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Transformateurs :
Dimensionnement et essais
GE Proprietary Information—ClassIII (Confidential)
Export Controlled—U.S. Government approval is required
prior to export from the U.S., re-export from a third country,
or release to a foreign national wherever located.
2
Les paramètres complémentaires pour transformateurs spécifiques
Utilisation des transformateurs
Paramètres de dimensionnement du transformateur
Les essais des transformateurs
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Le transformateur : dimensionnement et essais
3
Paramètres de dimensionnement d’un
transformateur
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
UTILISATEUR
Performances / Garanties
Acheteur
Coûts Matières / Main d’œuvre
Constructeur
GABARIT
EMBALLAGES
MASSE
MOYENS de
TRANSPORT
TENSION
PRIMAIRE
FREQUENCE
ISOLEMENTS
LIGNE &
NEUTRE
TRANSPORT
CONDITIONS
D’INSTALLATION
RESEAUX
CONDITIONS CLIMATIQUES DU SITE
NORMES
ESSAIS &
ESSAIS
spéciaux
Altitude
Echauffements
Protection
surface
Tenue
sismique
Equipements
réfrigération
raccordements
Puissance
et
Surcharges
Autotransformateur
ou Transformateur
Monophasé
ou Triphasé
Nombre
d’enroulements
et Tensions
secondaires
Garanties
pertes à vide
et en charge
Ucc%
marche en //
Réglage en charge
ou/et hors tension
Couplages
Interchangeabilité
électrique
et/ou mécanique
4
Normes CEI de dimensionnement d’un
transformateur
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
60076-1 Généralités
60076-2 Echauffement des transformateurs immergés dans le liquide
60076-3 Niveaux d’isolement, essais diélectriques et distances d’isolement
dans l’air
60076-4 Guide pour les essais au choc de foudre et au choc de manœuvre
60076-5 Tenue au court circuit
60076-6 Bobines d’inductance
60076-7 Guide de charge pour transformateurs immergés dans l’huile
60076-8 Guide d’application
60076-9 Pas de publication
60076-10 Détermination des niveaux de bruit - Guide d’application
60076-11 Transformateurs de type sec
60076-12 Guide de charge pour transformateurs de puissance de type sec
60076-13 Transformateurs auto-protégés immergés dans un liquide diélectrique
60076-14 Conception et application des transformateurs immergés utilisant des
matériaux hautes températures
60076-15 Transformateurs de puissance à isolation gazeuse
5
Normes CEI de dimensionnement d’un
transformateur
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
60076-16 Transformateurs pour applications éoliennes
60076-17 Pas de publication
60076-18 Mesure de la réponse en fréquence (FRA)
60076-19 Pas de publication
60076-20 Pas de publication
60076-21 Exigences des normes, terminologie et code d’essais pour
régulateurs par crans de tension
61378-1 Transformateurs pour applications industrielles
61378-2 Transformateurs de conversion pour applications CCHT
61378-3 Transformateurs de conversion – Guide d’application
62032 Transformateurs déphaseurs – Guide d’applications,
spécifications et essais
60214-1 Changeurs de prises en charge – Prescription de
performance et méthode d’essais
60214-2 Changeurs de prises en charge – Guide d’applications
6
Dimensionnement d’un transformateur :
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Les moyens de calcul intègrent les caractéristiques des
appareils déjà réalisés, leurs résultats d’essais, le retour
d’expérience.
Le dimensionnement va se dérouler dans l’ordre suivant :
La puissance de l’appareil, les tensions HT et BT
Le Circuit Magnétique
Les enroulements principaux et annexes (tertiaires et réglage)
Les isolements respectifs (les dimensions et les distances)
La tension de court-circuit
Les pertes
La réfrigération
7
Dimensionnement d’un transformateur :
puissance assignée
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Un transformateur fait transiter une puissance.
Il ne produit pas d’énergie et ne consomme que ses propres pertes.
Puissance apparente
S = [(U² Ia² + U² Ir²) + U² (IH3² + IH5² +….+ IHn²)]0,5
S = ( P² + Q² + D² )0,5
La puissance qui transite dans un transformateur
est donc la somme « vectorielle » de la puissance
active, de la puissance réactive et de la
puissance déformante
P
S
Q
D

P
ξ
8
Dimensionnement d’un transformateur :
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Les moyens de calcul intègrent les caractéristiques des appareils déjà
réalisés, leurs résultats d’essais, le retour d’expérience.
Le Circuit Magnétique :
SX = S0 (B0 / BX) (f0 / fX) [(PX / P0) (Ucc0 / UccX)]0,5
Les enroulements principaux et annexes (tertiaires et réglage)
Le nombre de spires de chaque enroulement
U √2 = BNS → V / spire = (U √2) / N = BS / √2
Les isolements respectifs (les dimensions et les distances)
La tension de court-circuit
Les pertes
La réfrigération
9
Dimensionnement d’un transformateur :
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Rôle de l’enroulement tertiaire :
Stabilisation des tensions simples sur charge déséquilibrée grâce
au couplage triangle
Suppression des harmoniques multiple de 3 lors du fonctionnement
du transformateur à vide.
Réduction de la réactance homopolaire (indispensable sur les
transformateurs à flux libre – CM à 5 colonnes et cuirassé)
Alimentation d’auxiliaires et/ou de compensation réactive
10
Dimensionnement d’un transformateur : cas
particulier lié à la charge
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Les transformateurs destinés au turbine à gaz :
La charge évolue avec la température ambiante
Puissance
en%
Température ambiante moyenne en oC
120
140
100
80
-20 -10 10 20 30 40
0
Document ALSTOM
11
Dimensionnement d’un transformateur :
monophasé ou triphasé
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Colis très gros en grande puissance
Peut poser des problèmes de transport
Gabarit
Masse
Exemple :
Puissance triphasée 1000 MVA
Colis plus petits
Assemblage sur site des neutres et des triangles
Permet des puissances de banc triphasé très grandes
Exemple :
Puissance triphasée 1650 MVA avec 3 monophasés de 550 MVA
12
Dimensionnement d’un transformateur : les
tensions utilisées
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Les tensions sont fonction des réseaux
Tension réseau la plus élevée
(kV rms)
Tension induite de courte durée ou
tenue en tension source séparée CA (kV
rms)
Tenue en tension de choc
(kV crête)
< 24 50 125
36 70 170
52 95 250
72,5 140 325
123 230 550
145 275 650
170 325 750
245 395 950
362 510 1175
420 630 1425
550 680 1550
800 Non Applicable 1950
13
Dimensionnement d’un transformateur : les
tensions utilisées
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Les tensions d’isolation du neutre
Tension réseau la plus élevée
(kV rms)
Tension induite de courte durée ou
tenue en tension source séparée CA (kV
rms)
Tenue en tension de choc
(kV crête)
17,5 38 75
24 50 125
36 70 170
52 95 250
72,5 140 325
123 230 550
145 275 650
170 325 750
14
Dimensionnement d’un transformateur :
Impédance de court-circuit
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
H
e2
e
e1
d1
d
d2
HT
BT
Le facteur dominant pour faire varier
Ucc% est le nombre de spires
Ucc% est inversement proportionnelle à H
et proportionnelle au diamètre moyen de
manière plus faible.
La distance d’isolement e a également
un impact important et peut-être utilisée
comme ajustement de Ucc% lorsque les
autres paramètres restent fixes
Ucc% = [(4π² N² I²) / Pmono.H] x [(e1.d1/3) + (e.d) + (e2.d2/3)]K10-7
K = 1 – (1 / 2H)[(e1+e2)/3 + e
15
Dimensionnement d’un transformateur :
Impédance de court-circuit
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Les conséquences pratiques de la variation de Ucc% en faisant varier le
nombre de spires
En augmentant le nombre de spires les conséquences directes sont :
La réduction de la section du CM
La réduction des pertes fer
Les pertes en charge augmentent
La masse totale du transformateur diminue (le gain de masse sur le
CM est plus important que l’augmentation de la masse de cuivre)
On peut résumer les conséquence des variations de Ucc% en augmentant le
nombre de spires par le tableau suivant
Ucc% Pertes fer Pertes en charge Masse transfo
16
Dimensionnement d’un transformateur :
Impédance de court-circuit
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Quelle valeur de Ucc% choisir?
Plusieurs facteurs dictent le choix de l'impédance de court-circuit d'un
transformateur :
Les courants de court-circuit maximum admissibles
La valeur de la chute de tension Ucc%
La consommation de puissance réactive
La Stabilité de transmission de puissance
Les trois derniers facteurs conduisent à une valeur d'impédance de
court-circuit faible, mais la nécessité de limiter le courant de court-
circuit nous oriente vers le choix inverse
La norme CEI nous propose des compromis qui essaient de satisfaire les
différents besoins
17
Dimensionnement d’un transformateur :
Impédance de court-circuit
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Tension de court-circuit Ucc% minimale précisée par la norme:
Les valeurs de puissance nominale > 100 MVA sont généralement soumis à
accord entre le constructeur et l'acheteur
Puissance assignée en kVA Ucc minimale en %
Jusqu’à 630 4,0
631 à 1250 5,0
1251 à 2500 6,0
2501 à 6300 7,0
6301 à 25000 8,0
25001 à 40000 10,0
40001 à 63000 11,0
63001 à 100000 12,5
> 100000 > 12,5
18
Dimensionnement d’un transformateur : ordre
de grandeur de dimensionnement
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Evolution de la masse de transport en kg avec la puissance en MVA
Masse
en
kg
Puissance en MVA
300000
250000
200000
150000
100000
50000
50 Hz
60 Hz
100 200 300 400 500 600 700
0
0
Document ALSTOM
19
Dimensionnement d’un transformateur : ordre
de grandeur de dimensionnement
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Evolution des dimensions de transport en mm avec la puissance en MVA
Dimensions
en
mm
Puissance
en MVA
100 200 300 400 500 600
6000
0
2000
3000
4000
5000
1000
7000
8000
9000
Document ALSTOM
20
Dimensionnement d’un transformateur : ordre
de grandeur de dimensionnement
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Evolution de la masse d’huile sur site en kg avec la puissance en MVA
Puissance
100000
120000
80000
60000
40000
20000
50 Hz 60 Hz
100 200 300 400 500 600 700
0
0
140000
Masse
en
kg
Puissance en MVA
Document ALSTOM
21
Dimensionnement d’un transformateur :
Quelques exemples de dimensions d’appareils
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Triphasé 240 MVA – 275kV / 110kV 50 Hz - ONAN/ODAF
7600
8600
12000
22
Dimensionnement d’un transformateur :
Quelques exemples de dimensions d’appareils
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Triphasé 240 MVA – 275kV / 132kV 50 Hz - ONAN/ODAF
8400
10600
7800
16700
23
Dimensionnement d’un transformateur :
Quelques exemples de dimensions d’appareils
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Triphasé 310 MVA – 230kV / 112kV - 60 Hz ODAF
13200
11700
8800
24
Le transformateur : dimensionnement et essais
Les paramètres complémentaires pour transformateurs spécifiques
Utilisation des transformateurs
Paramètres de dimensionnement du transformateur
Les essais des transformateurs
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
25
La technologie adaptée aux différentes
applications
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Partie(s) Active(s) immergée(s) dans une cuve avec conservateur
et assécheur ou remplissage intégral hermétique
Transfo
sur
train
Transformateurs élévateurs,
d’interconnexion et
autotransformateurs
Type de
transfo
Réactances
Transfospéciaux
pour applications
réseaux
Transfospéciaux
pour applications
industrielles
Transformateurs
Pour le
ferroviaire
Dispositif
de
monitoring
CCHT
Transfo
déphaseur
Transfo
redresseur
Transfo
de four
Transfo
s/station
72,5
100
123
145
170
245
300
362
420
550
800
kV
MVA
20 70 200 1000MVA 1 Ph 3 Ph
E
N
P
G
26
Les Transformateurs de centrale
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Générateur
Transformateur
élévateur
Disjoncteur HT
Disjoncteur
De démarrage
Transformateur
de démarrage
Transformateur
auxiliaire
Auxiliaires
Barres
Élément essentiel des centrales nucléaires,
thermiques combinés ou centrales hydrauliques
Le transformateur est directement connecté
aux bornes de sortie du générateur, afin
d‘élever la tension jusqu'à la tension du
réseau HT
La tension de l'enroulement BT est
normalement comprise entre 11 et 30 kV
pour correspondre à celle du générateur
Les tensions HT peuvent aller jusqu'à 800 kV
et dans certain cas jusqu’à 1200 kV
27
Les Transformateurs de centrale
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Transformateur triphasé 716 MVA 19kV/525kV Chine (Shajiao)
Document ALSTOM
28
Les Transformateurs et autransformateurs
d’interconnexion
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Triphasé ou monophasé suivant les contraintes de transport
Choix, généralement d’un autotransformateur pour les
rapports de transformation proches de 2 (lorsque le rapport
de transformation se rapproche de 1, les avantages
économiques disparaissent
Généralement couplage Y - Y avec tertiaire triangle
Le tertiaire peut-être utilisé pour alimenter les auxiliaires ou
pour compenser l’énergie réactive
29
Les Transformateurs et autransformateurs
d’interconnexion
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Autotransformateur pour la Chine 500 kV
Document ALSTOM
30
Les Transformateurs et autransformateurs
d’interconnexion
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Autotransformateur pour la France 400kV/225kV 600 MVA
Document ALSTOM Document ALSTOM
31
Transformateurs spécifiques – Bobines
d’inductance shunt
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Une ligne aérienne HT est inductive en charge et capacitive à vide ou à faible
charge
V1 V2C
Ligne en charge
V1 V2C
32
Transformateurs spécifiques – Bobines
d’inductance shunt
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Une ligne aérienne HT est inductive en charge et capacitive à vide ou à faible
charge
V20 >> V2C
V1
Ligne à vide
V1 V20 >> V2C
33
Transformateurs spécifiques – Bobines
d’inductance shunt
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Ligne après compensation par bobine d’inductance shunt
V1 V2 ≈ V1
Ic Ic Ic Ic Ic
V1 V2 ≈ V1
Une ligne aérienne HT est inductive en charge et capacitive à vide ou à faible
charge
34
Transformateurs spécifiques – Bobines
d’inductance shunt
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Une ligne aérienne HT est inductive en charge et capacitive à vide ou à faible
charge
Tension augmente
Capacité de la ligne
Q
X
X
V
C
Tension diminue
Présence inductance
35
Les bobines d’inductance shunt peuvent être monophasées ou triphasées pour
moyenne et haute tension
On trouve des bobines d’inductances shunt jusqu’à des tensions de 800 kV et des
puissances de 250 MVAR en triphasé
Les inductances shunt compensent la puissance réactive capacitive des câbles
de transmission, en particulier dans les réseaux à faibles charges ou sans charge.
