Les transformateurs de distribution M.ALLAMAND M.BUFFIN LP. ALFRED DE MUSSET - 1 -

TECHNOLOGIE

Objectifs :

Pour être capable de décoder les informations contenues sur la plaquesignalétique et réaliser les raccordements nécessaires, il faut savoir comment cetransformateur est constitué et connaître ses caractéristiques.

Savoirs Technologiques :

S 1.1 Réseaux, postes de distribution et transformateurs B.T.

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CHOIX DES TRANSFORMATEURS HT/BT

A / PARAMETRES CARACTERISANT UN TRANSFORMATEUR

Un transformateur est défini, d'une part, par ses caractéristiques électriques et, d'autre part,par des caractéristiques liées à sa technologie et à ses conditions d'utilisation.

1 / Caractéristiques électriques :

Puissance assignée Pn : valeur conventionnelle de la puissance apparente en kVAdestinée à servir de base à la construction du transformateur, aux garanties du constructeuret aux essais,

Fréquence : en France, la fréquence du réseau est de 50 Hz,

Tension(s) assignée(s) primaire(s) (ou tension d'alimentation) : pour une double tensionprimaire, préciser puissance réduite ou puissance conservée,

Niveau d'isolement assigné : ensemble des valeurs des tensions d'essais à fréquenceindustrielle et aux ondes de choc qui caractérisent l'isolement de chacun des enroulementset de leurs parties associées.Ce niveau d'isolement est fonction de la tension la plus élevée du réseau.

Tension(s) assignée(s) secondaire(s) à vide (ou tension d'utilisation à vide) : pour unedouble tension secondaire préciser puissance réduite ou conservée,

Prises de réglage manœuvrables hors tension agissant sur la plus haute tension pouradapter le transformateur à la valeur réelle de la tension d'alimentation,

Couplage : symbole conventionnel indiquant :

- les modes de connexions respectifs des enroulements haute et basse tension,- l'écart angulaire entre les deux vecteurs représentatifs des tensions entre le point

neutre (réel ou fictif) et les bornes haute et basse tension homologues. Ce déphasage estexprimé par un indice horaire.

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2 / Caractéristiques liées à la technologie et aux conditions d'utilisation :

cette liste n'est pas exhaustive

Choix de la technologie le diélectrique est :

- liquide (de l'huile) ou,- solide (résine époxy et air)

Installation intérieure ou extérieure,

Altitude (≤ 1000m est le cas standard),

Température :

- ambiante maximum : 40°C,

- ambiante moyenne journalière : 30°C,

- ambiante moyenne annuelle : 20°C.

(ces températures sont des valeurs standard selon CEI 76).

B / DESCRIPTION DES TECHNOLOGIES

Il existe deux types de transformateurs :

- Les transformateurs secs enrobés de type Trihal,

- Les transformateurs immergés.

1 / Transformateurs Trihal

Ce sont des transformateurs de type sec enrobé (ouencapsulé). L'isolation des enroulements est réaliséepar des isolants secs. Le refroidissement est doncréalisé par l'air ambiant sans liquide intermédiaire. Lestransformateurs Trihal sont réalisés à l'aide desystèmes brevetés et exclusifs de bobinage etd'enrobage par moulage sous vide de l'enroulementMT.

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Trois composants constituent l'enrobage :

Résine époxyde à base de biphénol A, de viscosité adaptée à une excellente imprégnationdes enroulements,

Durcisseur anhydride (non aminé), modifié par un flexibilisateur pour assurer la souplessedu système moulé, nécessaire afin d'interdire toutes fissures en exploitation,

Charge active pulvérulente composée d'alumine trihydratée AI(OH)3 et de silice quiapportent les propriétés mécaniques et thermiques requises et des qualités intrinsèquesexceptionnelles de comportement au feu.

Ce système d'enrobage à trois composants est de classe F (∆θ =100°K). Il apporte auxtransformateurs Trihal une excellente résistance au feu et une auto-extinguibilitéimmédiate, ce qui permet de qualifier les transformateurs Trihal d'ininflammables.

Il procure en outre aux transformateurs Trihal un excellent comportement en atmosphèreindustrielle et une insensibilité aux agents extérieurs (poussière, humidité ... ) tout engarantissant une parfaite protection de l'environnement et des personnes par la suppressiondes risques de pollution froide ou chaude.

2 / Transformateurs immergés

Le liquide le plus souvent utilisé comme diélectrique dans les transformateurs immergésest l'huile minérale.

Celle-ci étant inflammable, il est recommandé de prendre des mesures de sécurité,obligatoires dans la plupart des cas, dont la plus simple est le DGPT (détecteur de gaz,pression et température).

En cas d'anomalie, il donne l'ordre de mise hors service du transformateur avant que lasituation ne devienne dangereuse.

L'huile minérale est biodégradable et ne contient ni PCB (polychlorobiphényl) qui ontconduit à l'élimination des askarels (pyralène), ni TCB (trichlorobenzènes).

Le diélectrique liquide sert aussi à évacuer les calories. Il se dilate en fonction de la chargeet de la température ambiante.

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La conception des transformateurs permet l'absorption des variations de volumecorrespondantes pour cela, deux techniques sont employées :

Étanche à remplissage total jusqu'à 10 MVA

Développée par Merlin Gerin en 1963, la techniqueétanche à remplissage total (ERT) ou intégral (ERI),"sans matelas gazeux" des cuves étanches destransformateurs immergés a été adoptée par EDF en1972.

