Le transformateur de puissance            HT BT          Chapitre 2       Par Jacques BOURBON                             ...
L’inventeurLucien Gaulard (1850-1888), chimiste de formation et jeune électricienfrançais, présente en 1882 à la Société f...
Le principeUn transformateur est constitué d’un circuit magnétique, composé de tôlesempilées les unes sur les autres.Sur u...
Les enroulementsDans la pratique les enroulements sont imbriqués l’un dans l’autre pouraméliorer le rendement du transform...
Le triphaséEn triphasé le circuit magnétique comporte généralement 3 colonnes.Sur chaque colonne, un enroulement primaire ...
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Plaque signalétique d’un    transformateur
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Conclusion      Avant de raccorder deux      transformateurs en parallèle, on vérifie :      -Qu’ils ont la même puissance...
Réglages en fonction de la tension HTA La tension au primaire influence la tension au secondaire : sur certains réseaux la...
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Transformateur de type immergéLes transformateurs immergés présententdes risques dincendie et de pollution : undéfaut inte...
Les transformateurs respirantsPour permettre la dilatation du liquide sansrisque de débordement, les premierstransformateu...
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Exemple de transformateur avec         conservateur
Protection contrôle signalisationRelais de protection pour transformateur équipé d’un conservateurLe relais de protection ...
ERT étanche remplissage totalTransformateurs à remplissage intégral : Le transformateur est remplitotalement à 20 °C envir...
Bloc de protection DGPTDispositif automatique fonctionnant en cas d’émission anormalede gaz au sein du diélectrique liquid...
Exemple d’un ERT avec un         DGPT
Les contraintes des ERTUn transformateur immergé dans l’huile entraîne plusieurs mesures deprotection imposées par la norm...
Classification des                 diélectriques liquidesDu point de vue de leur comportement au feu, les diélectriques li...
Caractéristiques des                   diélectriquesHuiles minérales: (O1) économiquement intéressant, mais ayant un point...
Symboles du mode de                refroidissementLe mode de refroidissement d’un transformateur est défini par 4 lettres....
Exemples :Un transformateur dans l’huile minérale avec : refroidissement naturel est de type ONAN ajout de ventilateurs ...
Exemple d’un transformateur avec de     l’huile minérale O1 et avec unrefroidissement naturel de type ONAN
Les transformateurs secsLes transformateurs secs ne présentent ni risque dincendie ou de pollutionchaude, ni risque de fui...
Les transformateurs secsLeur coût est plus élevé que celui d’un transformateur immergé dans l’huile, àpuissance égale, mai...
thermomètre à cadran           Ce thermomètre permet d’indiquer la           température du bobinage basse tension.       ...
L’Icc aux bornes du transformateur                                                      La tension de court               ...
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Le transformateur de puissance

  1. 1. Le transformateur de puissance HT BT Chapitre 2 Par Jacques BOURBON JB 2009
  2. 2. L’inventeurLucien Gaulard (1850-1888), chimiste de formation et jeune électricienfrançais, présente en 1882 à la Société française des Electriciens un«générateur secondaire », dénommé depuis « transformateur ».En 1884 Lucien Gaulard met en service une liaison de démonstration (133 Hz)alimentée par du courant alternatif sous 2000 volts et allant de Turin à Lanzo(80 km).La reconnaissance de Gaulard interviendra trop tardivement. Entre-temps, desbrevets ont été pris aussi par dautres, il finit ses jours dans un asile daliénés eton finit alors par admettre lintérêt du transformateur qui permet délever latension délivrée par un alternateur et facilite ainsi le transport de lénergieélectrique par des lignes à haute tension.
  3. 3. Le principeUn transformateur est constitué d’un circuit magnétique, composé de tôlesempilées les unes sur les autres.Sur une colonne de ce circuit magnétique est placé un enroulement réalisé pardes spires de fils conducteur.Ce bobinage est appelé enroulement primaire du transformateur.Un second enroulement est bobiné sur le circuit magnétique, il est appeléenroulement secondaire du transformateur.La tension secondaire à vide est proportionnelle à la tension du primaire
  4. 4. Les enroulementsDans la pratique les enroulements sont imbriqués l’un dans l’autre pouraméliorer le rendement du transformateurLe transformateur est représenté dans les schémas électriques par lesymbole suivant :
  5. 5. Le triphaséEn triphasé le circuit magnétique comporte généralement 3 colonnes.Sur chaque colonne, un enroulement primaire est imbriqué avec unenroulement secondaire.Les trois enroulements secondaires sont reliés ensemble par des barres decouplages.On fait de même pour les enroulements primaires.