Elles permettent d’améliorer la stabilité et l'efficacité de la transmission
d'énergie.
Les bobines d’inductance shunt peuvent être dans l’air sans noyau de fer
Elles peuvent être dans l’huile, fabriquées en deux versions :
Avec un noyau de fer divisé par des entrefers
Sans noyau de fer, avec un manteau magnétique autour du bobinage.
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Transformateurs spécifiques – Bobines
d’inductance shunt
36
Transformateurs spécifiques – Inductance
shunt
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
La bobine d’inductance shunt peut-être dans l’air ou immergée
avec une Caractéristique de fonctionnement de l’inductance en
fonction du courant
A Valeur théorique
B Inductance avec blindage
magnétique
C Inductance à entrefer
Un
In
A
B
C
U
I
Il est important de
préciser les limites de
linéarité de l’inductance
37
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
CM monophasé
Document ALSTOM
Bobines d’inductance shunt monophasées
En MT et BT réalisées
dans l’air
sans noyau magnétique
En MT et HT réalisées dans l’huile
avec noyau magnétique divisé par des entrefers
Transformateurs spécifiques – Bobines
d’inductance shunt
Document ALSTOM
38
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
CM monophasé
Document ALSTOM
La colonne du noyau
magnétique est
constituée de tronçons
empilés séparés par
des entrefers
Document ALSTOM
Bobines d’inductance shunt monophasées
En MT et BT réalisées
dans l’air
sans noyau magnétique
En MT et HT réalisées dans l’huile
avec noyau magnétique divisé par des entrefers
Transformateurs spécifiques – Bobines
d’inductance shunt
Orientation
des cristaux
39
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Bobines d’inductance shunt monophasées, principe de serrage
Transformateurs spécifiques – Bobines
d’inductance shunt
40
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Circuits Magnétiques de bobine d’inductance shunt monophasée
Transformateurs spécifiques – Bobines
d’inductance shunt
Document ALSTOM
Document ENPAY
41
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Bobines d’inductance shunt monophasées
Bobine d’inductance
110MVAr – 800kV
Monophasée
Transformateurs spécifiques – Bobines
d’inductance shunt
Document ALSTOM
42
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Bobine d’inductance shunt triphasée, principe de serrage
Transformateurs spécifiques – Bobines
d’inductance shunt
43
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Bobine d’inductance shunt triphasée, principe de serrage
Transformateurs spécifiques – Bobines
d’inductance shunt
44
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Circuits Magnétiques Bobine d’inductance shunt triphasées
Transformateurs spécifiques – Bobines
d’inductance shunt
45
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Transformateurs spécifiques – Bobines
d’inductance shunt
Bobines d’inductance shunt triphasées
Document ALSTOM
Les colonnes du circuit magnétique sont
constituées de tronçons empilés séparés par
des entrefers
Document ALSTOM
Document ENPAY
Triphasé 3 colonnes avec
2 jambes de retour
Triphasé 3 colonnes
Document SIEMENS
46
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Transformateurs spécifiques – Bobines
d’inductance shunt
Bobines d’inductance, tronçons de circuit magnétique et entrefers
Documents ENPAY
47
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Bobines d’inductance shunt triphasées
Transformateurs spécifiques – Bobines
d’inductance shunt
Bobine d’inductance
183MVAr – 400kV
Triphasée
Document ALSTOM
48
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Bobine d’inductance shunt triphasée, disposition en triangle
Transformateurs spécifiques – Bobines
d’inductance shunt
Documents ENPAY
49
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Transformateurs spécifiques – Bobines
d’inductance shunt
Document MITSUBISHI
Document MITSUBISHI
Bobine d’inductance shunt monophasée 50MVAR – 500kV / √3, type cuirassé
50
Transformateurs spécifiques – Bobine
d’inductance shunt réglable en charge
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Sélecteur
CPEC
Inverseur
Neutre
Phase HT
Enroulement
de réglage
Enroulement
principal
Document CHALMERS UNIVERSITY
Le réglage de la bobine
d’inductance shunt est
assurée par un
enroulement de réglage
situé à l'extérieur de
l'enroulement principal.
Les conducteurs de
chaque prise de
l'enroulement de
réglage sont reliés au
changeur de prises en
charge.
51
Transformateurs spécifiques – Bobine
d’inductance shunt réglable en charge
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Le réglage de la bobine prend en
compte le nombre de spires max.
Le réglage de la bobine prend en
compte le nombre de spires min.
Phase
VCom
Vréglage grossier
Vréglage fin
+
_
VRT
K
VCom
Vréglage grossier
Vréglage fin
VRT
Phase Phase
VCom
Vréglage grossier
Vréglage fin
+
_
VR1
K
VCom
Vréglage grossier
Vréglage fin
Phase
Document MR
Pour une tension de 800kV/√3, le réglage de l’inductance est limité à 35-40%
VR1
52
Transformateurs spécifiques – Bobine
d’inductance shunt
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Exemple de caractéristiques pour une bobine d’inductance (Doc SIEMENS)
Caractéristiques de la
bobine d’inductance shunt
Tension Phase/terre UR = 735kV/√3
Tension max Phase/terre Um = 800kV/√3
Puissance nominale Sr = 110MVAr
Fréquence nominale 60 Hz
Courant pour Sr 259,2 A
Courant max à Um 282,1 A
Inductance nominale L 4,3424H ± 2,5%
Linéarité 150%
Refroidissement ONAN
Niveau d’isolement HT
Tension réseau max 800kV
Tension de choc (BIL) 1950kV
Tension de choc onde coupée 2145kV
Surtension de manœuvre 1550kV
Tension induite Phase/terre (1h) 750kV
Niveau d’isolement Neutre
Tension de choc (BIL) 350kV
Tension induite 140kV
Données supplémentaires
Contrôle du changeur de prises en charge
Puissance réactive, position min
de spires à 735(kV 110MVAr
Document SIEMENS
53
Transformateurs spécifiques – Bobine
d’inductance shunt réglable en charge
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Comparaison de la conception d’une réactance shunt fixe et variable
Réactance,
valeur fixe
Réactance, valeur
variable
Rapport
(variable/fixe)
Ecart
(variable/fixe)
Masse totale 132 t 190 t 1,44 58 t
Pertes toales à
85°C et Ur
188 kW 188 kW 1 0
Niveau de bruit 102dB(A) 102dB(A) 1 0
Longueur 3890 mm 5610 mm 1,44 1720 mm
Largeur 3340 mm 3760 mm 1,13 420 mm
Hauteur 4528 mm 4578 mm 1,01 50 mm
Surface au sol 43,5 m² 58,3 m² 1,34 14,8 m²
Document SIEMENS
54
Transformateurs spécifiques – Bobine
d’inductance shunt réglable en charge
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Comparaison d’encombrement de la réactance shunt fixe et variable
Document SIEMENS Document SIEMENS
55
Transformateurs spécifiques – Bobine
d’inductance shunt réglable en charge
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Le réglage de la bobine d’inductance shunt permet de régler la compensation en
fonction de la variation de charge.
Le nombre de spires dans l'enroulement de réglage par prise est constant et, par
conséquent, la quantité de puissance réactive varie avec chaque prise mais permet
d’obtenir une variation étendue.
0
10
100
90
80
70
60
50
40
20
30
Puissance
réactive
en
%
5 10 15 20 25 30 35
Position du régleur en charge
Spires mini Spires maxi
Réseau
+
_
0
K
Document MR
96,55%
40,95%
0
56
Transformateurs spécifiques – Bobine
d’inductance shunt réglable en charge
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
La solution de réglage précédente limite la plage de compensation de puissance
réactive en raison des limites admissibles des tensions par cran de tension.
Pour réduire l’encombrement, MR propose avec 2 blocs insérables superposés et
deux étages de prises paires et impaires sur le sélecteur qui oblige de réaliser 2
enroulements de réglage fin et deux enroulements de réglage grossier
Spires mini Spires maxi
Enroulement de réglage
Puissance
réactive
en
%
Réseau
Un sélecteur de prise
pour deux enroulements
de réglage
Un bloc insérable
avec deux
commutateurs
Document MR
5 10 15 20 25 30 35
0
0
10
100
90
80
70
60
50
40
20
30
93%
21%
0
0
+
+
_
_
K
K
57
Transformateurs spécifiques – Bobine
d’inductance shunt réglable en charge
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Le réglage de la bobine prend en
compte le nombre de spires max.
Le réglage de la bobine prend en
compte le nombre de spires min.
VR1
VRT
VCom
V1réglage grossier
V2réglage grossier
V1réglage fin
V2réglage fin
K
K
0
0
_
_
+
+
Phase
VR1
VRT
VCom
V1réglage grossier
V1réglage fin
V2réglage fin
V2réglage grossier
Phase
VCom
V1réglage grossier
V1réglage fin
V2réglage fin
V2réglage grossier
Distance
isolement
0
0
+
+
Phase
_
_
K
K
VCom
V1réglage grossier
V1réglage fin
V2réglage fin V2réglage grossier
Distance
isolement
Phase
58
Transformateurs spécifiques – Bobine
d’inductance shunt réglable en charge
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Changeur de prises en charge permettant d’étendre la plage de réglage.
Nécessite un changeur de prises en charge par phase
1 Bloc insérable en 2 étages
superposés
2, 4 Enroulement de réglage et partie
du sélecteur de prises où les prises se
connectent
3, 5 Sélection de la position sur les
extrémités des enroulements gros
échelon
Document MR
59
Transformateurs spécifiques – Bobine
d’inductance shunt réglable en charge
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Un changeur de prises en charge triphasé ou monophasé classique permet
d’obtenir les plages de réglage suivantes :
En 420 kV, on obtient une plage de réglage d’environ 50 %
En 800 kV: on obtient une plage de réglage d’environ 30 %
Le principe de ce nouveau type de changeur de prises en charge permet d’étendre
la plage de réglage comme indiqué dans le tableau ci-dessous
Tension Um Plage de réglage
≤ 110 kV 90 %
220 kV 85 %
420 kV 80 %
550 kV 70 %
800 kV 50 %
60
Transformateurs spécifiques – Bobine
d’inductance shunt réglable en charge
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Si on veut une quantité de puissance réactive constante pour chaque prise, le
nombre de spires de chaque prise de l'enroulement de réglage doit être différent
Si le nombre de spires par prise varie, on ne peut plus réaliser un réglage avec un
enroulement grossier-fin ni avec un enroulement inverseur car chaque prise de
l'enroulement fin est utilisé deux fois sur toute la plage de réglage.
Dans ces conditions, on est limité par le nombre de positions du sélecteur
Puissance
réactive
en
%
Spires mini Spires maxi
Position du réglage
Réseau
Document MR
0
10
100
90
80
70
60
50
40
20
30
0 3 6 9 12 15 18
98%
68%
66%
61
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Limite le courant de défaut en cas de court-circuit sur le réseau
Peut permettre le contrôle de la charge sur le réseau
Peut-être monophasée ou triphasée
Peut être réalisée à sec ou immergée dans l’huile, sans CM, avec
blindage cuivre ou aluminium, avec entrefers.
Sans inductance série, le courant n’est
limité que par Zréseau
Avec inductance série, le courant est
limité par Zréseau + Zinductance série
Transformateurs spécifiques – Bobines
d’inductance série
62
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Bobines d’inductance série triphasées MT à manteau magnétique
Transformateurs spécifiques – Bobines
d’inductance série
Document ABB
63
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Puissance traversante 1850 MVA – 400kV
Document ALSTOM
Document ALSTOM
Transformateurs spécifiques – Bobines
d’inductance série
64
Transformateurs spécifiques - Transformateurs
pour CCHT
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
~1000km
Zaabal/Suez Madinah
3000MW, ±500kV Extrémités d’une ligne CCHT
~
F F F F
F F F F
+500kV
-500kV
~
F F F F
F F F F
3000MW
Transformateur
de conversion
CA CA
65
Transformateurs spécifiques - Transformateurs
pour CCHT
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Assure l’isolement galvanique entre le
Courant Continu et le Courant Alternatif
Fournit la bonne valeur de tension aux
convertisseurs
Maintient une tension aux convertisseurs
constante grâce à la présence des changeurs
de prises en charge
Assure une impédance de limitation de
courant en cas d’incident
Fournit un décalage angulaire entre
secondaire pour réduire les harmoniques
+
0
Filtre
Rôle du transformateur de conversion
66
Transformateurs spécifiques - Transformateurs
pour CCHT
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
1 x 1 triphasé / 3 enroulements
Masse*= 360%
6 x 1 monophasé / 2 enroulements
Masse* = 100%
2 x 1 triphasé / 2 enroulements
Masse*= 200%
3 x 1 monophasé / 3 enroulements
Masse*= 160%
* Comparaison relative pour un transformateur
67
Transformateurs spécifiques - Transformateurs
pour CCHT
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Le montage des transformateurs de
conversion CCHT a une très grande influence
sur les dimensions et le coût de la salle des
valves.
Chaque transformateur doit avoir ses murs
coupe-feu et son espace maintenance.
SALLE
des
VALVES
1 x 3 Ph
3 Enrlts
2 x 3 Ph
2 Enrlts
3 x 1 Ph
3 Enrlts
6 x 1 Ph
2 Enrlts
Y
Y
Y



Y

+
Y

+
Y

+
Y

+
Y

68
Transformateurs spécifiques - Transformateurs
pour CCHT
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Le transformateur de conversion doit répondre à une norme
spécifique qui vient en complément des normes existantes, la
norme CEI 60378-2
Les paramètres complémentaires nécessaires pour définir le transformateur
sont :
Les dimensions, les interfaces et l’implantation de la salle des valves.
Les restrictions de transport, dimensions et masse indivisibles.
Le type de schéma de transmission en CCHT.