La dilatation du diélectrique liquide est compenséepar la déformation élastique des ondes de la cuve dutransformateur qui servent également à évacuer lescalories.

La technique ERT présente beaucoup d'avantages :

- Toute oxydation du diélectrique liquide parcontact avec l'air est évitée,

- Réduction de l'entretien et de la maintenance :

*plus de changement régulier dudessiccateur,

*plus de contrôle de la rigiditédiélectrique hormis tous les 10 ans,

- Protection interne simple grâce au DGPT2,

- Facilité d'installation : plus léger et moinshaut (absence de conservateur), il offre unmeilleur accès aux connexions HT et BT,

- Détection immédiate de toute fuite même sans gravité : de l'eau ne pourra paspénétrer dans la cuve.

Respirant avec conservateur

La dilatation du diélectrique se fait dans un réservoir d'expansion (conservateur) placé au-dessus de la cuve. Le diélectrique peut être en contact direct avec l'air ambiant ou en êtreséparé par une paroi étanche en matière synthétique déformable. Dans tous les cas unassécheur d'air (un produit dessiccateur) évite l'entrée d'humidité à l'intérieur du réservoir.Cette technique est obligatoire à partir de 10 MVA.

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C / CHOIX DE LA TECHNOLOGIE

Actuellement, il est possible de choisir entre deux technologies :

- Transformateur immergé dans l'huile minérale,- Transformateur sec enrobé Trihal.

Pour réaliser ce choix plusieurs paramètres sont à prendre en considération, dont :

La sécurité des personnes, au niveau du transformateur ou à son voisinage, sécurité qui faitl'objet d'une réglementation et de recommandations officielles,

Le bilan économique, compte tenu des avantages de chaque technique et de la gamme desmatériels existants.

Réglementation participant au choix

Transformateur sec enrobé Trihal :

- Il est obligatoire dans les immeubles de grande hauteur,

- Il n'impose pas de contraintes d'installation dans les autres cas ;

Transformateur à diélectrique liquide :

- Il est interdit dans les immeubles de grande hauteur,

- Il implique des contraintes d'installation lorsqu'il fait usage d'un certain nombre dediélectriques. Ces contraintes d'installation, ou protections minimales contre les risquesd'incendie, varient selon la classe du diélectrique utilisé.

Norme NF C 27-300 :

La norme NF C 27-300 donne une classification des diélectriques liquides d'après leurcomportement au feu. Ce dernier est apprécié selon deux critères : le point de feu et lepouvoir calorifique inférieur (ou quantité minimale de chaleur dégagée). Les principalescatégories sont indiquées dans le tableau ci-dessous.

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Diélectrique densité kg/l classification au feu

huile minérale 0,9 O1

huile silicone 0,96 K3

L.I.H.T. 1,42 L3

Catégories de diélectrique liquide.

Norme NF C 17-300 :

La norme NF C 17-300 définit les conditions d'installation des transformateurs, contenantdes diélectriques liquides, pour assurer la sécurité des personnes et la conservation desbiens. Elle traite notamment des mesures minimales à prendre contre les risquesd'incendie.

D / DETERMINATION DE LA PUISSANCE OPTIMALE

Surdimensionner un transformateur

Ceci entraîne :

Un investissement excessif et des pertes à vide inutiles,

Une réduction des pertes en charge

Sous-dimensionner un transformateur

Ceci entraîne un fonctionnement :

A pleine charge (le rendement qui est maximal entre 50 % et 70 % de la charge maximalen'est plus, dans ce cas, optimum),

Ou en surcharge qui peut avoir des conséquences graves pour :

- L'installation : échauffement des enroulements provoquant l'ouverture desappareils de protection,

- Le transformateur : vieillissement prématuré des isolants pouvant aller jusqu'à lamise hors service du transformateur.

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Définition de la puissance optimale

Pour définir la puissance optimale d'un transformateur il est important de :

Faire le bilan des puissances installées,

Connaître le facteur d'utilisation de chaque récepteur,

Déterminer le cycle et la durée de charge ou de surcharge de l'installation,

Compenser l'énergie réactive si nécessaire pour :- Supprimer les pénalités,- Diminuer la puissance souscrite.

Choisir parmi les puissances disponibles en tenant compte :- Des extensions futures,- De la sûreté de fonctionnement.

On veillera, en outre, au refroidissement correct du local dans lequel se trouve letransformateur.

LE COUPLAGE EN // DES TRANSFORMATEURS

1 / JUSTIFICATION

La mise en parallèle des transformateur peut se justifier pour plusieurs raisons :

- la puissance demandée est supérieure à 3150 kVA (valeurs usuelles),- la continuité de service : la puissance de l'installation est divisée entre plusieurs

transformateurs.

2 / CONDITIONS DE MISE EN PARALLELE

On ne peut pas mettre n'importe quel transformateur en // sans aucun risque. Il faut que lesdeux transformateurs réunissent des propriétés communes :

- qu'ils soient alimentés par le même réseau,- leurs tensions secondaires soient identiques (+ ou - 0,4%),- leurs tensions de court-circuit soient identiques (+ ou - 10%),- qu'ils possèdent le même indice horaire.

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