  6. 6. Les couplages triphasé Couplage Couplage Couplage triangle (D) étoile (Y) zigzag (Z) En couplage zigzag la tenue en régime déséquilibré est très bonne; ce couplage est préconisé pour des puissances inférieures à 250 kVA
  7. 7. Les couplages en triphaséIl faut également coupler les enroulements.La circulation du courant nécessite un couplage des enroulements.Un transformateur comprend troisPar exemple, le couplage de type étoile, où chaque enroulement secondaire. par un Et trois enroulements est raccordéPar exemple primaire.enroulementsle couplage de type triangle, ou chaque enroulement est alimenté par deuxconducteur commun.phases Ont peux éventuellement sortir un neutre nL1 Couplage Dyn L1 L1 L1 aL2primaire estLe Au secondaire d’un transformateur triphasé,alimenté par trois trois phases sont A disponibles B basse c en bphases en haute tension (400 V).tension (20 kV) L2L3 L3 C L2 L3 Couplage L2 étoile Couplage delta L3 symbolisé symbolisé par la lettre D par la lettre y n
  8. 8. L’indice horaire Si on compare la mesure d’angleLe couplage étoile triangle (Dy) sous la forme vectorielle, estSur la plaque signalétique sont indiqués le couplage et l’indice horaire.représenté ainsi: en degré avec le système 330° 360° sexagésimal (base 60, lesOnt dit alors que la phase 111 à 11 heures est 12 Dyn 11 heures), on a donc 360°/12h soitChaque phase est décalée L1 30° par heure.de 120°, donc pour les troisphases on a 360° L1 Entre chaque phase il y aL’aiguille des un décalage de 120° soitheures d’une 4 heures.horloge fait le tour L2du cadran en 12heures. 9 3 L3 L2 8 4 L3
  9. 9. Plaque signalétique d’un transformateur
  10. 10. Les compatibilités d’indices horaires Un transformateur Sont-ils compatibles ? existant Dyn11 L1 L2 L3 11 n On vérifie les tensions, et le sens du L2 champ tournant de chaque L1Un nouveau transformateur vient s’ajouter transformateur.pour être raccordé en parallèle Et pourtant…… Dyn7 L2 L3 L1 L2 L1 L3 L3 n 7 Les deux transformateurs sont Les indices horaires 11,7 et 3 compatibles, mais en branchant sont compatibles. Mais pas avec les les phases L1 du Dyn11 avec autres indices ! L2 du Dyn7 …….
  11. 11. Les groupes d’indices horaires Suivant leur déplacement angulaire, on peut classer les transfos triphasés en 4 groupes :1. groupe de déplacement angulaire nul : = 0 (à 2/3 près), indice horaire: 02. groupe de déplacement angulaire 180° (ou 60°) :indice horaire: 6 (ou 2, ou 10)3. groupe de déplacement angulaire +30°indice horaire: 1 (ou 5)4. groupe de déplacement angulaire -30° (ou + 330) indicehoraire: 11 (ou 7)
  12. 12. Conclusion Avant de raccorder deux transformateurs en parallèle, on vérifie : -Qu’ils ont la même puissance -Les mêmes tensions -Le même couplage Et des indices horaires compatibles du même groupe.
  13. 13. Réglages en fonction de la tension HTA La tension au primaire influence la tension au secondaire : sur certains réseaux la tension du réseau de distribution HT A peut être inférieure à 20kV. Il est donc nécessaire de régler hors tension les barrettes de couplage en fonction du niveau de la tension au primaire.
  14. 14. Réglage de tension par commutateurLes manœuvres des changeurs de prises ou de tension sont effectuéestransformateur hors tension, et hors charge.
  15. 15. Refroidissement des transformateursLe passage du courant dans les bobinages du transformateur provoque unéchauffement qui peut devenir nuisible pour le bon isolement de sesenroulements.Plusieurs procédés sont utilisés pour le refroidir : Les transformateurs Les transformateurs immergés, à refroidissement secs, à refroidissement par diélectrique liquide par air
  16. 16. Transformateur de type immergéLes transformateurs immergés présententdes risques dincendie et de pollution : undéfaut interne peut provoquer unesurpression entraînant une déformation dela cuve telle quil peut en résulter des fuitesde diélectrique liquide et suivant lescirconstances, son inflammation, voirelexplosion du transformateur.Les fuites de diélectrique liquide peuventrésulter également de joints défectueux dela cuve ou de rupture des canalisations.Les diélectriques liquides se répandantrisquent doccasionner une pollution de lanappe phréatique. En cas dincendie ou depyrolyse, ils dégagent des produitstoxiques et génèrent des fumées opaquesgênant lintervention des secours.