Les limites des niveaux de bruit à vide et/ou en charge
La tension de court-circuit et la tolérance entre enroulements de conversion
Les niveaux de tolérance sur les tensions de court-circuit de toutes les prises
(généralement différents de la norme internationale)
Le détail des harmoniques du courant pour s’assurer que le transformateur est
convenablement dimensionné (impact sur le choix des conducteurs)
69
Transformateurs spécifiques - Transformateurs
pour CCHT
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Transformateur de conversion pour Chandrapur Inde
Document ALSTOM
70
Transformateurs spécifiques - Transformateurs
pour CCHT
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Transformateur triphasé 310 MVA – 500kV
71
Transformateurs spécifiques - Transformateurs
pour CCHT
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
IFA2000 Transformateur monophasé 2 x 103MVA 270kV CC
Document ALSTOM
72
Transformateurs spécifiques – Inductance de
lissage pour CCHT
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Schéma classique dodécaphasé
F
F F
F
~ ~
Transformateur
de conversion
Inductance
de lissage
Ligne CC
Banc de filtres
commutables
Ponts de
Thyristors
F
F F
F
Filtres CC
+
_
Vcc
Banc de filtres
commutables
CA CA
73
Transformateurs spécifiques – Inductance de
lissage pour CCHT
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Les inductances de lissage sont insérées en série sur la ligne
CC et ont 2 fonctions principales :
Réduire le taux d’ondulation en présentant une
impédance élevée à la circulation du courant
Réduire la vitesse de montée du courant dans le cas
d’un court-circuit sur le réseau CC
Les inductances de lissage peuvent être dans l’air ou
immergée dans l’huile
74
Transformateurs spécifiques – Inductance de
lissage pour CCHT
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Document ALSTOM
75
Transformateurs spécifiques – Transformateur
déphaseur
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
P =
V1V2
X12
Sin (1 – 2)
La puissance active Ptransportée dans une ligne électrique en CA est, comme le
montre l’expression ci-dessous, fonction de 4 variables
Réactance de ligne X12
La tension au départ de ligne V1
La tension à l’arrivée de ligne V2
L’angle de phase de chacune des tensions 1 et 2
Nous allons utiliser un transformateur déphaseur pour faire varier ce
transit de puissance en intervenant sur l’angle de phase  = 1 – 2
76
Transformateurs spécifiques – Transformateur
déphaseur
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
X12
X2
Fonctionnement sans transformateur déphaseur Fonctionnement avec transformateur déphaseur
V1 V1
V2 V2
X12> X2
Impossible d’afficher l’image.
X2
X12
P2
P1
P1
P2
I1
I1
I2 I2
La puissance transite par le
chemin de moindre impédance
Action du transformateur
déphaseur TD
P =
V1V2
X12
Sin [(1 – 2) + ]
TD
77
Transformateurs spécifiques – Transformateur
déphaseur
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
 
0
0
P1
P1
P2
P2
P P
-
 
12
’
Variation des puissances en présence du transformateur déphaseur
Fonctionnement sans transformateur déphaseur Fonctionnement avec transformateur déphaseur
78
Transformateurs spécifiques – Transformateur
déphaseur
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Principe de réalisation du transformateur déphaseur en quadrature
Le déphasage s’obtient par extraction d’une partie de la tension simple
qui est injectée en quadrature (90o) sur une autre phase
A1 B1 C1
A1 B1 C1
A2 B2 C2
Transformateur
série
Transformateur
principal
A1 A2
B1
B2
C1
C2
79
Transformateurs spécifiques – Transformateur
déphaseur
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Un des plus gros
transformateurs déphaseur
en quadrature
Masse de transport 270 t
Masse sur site 1040 t
Puissance traversante
2750MVA
Les déphaseurs en quadrature permettent, pour de petits angles, une très
grosse puissance traversante mais ne garantissent pas un module de
tension de sortie constant à vide, celui-ci varie avec l’angle de déphasage
Document ALSTOM
80
Transformateurs spécifiques – Transformateur
déphaseur
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
A B C A1 B1 C1
A2 B2 C2
Transformateur
série
Transformateur
principal
(a) (b) (c)
a
c
b
a17 b17 c17
ax bx cx
a1 b1 c1
n
N
A
A2
Er
A1
α
U(a)(b)
Principe de réalisation du transformateur déphaseur en quadrature
Le déphasage s’obtient par extraction d’une partie de la tension simple
qui est injectée en quadrature (90o) sur une autre phase
81
Transformateurs spécifiques – Transformateur
déphaseur
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Ce type de déphaseur permet de garder le module de la tension de sortie à
vide constant quel que soit le réglage de l’angle de déphasage
Pragnères – France 225kV Puissance traversante 312MVA – ±2 x 21,4o
Document ALSTOM
Document ALSTOM
82
Transformateurs spécifiques – Transformateur
déphaseur
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Le transformateur déphaseur doit répondre à une norme spécifique qui vient
en complément des normes existantes, la CEI 62032
Quelques uns des paramètres complémentaires importants pour définir le
transformateur déphaseur sont rappelés ci-dessous :
Les dimensions, les interfaces et l’implantation
Les restrictions de transport, dimensions et masses indivisibles
La puissance traversante = tension entre phases x courant ligne x √3
La capacité de coupure du Changeur de Prises En Charge
L’impédance et le facteur de puissance
L’impédance pour les conditions extrêmes de fonctionnement
L’angle de phase
83
Transformateurs spécifiques – Transformateur
pour FACTS
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
P =
V1V2
X12
Sin (1 – 2)
Nous avons vu que la puissance active P transportée dans une ligne
électrique en CA est, comme le montre l’expression ci-dessous, fonction de
4 variables
 Réactance de ligne X12
 La tension au départ de ligne V1
 La tension à l’arrivée de ligne V2
 L’angle de phase de chacune des tensions 1 et 2
Nous allons intervenir cette fois-ci sur les tensions V1 et V2 avec un SVC
(Static Var Compensator ou Compensateur statique d’énergie réactive), une
impédance ajustable en continu, capacitive +V (Fournisseur) à inductive -V
(client)
84
Transformateurs spécifiques – Transformateur
pour FACTS
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Static Var Compensator (Compensateur statique d’énergie réactive)
Commutation rapide à l’aide de thyristors de batteries de condensateurs
complétée par un contrôle continu du courant à travers une inductance dans
l’air par modulation de l’angle de phase
Dispositif de compensation parallèle connecté en des points précis du
réseau
Leur topologie est basée sur des convertisseurs de courant (Thyristors)
Combine la complexité induite par les composantes continues avec des
niveaux élevés de courants nominaux et harmoniques.
85
Transformateurs spécifiques – Transformateur
pour FACTS
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
800MW
Variable
Load
800MW
Generatio
n
800MW
Variable Load
800MW
Generation
800MW
Charge variable
800MW
Centrale
800 km
400kV
Aucune charge 0MW
Surtension, effet Ferranti
Pleine charge: 800MW
Effondrement
Les Lignes non compensées ne peuvent pas transiter le maximum de
puissance
86
Transformateurs spécifiques – Transformateur
pour FACTS
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
0MW
800MW
400kV
800 km
800MW
Variable
Load
800MW
Generatio
n
800MW
Variable Load
800MW
Generation
SVC SVC 800MW
Charge variable
800MW
Centrale
Régulation dynamique du réseau par fourniture ou absorption de la
puissance réactive.
La capacité de la ligne est augmentée
87
Transformateurs spécifiques – Transformateur
pour FACTS
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
NGT Lovedean SVC -75/+150Mvar – 400kV
13kV
Transformateur pour SVC
400 kV
TSC
65MVAR
TSC
65MVAR
Filtre
20MVAR
TCR
95MVAR
88
Transformateurs spécifiques – Transformateur
pour FACTS
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
De 15 MVAR pour un système typique de 33 kV à plus de 300 MVAR à 275
kV, 400 kV ou plus, en fonction du réseau HT
NGT Lovedean SVC -75/+150Mvar – 400kV
Transformateur SVC
Document ALSTOM
89
Transformateurs spécifiques – Transformateur
pour FACTS
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
STACOM (STATique synchronous COMpensator)
Dispositif monté en parallèle qui agit comme un compensateur synchrone
mécanique mais sans inertie ni mouvement
Dispositif de compensation parallèle connecté en des points précis du
réseau
Leur topologie est basée sur des convertisseurs de tension
(IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistor)
Le contrôle de gachette utilise les principes de MLI
Temps de réponse quasi instantané
Bonne forme d’onde, minimisation des harmoniques et par conséquence
des filtres
90
Transformateurs spécifiques – Transformateur
pour FACTS
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
±150MVAR STATCOM pour Northeast
3 modules
7 modules
Forme de tension en
fonction
du nombre de modules
Transformateur
pour STATCOM
Filtres HF
IGBT Nombre de
modules par
bras de pont
Fréquence de découpage : 1 à 2 kHz
Le principe de base consiste à charger plus ou
moins un condensateur à un certain niveau de
tension par rapport au réseau
Soit supérieur, le STATCOM fournit du réactif au
réseau
Soit égal, il n’y a ni production ni absorption
Soit inférieur, le STATCOM absorbe du réactif
Le transformateur est pratiquement un transformateur standard
91
Transformateurs spécifiques – Transformateur
pour FACTS
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
±150MVAR STATCOM pour Northeast
Document ALSTOM
Document ALSTOM
92
Transformateurs spécifiques – Transformateur
pour applications industrielles spécifiques
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Transformateurs de conversion pour l’industrie
Large gamme d’applications spécifiques avec couplage dodécaphasé
Entrainement à vitesse variable ou système de conversion de fréquence
Grands bateaux
Laminoirs de l’industrie métallurgique
Sous-stations de pompage
Transformateurs de redresseurs pour l’électrolyse des métaux : aluminium,
cuivre, magnésium, ….
Forte intensité jusqu’à 122 kA avec teneur en harmoniques importante créée par les
thyristors ou les diodes
Multiplication des déphasages pour réduire les harmoniques
Plusieurs parties actives dans la même cuve
Vérifier les champs magnétiques des barres pour éviter les points chauds
93
Transformateurs spécifiques – Transformateur
pour applications industrielles spécifiques
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Transformateurs de conversion pour l’industrie
Schémas de couplage
Préparation à l’essai d’échauffement
150 MVA 132kV/2x1,33kV – 80kA CC
Document ALSTOM
3 parties actives dans la même cuve
48,7MVA 42,2kV/2x0,95kV – 37kA CC
Document ALSTOM
94
Transformateurs spécifiques – Transformateur
pour applications industrielles spécifiques
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Transformateurs pour four à arc
Contraintes mécaniques et thermiques élevées :
Courants BT très élevés, plusieurs kA
Surintensités fréquentes générées par les courts-circuits dans le four
HT BT
Courant important
80000A par exemple
Transfo
de
four
Four à
Arc CA
HT CA
CC
Four à
Arc CC
Transfo
de
four
Transfo
de
redresseur
95
Transformateurs spécifiques – Transformateur
pour applications industrielles spécifiques
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Transformateurs pour four à arc
Différents schémas de réglage possibles :
U1 U2 U1 U2
U2
U1
Transformateur
série
Transformateur
principal
96
Transformateurs spécifiques – Transformateur
pour applications industrielles spécifiques
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Transformateur de four à arc
265 MVA 34kV / 1,1kV à 1,683kV 139000A
Document ALSTOM
97
Transformateurs spécifiques – Transformateur
pour applications industrielles spécifiques
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Transformateur de four à arc
Transformateur monophasé 33,3 MVA 63/√3 kV / 0,192 kV à 1,8 kV
Puissance constante jusqu’à 1,104 kV
U2
U
3
=1050
V
I2
U4=+/-858V
BOOSTER
U5=+/-26800V
I
5
I
1
TRANSFORMATEUR
PRINCIPAL
U
1
=31500
V
A
Document ALSTOM
98
Transformateurs spécifiques – Transformateur
pour applications industrielles spécifiques
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Le transformateur de traction d’alimentation caténaire
Directement alimenté entre 2 phases d’un réseau triphasé 220kV ou 400kV
Le secondaire est constitué d’un enroulement 50kV à point milieu.
Alimente la caténaire et un câble aérien nommé feeder en 25kV chacun par
rapport au rail relié au point milieu et à la terre
50kV
+25kV
-25kV
0
Feeder Caténaire
t
U
+25kV
-25kV
0
HT 220kV ou 400kV
Feeder
Rail
Caténaire
U caténaire-feeder = 50kV
99
Transformateurs spécifiques – Transformateur
pour applications industrielles spécifiques
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Le transformateur de traction d’alimentation caténaire
A intervalles réguliers, un autotransformateur connecte
le rail, le feeder et la caténaire en 25kV.
Ptransportée entre le transformateur et l’autotransformateur s’effectue sous
50kV entre le feeder et la caténaire,
tandis que l’autotransformateur fournit la puissance au train sous 25kV.
Lorsque le train se situe entre 2 autotransformateurs, le courant
d’alimentation se divise entre chaque portion de caténaire.
Autotransformateurs
Transformateurs
Sous station
Caténaire
Feeder
HT
MT
Rail
100
Transformateurs spécifiques – Transformateur
pour applications industrielles spécifiques
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Le transformateur de traction 60 MVA, 220 kV / 2 x 25 kV
Ces transformateurs doivent résister
aux efforts mécaniques résultant :
des fluctuations de la charge
de la fréquence des courts-circuits
sur la caténaire
Le dimensionnement doit prendre en compte les harmoniques générés par
le dispositif de conversion embarqué
Document ALSTOM
101
Transformateurs spécifiques – Transformateur
avec isolation gaz SF6
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
La construction d’un transformateur isolé au gaz SF6 est la même que
celle d’un transformateur isolé à l’huile
minérale, à l’exception des matériaux
isolants et de l’agent de refroidissement,
toute la technologie acquise avec les
transformateurs immergés dans l’huile
peut-être utilisée pour la conception, la
fabrication et la maintenance des
transformateurs isolés au gaz (GIT)
Document Toshiba
102
Transformateurs spécifiques – Transformateur
avec isolation gaz SF6, vue interne
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
SF6
SF6
Turbine pour
Circulation gaz
CM BT HT
intérieure
MT
HT extérieure
HT Réglage
Eranchéité
GD
Document Toshiba
103
Transformateurs spécifiques – Transformateur
avec isolation gaz SF6
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Comparaison des éléments principaux entre les transformateurs au gaz
(GIT) et les transformateurs immergés dans l’huile.
