Dans le domaine des systèmes d'alimentation électrique, les transformateurs de puissance de 110 kV jouent un rôle central dans l'augmentation ou la diminution des niveaux de tension afin de garantir une transmission et une distribution d'énergie efficaces et fiables. En tant que fournisseur leader de transformateurs de puissance 110 kV et 115 kV, nous comprenons l'importance cruciale de méthodes de refroidissement efficaces pour ces transformateurs haute tension. Dans ce blog, nous explorerons les différentes méthodes de refroidissement utilisées pour les transformateurs de puissance 110 kV.
1. Huile – Refroidissement immergé
Le refroidissement par immersion dans l'huile est l'une des méthodes les plus courantes et les plus efficaces pour les transformateurs de puissance 110 kV. Le noyau et les enroulements du transformateur sont immergés dans un réservoir rempli d'huile isolante. L'huile sert à deux fins principales : l'isolation électrique et la dissipation thermique.
Refroidissement à l'huile naturelle (ONAN)
Dans la méthode de refroidissement ONAN (Oil Natural Air Natural), la chaleur générée par le noyau et les enroulements du transformateur est transférée à l'huile environnante. Le fioul chauffé monte par convection naturelle et transfère sa chaleur aux parois du réservoir. Le réservoir, à son tour, dissipe la chaleur dans l’air ambiant grâce à la circulation naturelle de l’air. Cette méthode est simple, fiable et adaptée aux transformateurs ayant des exigences de charge relativement faibles. Il est souvent utilisé dans les transformateurs de 110 kV de petite à moyenne taille ou dans les applications où la charge est relativement stable.
Refroidissement forcé de l'huile (ONAF)
La méthode de refroidissement ONAF (Oil Natural Air Forced) est une amélioration par rapport à la méthode ONAN. En plus de la circulation naturelle de l'huile, des ventilateurs sont utilisés pour forcer l'air sur les ailettes du radiateur du transformateur. Cela augmente le taux de transfert de chaleur de l'huile vers l'air, permettant au transformateur de gérer des charges plus élevées. Les ventilateurs peuvent être contrôlés en fonction de la température de l'huile ou de la charge sur le transformateur, garantissant ainsi un refroidissement efficace dans diverses conditions de fonctionnement.
Refroidissement forcé à l'huile et à l'air forcé (OFAF)
La méthode de refroidissement OFAF (Oil Forced Air Forced) va encore plus loin dans le processus de refroidissement. Dans cette méthode, des pompes sont utilisées pour faire circuler l’huile à travers le transformateur et les radiateurs, tandis que des ventilateurs sont utilisés pour forcer l’air sur les radiateurs. Cette combinaison de circulation forcée d’huile et de refroidissement par air forcé augmente considérablement la capacité de dissipation thermique du transformateur. Les transformateurs refroidis OFAF peuvent supporter des charges très élevées et sont couramment utilisés dans les systèmes de transport et de distribution d'énergie à grande échelle.
2. Refroidissement de type sec
Les transformateurs de type sec sont une alternative aux transformateurs immergés dans l'huile, en particulier dans les applications où l'on craint des fuites d'huile ou des risques d'incendie. Dans le refroidissement de type sec, les enroulements sont constitués de matériaux isolants solides et la chaleur est dissipée directement dans l'air ambiant.
Refroidissement naturel par air (AN)
Dans la méthode de refroidissement AN (Air Natural), la chaleur générée par le transformateur est dissipée dans l'air ambiant par convection naturelle. Le transformateur est conçu avec une grande surface pour améliorer le transfert de chaleur. Cette méthode convient aux transformateurs secs de 110 kV de petite à moyenne taille avec des exigences de charge relativement faibles.
Refroidissement par air forcé (AF)
La méthode de refroidissement AF (Air Forced) utilise des ventilateurs pour forcer l'air à travers les enroulements du transformateur. Cela augmente le taux de transfert de chaleur et permet au transformateur de gérer des charges plus élevées. Les ventilateurs peuvent être contrôlés en fonction de la température des enroulements ou de la charge du transformateur, garantissant ainsi un refroidissement efficace dans diverses conditions de fonctionnement.
3. Systèmes refroidis à l'eau
Les systèmes refroidis par eau sont une autre option pour refroidir les transformateurs de puissance de 110 kV. Ces systèmes utilisent de l'eau comme liquide de refroidissement pour évacuer la chaleur du transformateur.
Refroidissement direct par eau
Dans le refroidissement direct par eau, l'eau circule directement à travers les enroulements du transformateur ou un échangeur de chaleur en contact avec les enroulements. L'eau absorbe la chaleur des enroulements et la transfère vers une tour de refroidissement ou un autre dispositif de dissipation thermique. Le refroidissement direct par eau peut assurer un transfert de chaleur très efficace, mais il nécessite un approvisionnement en eau fiable et un traitement approprié de l’eau pour éviter la corrosion et le tartre.
Refroidissement indirect par eau
Le refroidissement indirect par eau utilise un système en boucle fermée dans lequel un échangeur de chaleur est utilisé pour transférer la chaleur de l'huile du transformateur à l'eau. L'eau transfère ensuite la chaleur vers une tour de refroidissement ou un autre dispositif de dissipation thermique. Cette méthode est moins sujette aux fuites d’eau et à la contamination que le refroidissement direct par eau.
4. Systèmes de refroidissement hybrides
Les systèmes de refroidissement hybrides combinent différentes méthodes de refroidissement pour obtenir des performances de refroidissement optimales. Par exemple, un transformateur peut utiliser un refroidissement immergé dans l'huile pour un fonctionnement normal et passer à un refroidissement à eau ou à air forcé pendant les périodes de charge de pointe. Les systèmes de refroidissement hybrides peuvent offrir flexibilité et efficacité énergétique, permettant au transformateur de fonctionner à différents niveaux de charge tout en maintenant une température optimale.
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Références
- Ingénierie des sous-stations électriques, troisième édition par Turan Gonen
- Analyse et conception du système électrique, cinquième édition par J. Duncan Glover, Mulukutla S. Sarma et Thomas J. Overbye