  17. 17. Les transformateurs respirantsPour permettre la dilatation du liquide sansrisque de débordement, les premierstransformateurs comportaient un volume dairentre la surface de lhuile et le couvercle.Lorsque le liquide revenait à son niveauinitial, lair ambiant reprenait sa place. Letransformateur "respirait". Lhumidité de lairambiant se mélangeait à lhuile et, à lalongue, se déposait au fond de la cuve (leauétant plus dense que lhuile, de massespécifique 0,9).Rappelons quil suffit de 50 à 60 mg deau par litre dhuile pour abaisser de 50 % la rigidité diélectrique.
  18. 18. Les transformateurs avec conservateurPour limiter ces inconvénients, le transformateurest équipé dun conservateur de volume tel quele contact air-huile soit localisé à lintérieur dunréservoir dexpansion .Ladjonction dun dessiccateur permet dedéshydrater lair aspiré par le transformateur(équipé ou non dun conservateur) .Cette conception est encore valable à conditionque lutilisateur change ou régénèrepériodiquement la matière asséchante contenuedans le dessiccateur (tous les huit mois)
  19. 19. Exemple de transformateur avec conservateur
  20. 20. Protection contrôle signalisationRelais de protection pour transformateur équipé d’un conservateurLe relais de protection BUCHHOLZ :En cas de dégagement gazeux provenant de la décomposition des isolants,un ou deux contacts peuvent fonctionner pour actionner l’alarme etdéclencher la protection amont.En cas de fuite importante le basculement successif des 2 contacts assure lamême protection.
  21. 21. ERT étanche remplissage totalTransformateurs à remplissage intégral : Le transformateur est remplitotalement à 20 °C environ (température des ateliers) et clos hermétiquementde façon à ne laisser aucun volume dair en contact avec le liquidediélectrique .De ce fait, toute rentrée éventuelle dhumidité est éliminée et le principalfacteur doxydation (loxygène de lair) est également éliminé.Lappareil ne respirant plus et le liquide diélectrique se dilatant, une certainesurpression sétablit dans la cuve, surpression qui augmente avec la chargede lappareil.Ce sont les plis de la cuve, dont la forme est spécialement étudiée, quiabsorbent la dilation du liquide.
  22. 22. Bloc de protection DGPTDispositif automatique fonctionnant en cas d’émission anormalede gaz au sein du diélectrique liquide et provoquant la mise horstension du matériel : en pratique ce dispositif est un bloc relais detype DMCR ou DGPT2 qui ferme un contact entraînant la misehors tension par déclenchement de l’interrupteur de la cellule QMPour fonctionner correctement le DGPT2 doit être entièrement remplide diélectrique.C’est à dire que sa partie transparente doit être pleine d’huile :les 2 flotteurs noirs de l’appareil sont alors à leur position la plus haute.
  23. 23. Exemple d’un ERT avec un DGPT
  24. 24. Les contraintes des ERTUn transformateur immergé dans l’huile entraîne plusieurs mesures deprotection imposées par la norme NF C 13-100, contre les risques d’épandageet d’inflammation :Si la puissance nominale unitaire de l’un des appareils est supérieure à630 kVA, le DGPT2 s’impose, entraînant la mise hors tension de l’appareil.Si elle est inférieure ou égale à 630 kVA, le DGPT2 n’est pas obligatoire.La norme indique par ailleurs des précautions concernant le local oulemplacement quand la distance par rapport à tout autre bâtiment devientinférieure à 8 mètres :Environnement : Obligation d’une rétention totale du diélectrique (huileminérale ou silicone) pour la protection de l’environnement.