Fonctionnalités Immergé dans l’huile Transformateur au gaz
Isolation / refroidissement Huile minérale
SF6 pression 0,14 Pa
ou 0,43 Pa à 20°C
Isolation solide
Papier imprégné d’huile
et carton
Film PET*, film PPS*,
papier aramide (Nomex)
et carton
Conservateur Nécessaire Pas nécessaire
CPEC commutateur
Contacts classiques, arc
dans l’huile
Ampoules sous vide
CPEC sélecteur Contacts glissants Contacts à rouleau
*Film PET = PolyEthylène Thermoplastique (polyester) Film PPS = PolyPhénylène Sulfide (condensateur)
104
Transformateurs spécifiques – Transformateur
avec isolation gaz SF6
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Comparaison des types de refroidissement GNAN
Radiateurs
Document Toshiba
Document Toshiba
Document Toshiba
105
Transformateurs spécifiques – Transformateur
avec isolation gaz SF6
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Comparaison des types de refroidissement GDAN
Radiateurs
Turbine pour
Circulation gaz
Document Toshiba
Document Toshiba
106
Transformateurs spécifiques – Transformateur
avec isolation gaz SF6
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Comparaison des types de refroidissement GDAF
Turbine pour
Circulation gaz
Ventilateurs
Document Toshiba
Document Toshiba
107
Transformateurs spécifiques – Transformateur
avec isolation gaz SF6
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Comparaison des types de refroidissement GDWF
Turbine pour
Circulation gaz
Hydroréfrigérant
Les avantages et les
inconvénients sont les mêmes
que pour les transformateurs
immergés dans l’huile minérale
utilisant ce type de
refroidissement.
Document Toshiba
108
Les paramètres complémentaires pour transformateurs spécifiques
Utilisation des transformateurs
Paramètres de dimensionnement du transformateur
Les essais des transformateurs
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Le transformateur : dimensionnement et essais
109
Les essais des transformateurs
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
3 Catégories d’essais
Les essais individuels
Les essais de type
Les essais spéciaux
3 Types d’essais
Les essais diélectriques
Les essais de performance
Les essais divers
Document ALSTOM
110
Essais diélectriques des transformateurs
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Surtension à
Fréquence industrielle
Décharges Partielles
Le choc de foudre
La Surtension
de manoeuvre
111
Essais de performances des transformateurs
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Bruit
Pertes
Rapport de
transformation
Échauffement
112
Essais de performance des transformateurs de
distribution enrobés
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Essais de comportement au feu conformément à la norme (essai F1)
Une bobine complète (MT+BT+circuit
magnétique) est placée dans une
cabine suivant CEI 332-3.
L’essai commence lorsque l’alcool
dans le bac (niveau initial de 40 mm)
est enflammé (durée 14 à 18 mn) et
lorsque le panneau radiant de 24 kW
est mis en service (durée de
fonctionnement 40 mn)
Evaluation des résultats
L’échauffement doit resté pendant toute la durée d’essai ≤ à 420°C.
Doit être ≤ à 140°C après 45 mn et être ≤ à 80°C après 60 mn
Aucune présence de composants non autorisés ne doit être détectée.
80°C
140°C
420°C
10 20 30 40 50 60
t en mn
Limite max de la Norme
113
Essais de performance des transformateurs de
distribution enrobés (essais d’environnement)
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Essai de condensation :
Humidité maintenue ≥ 93% par vaporisation continue d’eau salée
Dans les 5 mn après la fin de la vaporisation, le transformateur est soumis à un
essai de tension induite à 1,1 fois sa tension assignée pendant 15 mn, aucun
contournement, ni amorçage ne doit se produire.
Essai de condensation et d’humidité :
Le transformateur est immergé dans de l’eau salée à la température de l’air
ambiant pendant une période de 24 heures
Dans les 5 mn après sa sortie de l’eau, le transformateur est soumis à un essai
de tension induite à 1,1 fois sa tension assignée pendant 15 mn, aucun
contournement, ni amorçage ne doit se produire.
114
Les essais des transformateurs de distribution
enrobés (essais d’environnement)
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Essais de série, principe identique à ceux des transformateurs de puissance.
Essais diélectriques, principe identique à ceux des transformateurs de
puissance sauf mesure des décharges partielles
mesures des décharges partielles, critère d’acceptation : 20 pC à 1,10 Um
et 20 pC à 1,375 Un si Um ≤ 1,25 Un
Essai de type, principe identique à ceux des transformateurs de puissance.
Essai d’échauffement réalisé selon la méthode de mise en charge simulée.
On mesure les échauffements lors de deux essais :
L’un avec seulement les pertes à vide
L’autre avec seulement les pertes dues à la charge.
A partir de ces résultats, on en déduit l’échauffement global.
115
Les essais des transformateurs de distribution
immergés dans un diélectrique liquide
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Essais de série, principe identique à ceux des transformateurs de puissance,
seuls les essais de mesure Dps diffèrent :
30s
180s
1,5U
m
1,1U
m
30s
180s
1,5V
m
1,1V
m
La tension d’essai entre phases et terre doit suivre le cycle suivant :
les enroulements sont destinés à être raccordés
à des réseaux solidement mis à la terre, ou mis à
la terre par l’intermédiaire d’une impédance de
faible valeur, la tension d’essai entre phases doit suivre
le cycle ci-contre :
les enroulements sont destinés à être raccordés à des
réseaux isolés ou mis à la terre par l’intermédiaire d’une
impédance de forte valeur, la tension d’essai entre
phases doit suivre le cycle ci-contre :
Le niveau de décharge partielle doit être ≤ 20 Picocoulombs à 1,2 Um
si Um ≤ 1,25 Un
116
Les essais des transformateurs : Séquence des
essais transformateurs de puissance
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
La séquence d’essais est généralement la suivante pour
faciliter la préparation à la réalisation de chacun d’entre eux
Rapport de transformation, polarité et indice horaire
Mesure des résistances
Pertes à vide (si demandé, essai de bruit)
Pertes en charges et impédance
Impédance homopolaire si spécifiée
Essais diélectriques :
Tension appliquée
Surtension de manœuvre
Tension de choc
Tension induite avec décharges partielles
Essai d’échauffement si demandé
117
Les essais des transformateurs : Tension
appliquée
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Vérification de l’Isolation :
Fréquence :
Minimum de 80 % de la Fréquence
assignée
Durée de l’essai : 1 minute
Critère de Validité :
Pas de Variation de la Tension
d’Alimentation
Bobinage
HT
Bobinage
BT
N
H3
H1 Uessais
~
H2
118
Les essais des transformateurs : Surtension de
manoeuvre
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Tester l’Isolation aux surtensions liées aux opérations sur le
réseau avec une onde : 20 / 200 / 500 ms Polarité négative
Bobinage HT
Bobinage BT
N
H3
H2
H1
1,5 Uessais
Uessais
0,3
0,9
1
0
Td
T1
T0
T1: temps de front virtuel ≥ 100ms
Td : durée de la tension au dessus de 90% ≥ 200ms
T0 :durée jusqu’au passage à 0 ≥ 500ms
119
Les essais des transformateurs : Surtension de
manoeuvre
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Séquence de l’essai pour surtension de manoeuvre:
1 onde, niveau réduit
3 ondes, plein niveau
Critères d’acceptation de l’essai :
Absence de Différence Significative entre le niveau réduit et le plein niveau pour
le Courant et la Tension
Remarque :
Le transformateur se comporte comme un condensateur pour le front, la
répartition de tension est capacitive et ensuite, il se comporte comme une
inductance pour la queue, la répartition est inductive
Conséquence : Saturation du CM induisant des différences sur les
enregistrements des tensions et courants et une comparaison plus difficile
pour valider l’essai.
Nécessité de démagnétiser le CM par des ondes positives à niveau réduit
120
Les essais des transformateurs : Le choc de
foudre
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Tester l’isolation aux surtensions atmosphériques avec une onde :
1,2 / 50 s Polarité négative
Bobinage
HT
Bobinage
BT
N
H3
H2
H1
Uessais
1
0,9
0,5
0,3
0
T
T1 T2
Uessais
T1 = 1,67 T ms = durée du front
T1 = 1,2 ± 30% ms
T2= 50 ± 20% ms durée jusqu’à la mi-valeur
t
U
1
0,9
0,3
0,7
Tc
0,1 Upn
Tc = compris entre 2s et 6s
Uc onde coupée = 1,1 onde pleine
Upn < 30% Uc
121
Les essais des transformateurs : Le choc de
foudre
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Séquence de l’essai pour choc onde pleine :
1 onde pleine, niveau réduit
3 ondes pleines, plein niveau
Critères d’acceptation de l’essai :
Absence de Différence Significative entre le niveau réduit et
les ondes plein niveau pour le Courant et la Tension
Séquence de l’essai pour choc onde coupée :
1 onde pleine, niveau réduit
1 onde pleine, plein niveau
1 onde coupée, niveau réduit
2 ondes coupées, plein niveau
2 ondes pleines, plein niveau
Critères d’acceptation de l’essai :
Absence de différence significative entre le niveau réduit et
les ondes plein niveau pour le Courant et la Tension
Remarque :
Le transformateur se comporte comme un condensateur, la répartition de tension
est capacitive
Document ALSTOM
122
Les essais des transformateurs : Tension induite
à fréquence industrielle
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Normes Essai entre
Phase et terre
Essai entre
phases
CEI 60076-3
Isolation uniforme Um ≤ 72,5kV Transformateurs monophasés
X
CEI 60076-3
Isolation uniforme Um ≤ 72,5kV Transformateurs triphasés
X
CEI 60076-3
Isolation uniforme Um > 72,5kV Transformateurs monophasés
X
Avec mesure Dp
CEI 60076-3
Isolation uniforme Um > 72,5kV Transformateurs triphasés
X
Avec mesure Dp
CEI 60076-3
Isolation non uniforme Um > 72,5kV Transformateurs monophasés
X
Avec mesure Dp
CEI 60076-3
Isolation non uniforme Um > 72,5kV Transformateurs triphasés
X
Avec mesure Dp
X
Avec mesure Dp
Type d’essai en fonction de la tension max Um
123
Les essais des transformateurs : Tension induite
à fréquence industrielle
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
N
H3
H1
Uessais
H2
Uessais
~ ~
Bobinage
HT
Bobinage
BT
Vérification de l’isolation de l’extrémité
de ligne – (Essai phase – phase)
Vérification de l’isolation de l’extrémité
de ligne – (Essai phase – neutre)
N
H3
H1
Uessais
~
H2
2/3
U
e ~
124
Les essais des transformateurs : Tension induite
à fréquence industrielle
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
5mn
5mn 5mn
5mn
Durée
essai
U1 U1
U2 U2
Uessai
Séquence de l’essai si suivi Dp
Fréquence de l’essai :
150Hz à 500Hz mais généralement
compris entre 100Hz et 300Hz
Durée de l’essai :
6000 cycles à la fréquence allouée
120 x (fassignée / fessai) en sec > 15 sec
Critère de Validité :
Pas de Variation de la Tension
d’Alimentation
Si mesure Dp (Um > 72,5kV), niveau de
Dp conforme
Séquence de l’essai si pas de suivi Dp
Montée rapide à la tension d’essai
Maintien pendant la durée
correspondante
Descente rapide de la tension à 0
125
Les essais des transformateurs : Tension induite
à fréquence industrielle avec suivi Dps
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Vérification de l’Isolation Interne du Transformateur
Fréquence : 150 - 500 Hz
Critère de Validité : Niveau spécifié de Décharges Partielles
Mesureur de
Décharges Partielles
Étalonnage du circuit
Traversée
Filtrage
126
Les essais des transformateurs : Tension induite
à fréquence industrielle avec suivi Dps
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Critère de Validité en cas de suivi Dp :
Le bruit de fond des Dp < 100pC
Le niveau de Dp ne doit pas présenter de
tendance à la hausse continue
Essai entre phases
U1 = 1,1 Um et U2 = 1,3 Um
Dp < 300 pC pour U2
Essai entre phases et neutre
U1 = 1,1 Um/√3 et U2 = 1,3 Um/√3 ou
U2= 1,5 Um/√3
Dp < 300 pC pour U2= 1,3 Um/√3
Dp < 500 pC pour U2= 1,5 Um/√3
Le niveau de Dp à U1 < 100pC
Document ALSTOM
127
Les essais des transformateurs : Tension induite
à fréquence industrielle avec suivi Dps
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Quelques exemples de la base de données des défauts typiques
Potentiel flottant dans l’huile
Poche de gaz dans l’huile entre
plaques isolantes
Zone électrode HT dans l’air
128
Les essais des transformateurs : Essai
d’échauffement
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
But de l’essai d’échauffement, déterminer :
Echauffement maximum de l’huile
Echauffement moyen de l’huile
Echauffements moyen des enroulements
Température du point chaud de l’enroulement par
le calcul
Comparer les valeurs mesurées avec les valeurs
garanties
Séquence de l’essai
Mesure des résistances à Tambiante
Alimentation du transformateur avec les pertes
totales
Alimentation du transformateur au courant
assigné
Détermination des échauffements des
enroulements par les courbes de refroidissement
Analyse des gaz dissous avant et après
Préparation à l’essai d’échauffement
150 MVA 132kV/2x1,33kV – 80kA CC
Document ALSTOM
129
Les essais des transformateurs : Essai
d’échauffement
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
t

Essai avec Pertes totales Iassigné
Courbe de
refroidissement
8 à 10heures 1 heure 20 minutes
Cuivre
Fin de l’essai < 1K/heure sur 3 heures
130
Les essais des transformateurs : Essai
d’échauffement
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
x CEI 60076-2 §5-6
0,8 Transfo de distribution
0,9 ON..
1,0 OF.. ou OD..
Calcul du courant pour obtenir pertes totales : Iessai = Ia x
pertes totales
pertes en charge
Correction d’échauffement en fonction des pertes pendant l’essai
L’essai s’effectue à pertes constantes, lorsque le transformateur chauffe, le courant
baisse, on réajuste à la valeur,
la norme exige un essai avec pertes > 80% pertes totales
Tcorrigée = T mesurée x (
pertes totales
pertes de l’essai
)x
Correction d’échauffement en fonction du courant de l’essai
Tcorrigée = T mesurée x (
courant alloué
courant de l’essai
)y
L’échauffement des enroulements est déterminé par variation de résistance, cette
mesure ne peut-être effectuée qu’après 1 à 4mn, la résistance de l’enroulement est
mesurée en établissant une courbe de refroidissement avec des valeurs espacées de
30s à 1mn, ensuite extrapolation à la valeur 0
T = (235 + T0) x [(R-R0) / R0] + T0 - Ta
Examen des gaz dissous suivant la CEI 61181 de 2007
y CEI 60076-2 §5-6
1,6 ON.. ou OF..
2,0 OD..
