnes que celles installées à l'extérieur, ce qui réduit quelque peu leur durée de vie. Cependant, les transformateurs installés dans des chambres à ventilation naturelle peuvent être chargés en continu à leur puissance nominale à des températures annuelles moyennes de l'air de la chambre allant jusqu'à 20 °C.

Les courants nominaux des enroulements primaire et secondaire du transformateur sont appelés courants déterminés par les puissances nominales des enroulements respectifs.

Sous charge nominale comprenant la charge égale au courant nominal.

Dans le mode de fonctionnement du transformateur sans surcharge à n'importe quelle position de l'interrupteur, ainsi que pour toutes les valeurs de la tension fournie à l'enroulement primaire (mais pas supérieures à + 5% de la valeur de tension de cette prise), l'enroulement secondaire du transformateur ne peut pas être chargé plus haut que le courant nominal.