  25. 25. Classification des diélectriques liquidesDu point de vue de leur comportement au feu, les diélectriques liquides sontclassés suivant deux caractéristiques : le point de feu et le pouvoir calorifiqueinférieur dont la combinaison permet de représenter de façon suffisammentcomplète le comportement au feu des produits.La norme NF C 17-300 classe ainsi les diélectriques liquides par unedésignation comportant une lettre et un chiffre :-la lettre symbolise le point de feu :-Le chiffre caractérise le pouvoir calorifique inférieur : Classe Point feu Classe Pouvoir calorifique inférieur (Mj/kg) O <300 K >300 1 >42 2 32 à 42 L Non mesurable 3 <32
  26. 26. Caractéristiques des diélectriquesHuiles minérales: (O1) économiquement intéressant, mais ayant un point feurelativement bas ce qui peut entraîner certaine contraintes d’installation.Esters: (K2) organiques de synthèse, biodégradables, non toxiques et nonpolluants, ils présentent des points feux élevés (donc difficilementinflammables), et peuvent être utilisés à la place de l’huile minérale sansmodifier la conception des transformateurs.Huiles silicones : (K3) ces diélectriques présentent eux aussi des points feuxélevés, ils sont préconisés pour les ERT; toutefois cette solution reste trèsoccasionnelle car économiquement peu intéressante (certaines caractéristiquesphysiques entraînant plusieurs adaptations techniques).Pyralènes: Les pyralènes, appelés également askarels, forment une famille deliquides constitués dun mélange de polychlorobiphényles (PCB). Les pyralènessont dexcellents diélectriques, leur principal avantage est leur ininflammabilité.Mais en cas d’incendie les PCB dégagent des produits toxiques, dioxines oufuranes, et polluent les nappes phréatiques. Ils sont interdits en France.
  27. 27. Symboles du mode de refroidissementLe mode de refroidissement d’un transformateur est défini par 4 lettres. la première indique le fluide de refroidissement INTERNE en contact avecles enroulements ;ainsi O correspond à lhuile (Oil en Anglais) la seconde, le mode de circulation de ce fluide ; deux modes sont possibles N pour ventilation Naturelle (Natural) F pour ventilation Forcée (Forced) la troisième, le fluide de refroidissement EXTERNE ; ainsi A correspond àAir la quatrième, le mode de circulation de cet agent extérieur, de type N ou F.Seuls les transformateurs de type sec pour lesquels les parties actives sontdirectement refroidies par l’air extérieur sont définis par deux lettres.
  28. 28. Exemples :Un transformateur dans l’huile minérale avec : refroidissement naturel est de type ONAN ajout de ventilateurs sur les radiateurs devient de type ONAF fonctionnement possible avec ou sans ventilateur est de typeONAN/ONAF.Un transformateur sec enrobé avec : refroidissement naturel est du type AN. ajout de ventilateurs devient de type AF.
  29. 29. Exemple d’un transformateur avec de l’huile minérale O1 et avec unrefroidissement naturel de type ONAN
  30. 30. Les transformateurs secsLes transformateurs secs ne présentent ni risque dincendie ou de pollutionchaude, ni risque de fuite.Par contre, ils présentent un certain nombre dinconvénients :- nécessité dun dépoussiérage fréquent sinon risque daugmentation deséchauffements ;- mise en œuvre dune ventilation appropriée ;-nécessité dune surveillance et dun entretien régulier. Il existe deux types de transformateurs secs Classe F « enrobé » Classe H « imprégné »
  31. 31. Les transformateurs secsLeur coût est plus élevé que celui d’un transformateur immergé dans l’huile, àpuissance égale, mais ce choix supprime ou limite les contraintes d’installation.Le transformateur sec de type F0 nécessite une détection automatiqued’incendie provoquant la mise hors tension du transformateur et lefonctionnement d’un dispositif d’extinction approprié.Un transformateur sec enrobé de classe F1 (exemple Trihal) limitelinflammabilité par auto extinction du matériel employé et l’absenced’émissions toxiques et fumées opaques. Il affranchit de toute mesure de protection contre l’incendie. Ce type de transformateur est obligatoire pour utilisation dans un IGH. Un bornier de raccordement des sondes PTC au convertisseur électronique Z. Le bornier est équipé d’un connecteur débrochable. Les sondes PTC sont fournies raccordées au bornier fixé à la partie supérieure du transformateur.
  32. 32. thermomètre à cadran Ce thermomètre permet d’indiquer la température du bobinage basse tension. Ce thermomètre est raccordé à une sonde PT 100 et est muni de 2 contacts inverseurs basculant sur 2 seuils de températures réglables (alarme : 140°C et déclenchement : 150°C). Cette protection thermique nest pas appropriée pour le pilotage des ventilations.
  33. 33. L’Icc aux bornes du transformateur La tension de court circuit (Ucc en %) L’intensité nominale du transformateur (In en Ampère) Pn In  U. 3Pour le calcul de l’intensité de court circuit au niveau des bornes dutransformateur, on utilise la relation suivante : In Icc  Ucc / 100Pour un transformateur sec de 400kVA l’intensité de court circuit maximum estde 9,3 kA.
  34. 34. FinMerci de votre attention JB 2009

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