Température sortie huile
vers les réfrigérants
Température entrée huile
dans le transformateur
131
Les essais des transformateurs : Essai
d’échauffement
@Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
Température huile haute
Ambiante
Echaufft moyen Huile
Echauffement moyen enroulement
Gr
Température Point Chaud
Température
Hauteur
d’enroulement
Echauffement haut Enroulement
Echauffement sortie huile
1,3G
r
Température huile haute (H/B)
Echauffement huile haute = Température huile haute – température ambiante)
Echaufft moyen Huile = Echauffement huile haute – ½ (H/B)
H/B = Echauffement sortie huile – Echauffement entrée huile
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  • 1. Imagination at work Transformateurs : Dimensionnement et essais GE Proprietary Information—ClassIII (Confidential) Export Controlled—U.S. Government approval is required prior to export from the U.S., re-export from a third country, or release to a foreign national wherever located.
  • 2. 2 Les paramètres complémentaires pour transformateurs spécifiques Utilisation des transformateurs Paramètres de dimensionnement du transformateur Les essais des transformateurs @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Le transformateur : dimensionnement et essais
  • 3. 3 Paramètres de dimensionnement d’un transformateur @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr UTILISATEUR Performances / Garanties Acheteur Coûts Matières / Main d’œuvre Constructeur GABARIT EMBALLAGES MASSE MOYENS de TRANSPORT TENSION PRIMAIRE FREQUENCE ISOLEMENTS LIGNE & NEUTRE TRANSPORT CONDITIONS D’INSTALLATION RESEAUX CONDITIONS CLIMATIQUES DU SITE NORMES ESSAIS & ESSAIS spéciaux Altitude Echauffements Protection surface Tenue sismique Equipements réfrigération raccordements Puissance et Surcharges Autotransformateur ou Transformateur Monophasé ou Triphasé Nombre d’enroulements et Tensions secondaires Garanties pertes à vide et en charge Ucc% marche en // Réglage en charge ou/et hors tension Couplages Interchangeabilité électrique et/ou mécanique
  • 4. 4 Normes CEI de dimensionnement d’un transformateur @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr 60076-1 Généralités 60076-2 Echauffement des transformateurs immergés dans le liquide 60076-3 Niveaux d’isolement, essais diélectriques et distances d’isolement dans l’air 60076-4 Guide pour les essais au choc de foudre et au choc de manœuvre 60076-5 Tenue au court circuit 60076-6 Bobines d’inductance 60076-7 Guide de charge pour transformateurs immergés dans l’huile 60076-8 Guide d’application 60076-9 Pas de publication 60076-10 Détermination des niveaux de bruit - Guide d’application 60076-11 Transformateurs de type sec 60076-12 Guide de charge pour transformateurs de puissance de type sec 60076-13 Transformateurs auto-protégés immergés dans un liquide diélectrique 60076-14 Conception et application des transformateurs immergés utilisant des matériaux hautes températures 60076-15 Transformateurs de puissance à isolation gazeuse
  • 5. 5 Normes CEI de dimensionnement d’un transformateur @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr 60076-16 Transformateurs pour applications éoliennes 60076-17 Pas de publication 60076-18 Mesure de la réponse en fréquence (FRA) 60076-19 Pas de publication 60076-20 Pas de publication 60076-21 Exigences des normes, terminologie et code d’essais pour régulateurs par crans de tension 61378-1 Transformateurs pour applications industrielles 61378-2 Transformateurs de conversion pour applications CCHT 61378-3 Transformateurs de conversion – Guide d’application 62032 Transformateurs déphaseurs – Guide d’applications, spécifications et essais 60214-1 Changeurs de prises en charge – Prescription de performance et méthode d’essais 60214-2 Changeurs de prises en charge – Guide d’applications
  • 6. 6 Dimensionnement d’un transformateur : @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Les moyens de calcul intègrent les caractéristiques des appareils déjà réalisés, leurs résultats d’essais, le retour d’expérience. Le dimensionnement va se dérouler dans l’ordre suivant : La puissance de l’appareil, les tensions HT et BT Le Circuit Magnétique Les enroulements principaux et annexes (tertiaires et réglage) Les isolements respectifs (les dimensions et les distances) La tension de court-circuit Les pertes La réfrigération
  • 7. 7 Dimensionnement d’un transformateur : puissance assignée @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Un transformateur fait transiter une puissance. Il ne produit pas d’énergie et ne consomme que ses propres pertes. Puissance apparente S = [(U² Ia² + U² Ir²) + U² (IH3² + IH5² +….+ IHn²)]0,5 S = ( P² + Q² + D² )0,5 La puissance qui transite dans un transformateur est donc la somme « vectorielle » de la puissance active, de la puissance réactive et de la puissance déformante P S Q D  P ξ
  • 8. 8 Dimensionnement d’un transformateur : @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Les moyens de calcul intègrent les caractéristiques des appareils déjà réalisés, leurs résultats d’essais, le retour d’expérience. Le Circuit Magnétique : SX = S0 (B0 / BX) (f0 / fX) [(PX / P0) (Ucc0 / UccX)]0,5 Les enroulements principaux et annexes (tertiaires et réglage) Le nombre de spires de chaque enroulement U √2 = BNS → V / spire = (U √2) / N = BS / √2 Les isolements respectifs (les dimensions et les distances) La tension de court-circuit Les pertes La réfrigération
  • 9. 9 Dimensionnement d’un transformateur : @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Rôle de l’enroulement tertiaire : Stabilisation des tensions simples sur charge déséquilibrée grâce au couplage triangle Suppression des harmoniques multiple de 3 lors du fonctionnement du transformateur à vide. Réduction de la réactance homopolaire (indispensable sur les transformateurs à flux libre – CM à 5 colonnes et cuirassé) Alimentation d’auxiliaires et/ou de compensation réactive
  • 10. 10 Dimensionnement d’un transformateur : cas particulier lié à la charge @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Les transformateurs destinés au turbine à gaz : La charge évolue avec la température ambiante Puissance en% Température ambiante moyenne en oC 120 140 100 80 -20 -10 10 20 30 40 0 Document ALSTOM
  • 11. 11 Dimensionnement d’un transformateur : monophasé ou triphasé @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Colis très gros en grande puissance Peut poser des problèmes de transport Gabarit Masse Exemple : Puissance triphasée 1000 MVA Colis plus petits Assemblage sur site des neutres et des triangles Permet des puissances de banc triphasé très grandes Exemple : Puissance triphasée 1650 MVA avec 3 monophasés de 550 MVA
  • 12. 12 Dimensionnement d’un transformateur : les tensions utilisées @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Les tensions sont fonction des réseaux Tension réseau la plus élevée (kV rms) Tension induite de courte durée ou tenue en tension source séparée CA (kV rms) Tenue en tension de choc (kV crête) < 24 50 125 36 70 170 52 95 250 72,5 140 325 123 230 550 145 275 650 170 325 750 245 395 950 362 510 1175 420 630 1425 550 680 1550 800 Non Applicable 1950
  • 13. 13 Dimensionnement d’un transformateur : les tensions utilisées @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Les tensions d’isolation du neutre Tension réseau la plus élevée (kV rms) Tension induite de courte durée ou tenue en tension source séparée CA (kV rms) Tenue en tension de choc (kV crête) 17,5 38 75 24 50 125 36 70 170 52 95 250 72,5 140 325 123 230 550 145 275 650 170 325 750
  • 14. 14 Dimensionnement d’un transformateur : Impédance de court-circuit @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr H e2 e e1 d1 d d2 HT BT Le facteur dominant pour faire varier Ucc% est le nombre de spires Ucc% est inversement proportionnelle à H et proportionnelle au diamètre moyen de manière plus faible. La distance d’isolement e a également un impact important et peut-être utilisée comme ajustement de Ucc% lorsque les autres paramètres restent fixes Ucc% = [(4π² N² I²) / Pmono.H] x [(e1.d1/3) + (e.d) + (e2.d2/3)]K10-7 K = 1 – (1 / 2H)[(e1+e2)/3 + e
  • 15. 15 Dimensionnement d’un transformateur : Impédance de court-circuit @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Les conséquences pratiques de la variation de Ucc% en faisant varier le nombre de spires En augmentant le nombre de spires les conséquences directes sont : La réduction de la section du CM La réduction des pertes fer Les pertes en charge augmentent La masse totale du transformateur diminue (le gain de masse sur le CM est plus important que l’augmentation de la masse de cuivre) On peut résumer les conséquence des variations de Ucc% en augmentant le nombre de spires par le tableau suivant Ucc% Pertes fer Pertes en charge Masse transfo
  • 16. 16 Dimensionnement d’un transformateur : Impédance de court-circuit @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Quelle valeur de Ucc% choisir? Plusieurs facteurs dictent le choix de l'impédance de court-circuit d'un transformateur : Les courants de court-circuit maximum admissibles La valeur de la chute de tension Ucc% La consommation de puissance réactive La Stabilité de transmission de puissance Les trois derniers facteurs conduisent à une valeur d'impédance de court-circuit faible, mais la nécessité de limiter le courant de court- circuit nous oriente vers le choix inverse La norme CEI nous propose des compromis qui essaient de satisfaire les différents besoins
  • 17. 17 Dimensionnement d’un transformateur : Impédance de court-circuit @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Tension de court-circuit Ucc% minimale précisée par la norme: Les valeurs de puissance nominale > 100 MVA sont généralement soumis à accord entre le constructeur et l'acheteur Puissance assignée en kVA Ucc minimale en % Jusqu’à 630 4,0 631 à 1250 5,0 1251 à 2500 6,0 2501 à 6300 7,0 6301 à 25000 8,0 25001 à 40000 10,0 40001 à 63000 11,0 63001 à 100000 12,5 > 100000 > 12,5
  • 18. 18 Dimensionnement d’un transformateur : ordre de grandeur de dimensionnement @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Evolution de la masse de transport en kg avec la puissance en MVA Masse en kg Puissance en MVA 300000 250000 200000 150000 100000 50000 50 Hz 60 Hz 100 200 300 400 500 600 700 0 0 Document ALSTOM
  • 19. 19 Dimensionnement d’un transformateur : ordre de grandeur de dimensionnement @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Evolution des dimensions de transport en mm avec la puissance en MVA Dimensions en mm Puissance en MVA 100 200 300 400 500 600 6000 0 2000 3000 4000 5000 1000 7000 8000 9000 Document ALSTOM
  • 20. 20 Dimensionnement d’un transformateur : ordre de grandeur de dimensionnement @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Evolution de la masse d’huile sur site en kg avec la puissance en MVA Puissance 100000 120000 80000 60000 40000 20000 50 Hz 60 Hz 100 200 300 400 500 600 700 0 0 140000 Masse en kg Puissance en MVA Document ALSTOM
  • 21. 21 Dimensionnement d’un transformateur : Quelques exemples de dimensions d’appareils @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Triphasé 240 MVA – 275kV / 110kV 50 Hz - ONAN/ODAF 7600 8600 12000
  • 22. 22 Dimensionnement d’un transformateur : Quelques exemples de dimensions d’appareils @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Triphasé 240 MVA – 275kV / 132kV 50 Hz - ONAN/ODAF 8400 10600 7800 16700
  • 23. 23 Dimensionnement d’un transformateur : Quelques exemples de dimensions d’appareils @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Triphasé 310 MVA – 230kV / 112kV - 60 Hz ODAF 13200 11700 8800
  • 24. 24 Le transformateur : dimensionnement et essais Les paramètres complémentaires pour transformateurs spécifiques Utilisation des transformateurs Paramètres de dimensionnement du transformateur Les essais des transformateurs @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr
  • 25. 25 La technologie adaptée aux différentes applications @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Partie(s) Active(s) immergée(s) dans une cuve avec conservateur et assécheur ou remplissage intégral hermétique Transfo sur train Transformateurs élévateurs, d’interconnexion et autotransformateurs Type de transfo Réactances Transfospéciaux pour applications réseaux Transfospéciaux pour applications industrielles Transformateurs Pour le ferroviaire Dispositif de monitoring CCHT Transfo déphaseur Transfo redresseur Transfo de four Transfo s/station 72,5 100 123 145 170 245 300 362 420 550 800 kV MVA 20 70 200 1000MVA 1 Ph 3 Ph E N P G
  • 26. 26 Les Transformateurs de centrale @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Générateur Transformateur élévateur Disjoncteur HT Disjoncteur De démarrage Transformateur de démarrage Transformateur auxiliaire Auxiliaires Barres Élément essentiel des centrales nucléaires, thermiques combinés ou centrales hydrauliques Le transformateur est directement connecté aux bornes de sortie du générateur, afin d‘élever la tension jusqu'à la tension du réseau HT La tension de l'enroulement BT est normalement comprise entre 11 et 30 kV pour correspondre à celle du générateur Les tensions HT peuvent aller jusqu'à 800 kV et dans certain cas jusqu’à 1200 kV
  • 27. 27 Les Transformateurs de centrale @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Transformateur triphasé 716 MVA 19kV/525kV Chine (Shajiao) Document ALSTOM
  • 28. 28 Les Transformateurs et autransformateurs d’interconnexion @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Triphasé ou monophasé suivant les contraintes de transport Choix, généralement d’un autotransformateur pour les rapports de transformation proches de 2 (lorsque le rapport de transformation se rapproche de 1, les avantages économiques disparaissent Généralement couplage Y - Y avec tertiaire triangle Le tertiaire peut-être utilisé pour alimenter les auxiliaires ou pour compenser l’énergie réactive
  • 29. 29 Les Transformateurs et autransformateurs d’interconnexion @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Autotransformateur pour la Chine 500 kV Document ALSTOM
  • 30. 30 Les Transformateurs et autransformateurs d’interconnexion @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Autotransformateur pour la France 400kV/225kV 600 MVA Document ALSTOM Document ALSTOM
  • 31. 31 Transformateurs spécifiques – Bobines d’inductance shunt @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Une ligne aérienne HT est inductive en charge et capacitive à vide ou à faible charge V1 V2C Ligne en charge V1 V2C
  • 32. 32 Transformateurs spécifiques – Bobines d’inductance shunt @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Une ligne aérienne HT est inductive en charge et capacitive à vide ou à faible charge V20 >> V2C V1 Ligne à vide V1 V20 >> V2C
  • 33. 33 Transformateurs spécifiques – Bobines d’inductance shunt @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Ligne après compensation par bobine d’inductance shunt V1 V2 ≈ V1 Ic Ic Ic Ic Ic V1 V2 ≈ V1 Une ligne aérienne HT est inductive en charge et capacitive à vide ou à faible charge
  • 34. 34 Transformateurs spécifiques – Bobines d’inductance shunt @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Une ligne aérienne HT est inductive en charge et capacitive à vide ou à faible charge Tension augmente Capacité de la ligne Q X X V C Tension diminue Présence inductance
  • 35. 35 Les bobines d’inductance shunt peuvent être monophasées ou triphasées pour moyenne et haute tension On trouve des bobines d’inductances shunt jusqu’à des tensions de 800 kV et des puissances de 250 MVAR en triphasé Les inductances shunt compensent la puissance réactive capacitive des câbles de transmission, en particulier dans les réseaux à faibles charges ou sans charge. Elles permettent d’améliorer la stabilité et l'efficacité de la transmission d'énergie. Les bobines d’inductance shunt peuvent être dans l’air sans noyau de fer Elles peuvent être dans l’huile, fabriquées en deux versions : Avec un noyau de fer divisé par des entrefers Sans noyau de fer, avec un manteau magnétique autour du bobinage. @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Transformateurs spécifiques – Bobines d’inductance shunt
  • 36. 36 Transformateurs spécifiques – Inductance shunt @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr La bobine d’inductance shunt peut-être dans l’air ou immergée avec une Caractéristique de fonctionnement de l’inductance en fonction du courant A Valeur théorique B Inductance avec blindage magnétique C Inductance à entrefer Un In A B C U I Il est important de préciser les limites de linéarité de l’inductance
  • 37. 37 @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr CM monophasé Document ALSTOM Bobines d’inductance shunt monophasées En MT et BT réalisées dans l’air sans noyau magnétique En MT et HT réalisées dans l’huile avec noyau magnétique divisé par des entrefers Transformateurs spécifiques – Bobines d’inductance shunt Document ALSTOM
  • 38. 38 @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr CM monophasé Document ALSTOM La colonne du noyau magnétique est constituée de tronçons empilés séparés par des entrefers Document ALSTOM Bobines d’inductance shunt monophasées En MT et BT réalisées dans l’air sans noyau magnétique En MT et HT réalisées dans l’huile avec noyau magnétique divisé par des entrefers Transformateurs spécifiques – Bobines d’inductance shunt Orientation des cristaux
  • 39. 39 @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Bobines d’inductance shunt monophasées, principe de serrage Transformateurs spécifiques – Bobines d’inductance shunt
  • 40. 40 @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Circuits Magnétiques de bobine d’inductance shunt monophasée Transformateurs spécifiques – Bobines d’inductance shunt Document ALSTOM Document ENPAY
  • 41. 41 @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Bobines d’inductance shunt monophasées Bobine d’inductance 110MVAr – 800kV Monophasée Transformateurs spécifiques – Bobines d’inductance shunt Document ALSTOM
  • 42. 42 @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Bobine d’inductance shunt triphasée, principe de serrage Transformateurs spécifiques – Bobines d’inductance shunt
  • 43. 43 @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Bobine d’inductance shunt triphasée, principe de serrage Transformateurs spécifiques – Bobines d’inductance shunt
  • 44. 44 @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Circuits Magnétiques Bobine d’inductance shunt triphasées Transformateurs spécifiques – Bobines d’inductance shunt
  • 45. 45 @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Transformateurs spécifiques – Bobines d’inductance shunt Bobines d’inductance shunt triphasées Document ALSTOM Les colonnes du circuit magnétique sont constituées de tronçons empilés séparés par des entrefers Document ALSTOM Document ENPAY Triphasé 3 colonnes avec 2 jambes de retour Triphasé 3 colonnes Document SIEMENS
  • 46. 46 @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Transformateurs spécifiques – Bobines d’inductance shunt Bobines d’inductance, tronçons de circuit magnétique et entrefers Documents ENPAY
  • 47. 47 @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Bobines d’inductance shunt triphasées Transformateurs spécifiques – Bobines d’inductance shunt Bobine d’inductance 183MVAr – 400kV Triphasée Document ALSTOM
  • 48. 48 @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Bobine d’inductance shunt triphasée, disposition en triangle Transformateurs spécifiques – Bobines d’inductance shunt Documents ENPAY
  • 49. 49 @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Transformateurs spécifiques – Bobines d’inductance shunt Document MITSUBISHI Document MITSUBISHI Bobine d’inductance shunt monophasée 50MVAR – 500kV / √3, type cuirassé
  • 50. 50 Transformateurs spécifiques – Bobine d’inductance shunt réglable en charge @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Sélecteur CPEC Inverseur Neutre Phase HT Enroulement de réglage Enroulement principal Document CHALMERS UNIVERSITY Le réglage de la bobine d’inductance shunt est assurée par un enroulement de réglage situé à l'extérieur de l'enroulement principal. Les conducteurs de chaque prise de l'enroulement de réglage sont reliés au changeur de prises en charge.
  • 51. 51 Transformateurs spécifiques – Bobine d’inductance shunt réglable en charge @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Le réglage de la bobine prend en compte le nombre de spires max. Le réglage de la bobine prend en compte le nombre de spires min. Phase VCom Vréglage grossier Vréglage fin + _ VRT K VCom Vréglage grossier Vréglage fin VRT Phase Phase VCom Vréglage grossier Vréglage fin + _ VR1 K VCom Vréglage grossier Vréglage fin Phase Document MR Pour une tension de 800kV/√3, le réglage de l’inductance est limité à 35-40% VR1
  • 52. 52 Transformateurs spécifiques – Bobine d’inductance shunt @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Exemple de caractéristiques pour une bobine d’inductance (Doc SIEMENS) Caractéristiques de la bobine d’inductance shunt Tension Phase/terre UR = 735kV/√3 Tension max Phase/terre Um = 800kV/√3 Puissance nominale Sr = 110MVAr Fréquence nominale 60 Hz Courant pour Sr 259,2 A Courant max à Um 282,1 A Inductance nominale L 4,3424H ± 2,5% Linéarité 150% Refroidissement ONAN Niveau d’isolement HT Tension réseau max 800kV Tension de choc (BIL) 1950kV Tension de choc onde coupée 2145kV Surtension de manœuvre 1550kV Tension induite Phase/terre (1h) 750kV Niveau d’isolement Neutre Tension de choc (BIL) 350kV Tension induite 140kV Données supplémentaires Contrôle du changeur de prises en charge Puissance réactive, position min de spires à 735(kV 110MVAr Document SIEMENS
  • 53. 53 Transformateurs spécifiques – Bobine d’inductance shunt réglable en charge @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Comparaison de la conception d’une réactance shunt fixe et variable Réactance, valeur fixe Réactance, valeur variable Rapport (variable/fixe) Ecart (variable/fixe) Masse totale 132 t 190 t 1,44 58 t Pertes toales à 85°C et Ur 188 kW 188 kW 1 0 Niveau de bruit 102dB(A) 102dB(A) 1 0 Longueur 3890 mm 5610 mm 1,44 1720 mm Largeur 3340 mm 3760 mm 1,13 420 mm Hauteur 4528 mm 4578 mm 1,01 50 mm Surface au sol 43,5 m² 58,3 m² 1,34 14,8 m² Document SIEMENS
  • 54. 54 Transformateurs spécifiques – Bobine d’inductance shunt réglable en charge @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Comparaison d’encombrement de la réactance shunt fixe et variable Document SIEMENS Document SIEMENS
  • 55. 55 Transformateurs spécifiques – Bobine d’inductance shunt réglable en charge @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Le réglage de la bobine d’inductance shunt permet de régler la compensation en fonction de la variation de charge. Le nombre de spires dans l'enroulement de réglage par prise est constant et, par conséquent, la quantité de puissance réactive varie avec chaque prise mais permet d’obtenir une variation étendue. 0 10 100 90 80 70 60 50 40 20 30 Puissance réactive en % 5 10 15 20 25 30 35 Position du régleur en charge Spires mini Spires maxi Réseau + _ 0 K Document MR 96,55% 40,95% 0
  • 56. 56 Transformateurs spécifiques – Bobine d’inductance shunt réglable en charge @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr La solution de réglage précédente limite la plage de compensation de puissance réactive en raison des limites admissibles des tensions par cran de tension. Pour réduire l’encombrement, MR propose avec 2 blocs insérables superposés et deux étages de prises paires et impaires sur le sélecteur qui oblige de réaliser 2 enroulements de réglage fin et deux enroulements de réglage grossier Spires mini Spires maxi Enroulement de réglage Puissance réactive en % Réseau Un sélecteur de prise pour deux enroulements de réglage Un bloc insérable avec deux commutateurs Document MR 5 10 15 20 25 30 35 0 0 10 100 90 80 70 60 50 40 20 30 93% 21% 0 0 + + _ _ K K
  • 57. 57 Transformateurs spécifiques – Bobine d’inductance shunt réglable en charge @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Le réglage de la bobine prend en compte le nombre de spires max. Le réglage de la bobine prend en compte le nombre de spires min. VR1 VRT VCom V1réglage grossier V2réglage grossier V1réglage fin V2réglage fin K K 0 0 _ _ + + Phase VR1 VRT VCom V1réglage grossier V1réglage fin V2réglage fin V2réglage grossier Phase VCom V1réglage grossier V1réglage fin V2réglage fin V2réglage grossier Distance isolement 0 0 + + Phase _ _ K K VCom V1réglage grossier V1réglage fin V2réglage fin V2réglage grossier Distance isolement Phase
  • 58. 58 Transformateurs spécifiques – Bobine d’inductance shunt réglable en charge @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Changeur de prises en charge permettant d’étendre la plage de réglage. Nécessite un changeur de prises en charge par phase 1 Bloc insérable en 2 étages superposés 2, 4 Enroulement de réglage et partie du sélecteur de prises où les prises se connectent 3, 5 Sélection de la position sur les extrémités des enroulements gros échelon Document MR
  • 59. 59 Transformateurs spécifiques – Bobine d’inductance shunt réglable en charge @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Un changeur de prises en charge triphasé ou monophasé classique permet d’obtenir les plages de réglage suivantes : En 420 kV, on obtient une plage de réglage d’environ 50 % En 800 kV: on obtient une plage de réglage d’environ 30 % Le principe de ce nouveau type de changeur de prises en charge permet d’étendre la plage de réglage comme indiqué dans le tableau ci-dessous Tension Um Plage de réglage ≤ 110 kV 90 % 220 kV 85 % 420 kV 80 % 550 kV 70 % 800 kV 50 %
  • 60. 60 Transformateurs spécifiques – Bobine d’inductance shunt réglable en charge @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Si on veut une quantité de puissance réactive constante pour chaque prise, le nombre de spires de chaque prise de l'enroulement de réglage doit être différent Si le nombre de spires par prise varie, on ne peut plus réaliser un réglage avec un enroulement grossier-fin ni avec un enroulement inverseur car chaque prise de l'enroulement fin est utilisé deux fois sur toute la plage de réglage. Dans ces conditions, on est limité par le nombre de positions du sélecteur Puissance réactive en % Spires mini Spires maxi Position du réglage Réseau Document MR 0 10 100 90 80 70 60 50 40 20 30 0 3 6 9 12 15 18 98% 68% 66%
  • 61. 61 @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Limite le courant de défaut en cas de court-circuit sur le réseau Peut permettre le contrôle de la charge sur le réseau Peut-être monophasée ou triphasée Peut être réalisée à sec ou immergée dans l’huile, sans CM, avec blindage cuivre ou aluminium, avec entrefers. Sans inductance série, le courant n’est limité que par Zréseau Avec inductance série, le courant est limité par Zréseau + Zinductance série Transformateurs spécifiques – Bobines d’inductance série
  • 62. 62 @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Bobines d’inductance série triphasées MT à manteau magnétique Transformateurs spécifiques – Bobines d’inductance série Document ABB
  • 63. 63 @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Puissance traversante 1850 MVA – 400kV Document ALSTOM Document ALSTOM Transformateurs spécifiques – Bobines d’inductance série
  • 64. 64 Transformateurs spécifiques - Transformateurs pour CCHT @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr ~1000km Zaabal/Suez Madinah 3000MW, ±500kV Extrémités d’une ligne CCHT ~ F F F F F F F F +500kV -500kV ~ F F F F F F F F 3000MW Transformateur de conversion CA CA
  • 65. 65 Transformateurs spécifiques - Transformateurs pour CCHT @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Assure l’isolement galvanique entre le Courant Continu et le Courant Alternatif Fournit la bonne valeur de tension aux convertisseurs Maintient une tension aux convertisseurs constante grâce à la présence des changeurs de prises en charge Assure une impédance de limitation de courant en cas d’incident Fournit un décalage angulaire entre secondaire pour réduire les harmoniques + 0 Filtre Rôle du transformateur de conversion
  • 66. 66 Transformateurs spécifiques - Transformateurs pour CCHT @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr 1 x 1 triphasé / 3 enroulements Masse*= 360% 6 x 1 monophasé / 2 enroulements Masse* = 100% 2 x 1 triphasé / 2 enroulements Masse*= 200% 3 x 1 monophasé / 3 enroulements Masse*= 160% * Comparaison relative pour un transformateur
  • 67. 67 Transformateurs spécifiques - Transformateurs pour CCHT @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Le montage des transformateurs de conversion CCHT a une très grande influence sur les dimensions et le coût de la salle des valves. Chaque transformateur doit avoir ses murs coupe-feu et son espace maintenance. SALLE des VALVES 1 x 3 Ph 3 Enrlts 2 x 3 Ph 2 Enrlts 3 x 1 Ph 3 Enrlts 6 x 1 Ph 2 Enrlts Y Y Y    Y  + Y  + Y  + Y  + Y 
  • 68. 68 Transformateurs spécifiques - Transformateurs pour CCHT @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Le transformateur de conversion doit répondre à une norme spécifique qui vient en complément des normes existantes, la norme CEI 60378-2 Les paramètres complémentaires nécessaires pour définir le transformateur sont : Les dimensions, les interfaces et l’implantation de la salle des valves. Les restrictions de transport, dimensions et masse indivisibles. Le type de schéma de transmission en CCHT. Les limites des niveaux de bruit à vide et/ou en charge La tension de court-circuit et la tolérance entre enroulements de conversion Les niveaux de tolérance sur les tensions de court-circuit de toutes les prises (généralement différents de la norme internationale) Le détail des harmoniques du courant pour s’assurer que le transformateur est convenablement dimensionné (impact sur le choix des conducteurs)
  • 69. 69 Transformateurs spécifiques - Transformateurs pour CCHT @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Transformateur de conversion pour Chandrapur Inde Document ALSTOM
  • 70. 70 Transformateurs spécifiques - Transformateurs pour CCHT @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Transformateur triphasé 310 MVA – 500kV
  • 71. 71 Transformateurs spécifiques - Transformateurs pour CCHT @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr IFA2000 Transformateur monophasé 2 x 103MVA 270kV CC Document ALSTOM
  • 72. 72 Transformateurs spécifiques – Inductance de lissage pour CCHT @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Schéma classique dodécaphasé F F F F ~ ~ Transformateur de conversion Inductance de lissage Ligne CC Banc de filtres commutables Ponts de Thyristors F F F F Filtres CC + _ Vcc Banc de filtres commutables CA CA
  • 73. 73 Transformateurs spécifiques – Inductance de lissage pour CCHT @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Les inductances de lissage sont insérées en série sur la ligne CC et ont 2 fonctions principales : Réduire le taux d’ondulation en présentant une impédance élevée à la circulation du courant Réduire la vitesse de montée du courant dans le cas d’un court-circuit sur le réseau CC Les inductances de lissage peuvent être dans l’air ou immergée dans l’huile
  • 74. 74 Transformateurs spécifiques – Inductance de lissage pour CCHT @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Document ALSTOM
  • 75. 75 Transformateurs spécifiques – Transformateur déphaseur @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr P = V1V2 X12 Sin (1 – 2) La puissance active Ptransportée dans une ligne électrique en CA est, comme le montre l’expression ci-dessous, fonction de 4 variables Réactance de ligne X12 La tension au départ de ligne V1 La tension à l’arrivée de ligne V2 L’angle de phase de chacune des tensions 1 et 2 Nous allons utiliser un transformateur déphaseur pour faire varier ce transit de puissance en intervenant sur l’angle de phase  = 1 – 2
  • 76. 76 Transformateurs spécifiques – Transformateur déphaseur @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr X12 X2 Fonctionnement sans transformateur déphaseur Fonctionnement avec transformateur déphaseur V1 V1 V2 V2 X12> X2 Impossible d’afficher l’image. X2 X12 P2 P1 P1 P2 I1 I1 I2 I2 La puissance transite par le chemin de moindre impédance Action du transformateur déphaseur TD P = V1V2 X12 Sin [(1 – 2) + ] TD
  • 77. 77 Transformateurs spécifiques – Transformateur déphaseur @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr   0 0 P1 P1 P2 P2 P P -   12 ’ Variation des puissances en présence du transformateur déphaseur Fonctionnement sans transformateur déphaseur Fonctionnement avec transformateur déphaseur
  • 78. 78 Transformateurs spécifiques – Transformateur déphaseur @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Principe de réalisation du transformateur déphaseur en quadrature Le déphasage s’obtient par extraction d’une partie de la tension simple qui est injectée en quadrature (90o) sur une autre phase A1 B1 C1 A1 B1 C1 A2 B2 C2 Transformateur série Transformateur principal A1 A2 B1 B2 C1 C2
  • 79. 79 Transformateurs spécifiques – Transformateur déphaseur @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Un des plus gros transformateurs déphaseur en quadrature Masse de transport 270 t Masse sur site 1040 t Puissance traversante 2750MVA Les déphaseurs en quadrature permettent, pour de petits angles, une très grosse puissance traversante mais ne garantissent pas un module de tension de sortie constant à vide, celui-ci varie avec l’angle de déphasage Document ALSTOM
  • 80. 80 Transformateurs spécifiques – Transformateur déphaseur @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr A B C A1 B1 C1 A2 B2 C2 Transformateur série Transformateur principal (a) (b) (c) a c b a17 b17 c17 ax bx cx a1 b1 c1 n N A A2 Er A1 α U(a)(b) Principe de réalisation du transformateur déphaseur en quadrature Le déphasage s’obtient par extraction d’une partie de la tension simple qui est injectée en quadrature (90o) sur une autre phase
  • 81. 81 Transformateurs spécifiques – Transformateur déphaseur @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Ce type de déphaseur permet de garder le module de la tension de sortie à vide constant quel que soit le réglage de l’angle de déphasage Pragnères – France 225kV Puissance traversante 312MVA – ±2 x 21,4o Document ALSTOM Document ALSTOM
  • 82. 82 Transformateurs spécifiques – Transformateur déphaseur @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Le transformateur déphaseur doit répondre à une norme spécifique qui vient en complément des normes existantes, la CEI 62032 Quelques uns des paramètres complémentaires importants pour définir le transformateur déphaseur sont rappelés ci-dessous : Les dimensions, les interfaces et l’implantation Les restrictions de transport, dimensions et masses indivisibles La puissance traversante = tension entre phases x courant ligne x √3 La capacité de coupure du Changeur de Prises En Charge L’impédance et le facteur de puissance L’impédance pour les conditions extrêmes de fonctionnement L’angle de phase
  • 83. 83 Transformateurs spécifiques – Transformateur pour FACTS @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr P = V1V2 X12 Sin (1 – 2) Nous avons vu que la puissance active P transportée dans une ligne électrique en CA est, comme le montre l’expression ci-dessous, fonction de 4 variables  Réactance de ligne X12  La tension au départ de ligne V1  La tension à l’arrivée de ligne V2  L’angle de phase de chacune des tensions 1 et 2 Nous allons intervenir cette fois-ci sur les tensions V1 et V2 avec un SVC (Static Var Compensator ou Compensateur statique d’énergie réactive), une impédance ajustable en continu, capacitive +V (Fournisseur) à inductive -V (client)
  • 84. 84 Transformateurs spécifiques – Transformateur pour FACTS @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Static Var Compensator (Compensateur statique d’énergie réactive) Commutation rapide à l’aide de thyristors de batteries de condensateurs complétée par un contrôle continu du courant à travers une inductance dans l’air par modulation de l’angle de phase Dispositif de compensation parallèle connecté en des points précis du réseau Leur topologie est basée sur des convertisseurs de courant (Thyristors) Combine la complexité induite par les composantes continues avec des niveaux élevés de courants nominaux et harmoniques.
  • 85. 85 Transformateurs spécifiques – Transformateur pour FACTS @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr 800MW Variable Load 800MW Generatio n 800MW Variable Load 800MW Generation 800MW Charge variable 800MW Centrale 800 km 400kV Aucune charge 0MW Surtension, effet Ferranti Pleine charge: 800MW Effondrement Les Lignes non compensées ne peuvent pas transiter le maximum de puissance
  • 86. 86 Transformateurs spécifiques – Transformateur pour FACTS @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr 0MW 800MW 400kV 800 km 800MW Variable Load 800MW Generatio n 800MW Variable Load 800MW Generation SVC SVC 800MW Charge variable 800MW Centrale Régulation dynamique du réseau par fourniture ou absorption de la puissance réactive. La capacité de la ligne est augmentée
  • 87. 87 Transformateurs spécifiques – Transformateur pour FACTS @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr NGT Lovedean SVC -75/+150Mvar – 400kV 13kV Transformateur pour SVC 400 kV TSC 65MVAR TSC 65MVAR Filtre 20MVAR TCR 95MVAR
  • 88. 88 Transformateurs spécifiques – Transformateur pour FACTS @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr De 15 MVAR pour un système typique de 33 kV à plus de 300 MVAR à 275 kV, 400 kV ou plus, en fonction du réseau HT NGT Lovedean SVC -75/+150Mvar – 400kV Transformateur SVC Document ALSTOM
  • 89. 89 Transformateurs spécifiques – Transformateur pour FACTS @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr STACOM (STATique synchronous COMpensator) Dispositif monté en parallèle qui agit comme un compensateur synchrone mécanique mais sans inertie ni mouvement Dispositif de compensation parallèle connecté en des points précis du réseau Leur topologie est basée sur des convertisseurs de tension (IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistor) Le contrôle de gachette utilise les principes de MLI Temps de réponse quasi instantané Bonne forme d’onde, minimisation des harmoniques et par conséquence des filtres
  • 90. 90 Transformateurs spécifiques – Transformateur pour FACTS @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr ±150MVAR STATCOM pour Northeast 3 modules 7 modules Forme de tension en fonction du nombre de modules Transformateur pour STATCOM Filtres HF IGBT Nombre de modules par bras de pont Fréquence de découpage : 1 à 2 kHz Le principe de base consiste à charger plus ou moins un condensateur à un certain niveau de tension par rapport au réseau Soit supérieur, le STATCOM fournit du réactif au réseau Soit égal, il n’y a ni production ni absorption Soit inférieur, le STATCOM absorbe du réactif Le transformateur est pratiquement un transformateur standard
  • 91. 91 Transformateurs spécifiques – Transformateur pour FACTS @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr ±150MVAR STATCOM pour Northeast Document ALSTOM Document ALSTOM
  • 92. 92 Transformateurs spécifiques – Transformateur pour applications industrielles spécifiques @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Transformateurs de conversion pour l’industrie Large gamme d’applications spécifiques avec couplage dodécaphasé Entrainement à vitesse variable ou système de conversion de fréquence Grands bateaux Laminoirs de l’industrie métallurgique Sous-stations de pompage Transformateurs de redresseurs pour l’électrolyse des métaux : aluminium, cuivre, magnésium, …. Forte intensité jusqu’à 122 kA avec teneur en harmoniques importante créée par les thyristors ou les diodes Multiplication des déphasages pour réduire les harmoniques Plusieurs parties actives dans la même cuve Vérifier les champs magnétiques des barres pour éviter les points chauds
  • 93. 93 Transformateurs spécifiques – Transformateur pour applications industrielles spécifiques @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Transformateurs de conversion pour l’industrie Schémas de couplage Préparation à l’essai d’échauffement 150 MVA 132kV/2x1,33kV – 80kA CC Document ALSTOM 3 parties actives dans la même cuve 48,7MVA 42,2kV/2x0,95kV – 37kA CC Document ALSTOM
  • 94. 94 Transformateurs spécifiques – Transformateur pour applications industrielles spécifiques @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Transformateurs pour four à arc Contraintes mécaniques et thermiques élevées : Courants BT très élevés, plusieurs kA Surintensités fréquentes générées par les courts-circuits dans le four HT BT Courant important 80000A par exemple Transfo de four Four à Arc CA HT CA CC Four à Arc CC Transfo de four Transfo de redresseur
  • 95. 95 Transformateurs spécifiques – Transformateur pour applications industrielles spécifiques @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Transformateurs pour four à arc Différents schémas de réglage possibles : U1 U2 U1 U2 U2 U1 Transformateur série Transformateur principal
  • 96. 96 Transformateurs spécifiques – Transformateur pour applications industrielles spécifiques @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Transformateur de four à arc 265 MVA 34kV / 1,1kV à 1,683kV 139000A Document ALSTOM
  • 97. 97 Transformateurs spécifiques – Transformateur pour applications industrielles spécifiques @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Transformateur de four à arc Transformateur monophasé 33,3 MVA 63/√3 kV / 0,192 kV à 1,8 kV Puissance constante jusqu’à 1,104 kV U2 U 3 =1050 V I2 U4=+/-858V BOOSTER U5=+/-26800V I 5 I 1 TRANSFORMATEUR PRINCIPAL U 1 =31500 V A Document ALSTOM
  • 98. 98 Transformateurs spécifiques – Transformateur pour applications industrielles spécifiques @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Le transformateur de traction d’alimentation caténaire Directement alimenté entre 2 phases d’un réseau triphasé 220kV ou 400kV Le secondaire est constitué d’un enroulement 50kV à point milieu. Alimente la caténaire et un câble aérien nommé feeder en 25kV chacun par rapport au rail relié au point milieu et à la terre 50kV +25kV -25kV 0 Feeder Caténaire t U +25kV -25kV 0 HT 220kV ou 400kV Feeder Rail Caténaire U caténaire-feeder = 50kV
  • 99. 99 Transformateurs spécifiques – Transformateur pour applications industrielles spécifiques @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Le transformateur de traction d’alimentation caténaire A intervalles réguliers, un autotransformateur connecte le rail, le feeder et la caténaire en 25kV. Ptransportée entre le transformateur et l’autotransformateur s’effectue sous 50kV entre le feeder et la caténaire, tandis que l’autotransformateur fournit la puissance au train sous 25kV. Lorsque le train se situe entre 2 autotransformateurs, le courant d’alimentation se divise entre chaque portion de caténaire. Autotransformateurs Transformateurs Sous station Caténaire Feeder HT MT Rail
  • 100. 100 Transformateurs spécifiques – Transformateur pour applications industrielles spécifiques @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Le transformateur de traction 60 MVA, 220 kV / 2 x 25 kV Ces transformateurs doivent résister aux efforts mécaniques résultant : des fluctuations de la charge de la fréquence des courts-circuits sur la caténaire Le dimensionnement doit prendre en compte les harmoniques générés par le dispositif de conversion embarqué Document ALSTOM
  • 101. 101 Transformateurs spécifiques – Transformateur avec isolation gaz SF6 @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr La construction d’un transformateur isolé au gaz SF6 est la même que celle d’un transformateur isolé à l’huile minérale, à l’exception des matériaux isolants et de l’agent de refroidissement, toute la technologie acquise avec les transformateurs immergés dans l’huile peut-être utilisée pour la conception, la fabrication et la maintenance des transformateurs isolés au gaz (GIT) Document Toshiba
  • 102. 102 Transformateurs spécifiques – Transformateur avec isolation gaz SF6, vue interne @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr SF6 SF6 Turbine pour Circulation gaz CM BT HT intérieure MT HT extérieure HT Réglage Eranchéité GD Document Toshiba
  • 103. 103 Transformateurs spécifiques – Transformateur avec isolation gaz SF6 @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Comparaison des éléments principaux entre les transformateurs au gaz (GIT) et les transformateurs immergés dans l’huile. Fonctionnalités Immergé dans l’huile Transformateur au gaz Isolation / refroidissement Huile minérale SF6 pression 0,14 Pa ou 0,43 Pa à 20°C Isolation solide Papier imprégné d’huile et carton Film PET*, film PPS*, papier aramide (Nomex) et carton Conservateur Nécessaire Pas nécessaire CPEC commutateur Contacts classiques, arc dans l’huile Ampoules sous vide CPEC sélecteur Contacts glissants Contacts à rouleau *Film PET = PolyEthylène Thermoplastique (polyester) Film PPS = PolyPhénylène Sulfide (condensateur)
  • 104. 104 Transformateurs spécifiques – Transformateur avec isolation gaz SF6 @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Comparaison des types de refroidissement GNAN Radiateurs Document Toshiba Document Toshiba Document Toshiba
  • 105. 105 Transformateurs spécifiques – Transformateur avec isolation gaz SF6 @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Comparaison des types de refroidissement GDAN Radiateurs Turbine pour Circulation gaz Document Toshiba Document Toshiba
  • 106. 106 Transformateurs spécifiques – Transformateur avec isolation gaz SF6 @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Comparaison des types de refroidissement GDAF Turbine pour Circulation gaz Ventilateurs Document Toshiba Document Toshiba
  • 107. 107 Transformateurs spécifiques – Transformateur avec isolation gaz SF6 @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Comparaison des types de refroidissement GDWF Turbine pour Circulation gaz Hydroréfrigérant Les avantages et les inconvénients sont les mêmes que pour les transformateurs immergés dans l’huile minérale utilisant ce type de refroidissement. Document Toshiba
  • 108. 108 Les paramètres complémentaires pour transformateurs spécifiques Utilisation des transformateurs Paramètres de dimensionnement du transformateur Les essais des transformateurs @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Le transformateur : dimensionnement et essais
  • 109. 109 Les essais des transformateurs @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr 3 Catégories d’essais Les essais individuels Les essais de type Les essais spéciaux 3 Types d’essais Les essais diélectriques Les essais de performance Les essais divers Document ALSTOM
  • 110. 110 Essais diélectriques des transformateurs @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Surtension à Fréquence industrielle Décharges Partielles Le choc de foudre La Surtension de manoeuvre
  • 111. 111 Essais de performances des transformateurs @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Bruit Pertes Rapport de transformation Échauffement
  • 112. 112 Essais de performance des transformateurs de distribution enrobés @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Essais de comportement au feu conformément à la norme (essai F1) Une bobine complète (MT+BT+circuit magnétique) est placée dans une cabine suivant CEI 332-3. L’essai commence lorsque l’alcool dans le bac (niveau initial de 40 mm) est enflammé (durée 14 à 18 mn) et lorsque le panneau radiant de 24 kW est mis en service (durée de fonctionnement 40 mn) Evaluation des résultats L’échauffement doit resté pendant toute la durée d’essai ≤ à 420°C. Doit être ≤ à 140°C après 45 mn et être ≤ à 80°C après 60 mn Aucune présence de composants non autorisés ne doit être détectée. 80°C 140°C 420°C 10 20 30 40 50 60 t en mn Limite max de la Norme
  • 113. 113 Essais de performance des transformateurs de distribution enrobés (essais d’environnement) @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Essai de condensation : Humidité maintenue ≥ 93% par vaporisation continue d’eau salée Dans les 5 mn après la fin de la vaporisation, le transformateur est soumis à un essai de tension induite à 1,1 fois sa tension assignée pendant 15 mn, aucun contournement, ni amorçage ne doit se produire. Essai de condensation et d’humidité : Le transformateur est immergé dans de l’eau salée à la température de l’air ambiant pendant une période de 24 heures Dans les 5 mn après sa sortie de l’eau, le transformateur est soumis à un essai de tension induite à 1,1 fois sa tension assignée pendant 15 mn, aucun contournement, ni amorçage ne doit se produire.
  • 114. 114 Les essais des transformateurs de distribution enrobés (essais d’environnement) @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Essais de série, principe identique à ceux des transformateurs de puissance. Essais diélectriques, principe identique à ceux des transformateurs de puissance sauf mesure des décharges partielles mesures des décharges partielles, critère d’acceptation : 20 pC à 1,10 Um et 20 pC à 1,375 Un si Um ≤ 1,25 Un Essai de type, principe identique à ceux des transformateurs de puissance. Essai d’échauffement réalisé selon la méthode de mise en charge simulée. On mesure les échauffements lors de deux essais : L’un avec seulement les pertes à vide L’autre avec seulement les pertes dues à la charge. A partir de ces résultats, on en déduit l’échauffement global.
  • 115. 115 Les essais des transformateurs de distribution immergés dans un diélectrique liquide @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Essais de série, principe identique à ceux des transformateurs de puissance, seuls les essais de mesure Dps diffèrent : 30s 180s 1,5U m 1,1U m 30s 180s 1,5V m 1,1V m La tension d’essai entre phases et terre doit suivre le cycle suivant : les enroulements sont destinés à être raccordés à des réseaux solidement mis à la terre, ou mis à la terre par l’intermédiaire d’une impédance de faible valeur, la tension d’essai entre phases doit suivre le cycle ci-contre : les enroulements sont destinés à être raccordés à des réseaux isolés ou mis à la terre par l’intermédiaire d’une impédance de forte valeur, la tension d’essai entre phases doit suivre le cycle ci-contre : Le niveau de décharge partielle doit être ≤ 20 Picocoulombs à 1,2 Um si Um ≤ 1,25 Un
  • 116. 116 Les essais des transformateurs : Séquence des essais transformateurs de puissance @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr La séquence d’essais est généralement la suivante pour faciliter la préparation à la réalisation de chacun d’entre eux Rapport de transformation, polarité et indice horaire Mesure des résistances Pertes à vide (si demandé, essai de bruit) Pertes en charges et impédance Impédance homopolaire si spécifiée Essais diélectriques : Tension appliquée Surtension de manœuvre Tension de choc Tension induite avec décharges partielles Essai d’échauffement si demandé
  • 117. 117 Les essais des transformateurs : Tension appliquée @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Vérification de l’Isolation : Fréquence : Minimum de 80 % de la Fréquence assignée Durée de l’essai : 1 minute Critère de Validité : Pas de Variation de la Tension d’Alimentation Bobinage HT Bobinage BT N H3 H1 Uessais ~ H2
  • 118. 118 Les essais des transformateurs : Surtension de manoeuvre @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Tester l’Isolation aux surtensions liées aux opérations sur le réseau avec une onde : 20 / 200 / 500 ms Polarité négative Bobinage HT Bobinage BT N H3 H2 H1 1,5 Uessais Uessais 0,3 0,9 1 0 Td T1 T0 T1: temps de front virtuel ≥ 100ms Td : durée de la tension au dessus de 90% ≥ 200ms T0 :durée jusqu’au passage à 0 ≥ 500ms
  • 119. 119 Les essais des transformateurs : Surtension de manoeuvre @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Séquence de l’essai pour surtension de manoeuvre: 1 onde, niveau réduit 3 ondes, plein niveau Critères d’acceptation de l’essai : Absence de Différence Significative entre le niveau réduit et le plein niveau pour le Courant et la Tension Remarque : Le transformateur se comporte comme un condensateur pour le front, la répartition de tension est capacitive et ensuite, il se comporte comme une inductance pour la queue, la répartition est inductive Conséquence : Saturation du CM induisant des différences sur les enregistrements des tensions et courants et une comparaison plus difficile pour valider l’essai. Nécessité de démagnétiser le CM par des ondes positives à niveau réduit
  • 120. 120 Les essais des transformateurs : Le choc de foudre @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Tester l’isolation aux surtensions atmosphériques avec une onde : 1,2 / 50 s Polarité négative Bobinage HT Bobinage BT N H3 H2 H1 Uessais 1 0,9 0,5 0,3 0 T T1 T2 Uessais T1 = 1,67 T ms = durée du front T1 = 1,2 ± 30% ms T2= 50 ± 20% ms durée jusqu’à la mi-valeur t U 1 0,9 0,3 0,7 Tc 0,1 Upn Tc = compris entre 2s et 6s Uc onde coupée = 1,1 onde pleine Upn < 30% Uc
  • 121. 121 Les essais des transformateurs : Le choc de foudre @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Séquence de l’essai pour choc onde pleine : 1 onde pleine, niveau réduit 3 ondes pleines, plein niveau Critères d’acceptation de l’essai : Absence de Différence Significative entre le niveau réduit et les ondes plein niveau pour le Courant et la Tension Séquence de l’essai pour choc onde coupée : 1 onde pleine, niveau réduit 1 onde pleine, plein niveau 1 onde coupée, niveau réduit 2 ondes coupées, plein niveau 2 ondes pleines, plein niveau Critères d’acceptation de l’essai : Absence de différence significative entre le niveau réduit et les ondes plein niveau pour le Courant et la Tension Remarque : Le transformateur se comporte comme un condensateur, la répartition de tension est capacitive Document ALSTOM
  • 122. 122 Les essais des transformateurs : Tension induite à fréquence industrielle @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Normes Essai entre Phase et terre Essai entre phases CEI 60076-3 Isolation uniforme Um ≤ 72,5kV Transformateurs monophasés X CEI 60076-3 Isolation uniforme Um ≤ 72,5kV Transformateurs triphasés X CEI 60076-3 Isolation uniforme Um > 72,5kV Transformateurs monophasés X Avec mesure Dp CEI 60076-3 Isolation uniforme Um > 72,5kV Transformateurs triphasés X Avec mesure Dp CEI 60076-3 Isolation non uniforme Um > 72,5kV Transformateurs monophasés X Avec mesure Dp CEI 60076-3 Isolation non uniforme Um > 72,5kV Transformateurs triphasés X Avec mesure Dp X Avec mesure Dp Type d’essai en fonction de la tension max Um
  • 123. 123 Les essais des transformateurs : Tension induite à fréquence industrielle @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr N H3 H1 Uessais H2 Uessais ~ ~ Bobinage HT Bobinage BT Vérification de l’isolation de l’extrémité de ligne – (Essai phase – phase) Vérification de l’isolation de l’extrémité de ligne – (Essai phase – neutre) N H3 H1 Uessais ~ H2 2/3 U e ~
  • 124. 124 Les essais des transformateurs : Tension induite à fréquence industrielle @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr 5mn 5mn 5mn 5mn Durée essai U1 U1 U2 U2 Uessai Séquence de l’essai si suivi Dp Fréquence de l’essai : 150Hz à 500Hz mais généralement compris entre 100Hz et 300Hz Durée de l’essai : 6000 cycles à la fréquence allouée 120 x (fassignée / fessai) en sec > 15 sec Critère de Validité : Pas de Variation de la Tension d’Alimentation Si mesure Dp (Um > 72,5kV), niveau de Dp conforme Séquence de l’essai si pas de suivi Dp Montée rapide à la tension d’essai Maintien pendant la durée correspondante Descente rapide de la tension à 0
  • 125. 125 Les essais des transformateurs : Tension induite à fréquence industrielle avec suivi Dps @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Vérification de l’Isolation Interne du Transformateur Fréquence : 150 - 500 Hz Critère de Validité : Niveau spécifié de Décharges Partielles Mesureur de Décharges Partielles Étalonnage du circuit Traversée Filtrage
  • 126. 126 Les essais des transformateurs : Tension induite à fréquence industrielle avec suivi Dps @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Critère de Validité en cas de suivi Dp : Le bruit de fond des Dp < 100pC Le niveau de Dp ne doit pas présenter de tendance à la hausse continue Essai entre phases U1 = 1,1 Um et U2 = 1,3 Um Dp < 300 pC pour U2 Essai entre phases et neutre U1 = 1,1 Um/√3 et U2 = 1,3 Um/√3 ou U2= 1,5 Um/√3 Dp < 300 pC pour U2= 1,3 Um/√3 Dp < 500 pC pour U2= 1,5 Um/√3 Le niveau de Dp à U1 < 100pC Document ALSTOM
  • 127. 127 Les essais des transformateurs : Tension induite à fréquence industrielle avec suivi Dps @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Quelques exemples de la base de données des défauts typiques Potentiel flottant dans l’huile Poche de gaz dans l’huile entre plaques isolantes Zone électrode HT dans l’air
  • 128. 128 Les essais des transformateurs : Essai d’échauffement @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr But de l’essai d’échauffement, déterminer : Echauffement maximum de l’huile Echauffement moyen de l’huile Echauffements moyen des enroulements Température du point chaud de l’enroulement par le calcul Comparer les valeurs mesurées avec les valeurs garanties Séquence de l’essai Mesure des résistances à Tambiante Alimentation du transformateur avec les pertes totales Alimentation du transformateur au courant assigné Détermination des échauffements des enroulements par les courbes de refroidissement Analyse des gaz dissous avant et après Préparation à l’essai d’échauffement 150 MVA 132kV/2x1,33kV – 80kA CC Document ALSTOM
  • 129. 129 Les essais des transformateurs : Essai d’échauffement @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr t  Essai avec Pertes totales Iassigné Courbe de refroidissement 8 à 10heures 1 heure 20 minutes Cuivre Fin de l’essai < 1K/heure sur 3 heures
  • 130. 130 Les essais des transformateurs : Essai d’échauffement @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr x CEI 60076-2 §5-6 0,8 Transfo de distribution 0,9 ON.. 1,0 OF.. ou OD.. Calcul du courant pour obtenir pertes totales : Iessai = Ia x pertes totales pertes en charge Correction d’échauffement en fonction des pertes pendant l’essai L’essai s’effectue à pertes constantes, lorsque le transformateur chauffe, le courant baisse, on réajuste à la valeur, la norme exige un essai avec pertes > 80% pertes totales Tcorrigée = T mesurée x ( pertes totales pertes de l’essai )x Correction d’échauffement en fonction du courant de l’essai Tcorrigée = T mesurée x ( courant alloué courant de l’essai )y L’échauffement des enroulements est déterminé par variation de résistance, cette mesure ne peut-être effectuée qu’après 1 à 4mn, la résistance de l’enroulement est mesurée en établissant une courbe de refroidissement avec des valeurs espacées de 30s à 1mn, ensuite extrapolation à la valeur 0 T = (235 + T0) x [(R-R0) / R0] + T0 - Ta Examen des gaz dissous suivant la CEI 61181 de 2007 y CEI 60076-2 §5-6 1,6 ON.. ou OF.. 2,0 OD..
  • 131. Température sortie huile vers les réfrigérants Température entrée huile dans le transformateur 131 Les essais des transformateurs : Essai d’échauffement @Grid Solutions Technical institute-TRA/Dimensionnement et essais/5.0_fr Température huile haute Ambiante Echaufft moyen Huile Echauffement moyen enroulement Gr Température Point Chaud Température Hauteur d’enroulement Echauffement haut Enroulement Echauffement sortie huile 1,3G r Température huile haute (H/B) Echauffement huile haute = Température huile haute – température ambiante) Echaufft moyen Huile = Echauffement huile haute – ½ (H/B) H/B = Echauffement sortie huile – Echauffement entrée huile