Transformateur de type sec : types, isolation et applications|Yawei

A transformateur de type sectransfère l’énergie électrique sans utiliser d’huile de transformateur conventionnelle pour l’isolation et le refroidissement. Au lieu de cela, il utilise des matériaux isolants solides, de la résine, de l’air ou, dans certaines conceptions spéciales, du gaz.

Cela fait des transformateurs de type sec une option pratique pour de nombreuses installations intérieures et sensibles à l’environnement. Vous les trouverez souvent dans des bâtiments commerciaux, des usines, des centres de données, des hôpitaux, des projets d'énergie renouvelable, des systèmes ferroviaires et d'autres installations où la sécurité incendie et les conditions d'installation sont importantes.

Cependant, il n’existe pas de conception unique adaptée à chaque projet. Transformateurs de type résine-, transformateurs VPI, transformateurs isolés en polyarylamine, SF₆les transformateurs à isolation gazeuse et les transformateurs secs à câble- adoptent tous des approches légèrement différentes en matière d'isolation et de refroidissement.

Ainsi, quand quelqu'un parle de « transformateur de type sec », il vaut la peine de se demander de quel type il parle réellement.

Qu'est-ce qu'un transformateur de type sec ?

A transformateur de type secutilise une isolation non-liquide pour isoler ses enroulements et son noyau. Étant donné que le transformateur produit toujours de la chaleur à partir des pertes dans le noyau et les enroulements, il a également besoin d'un système de refroidissement approprié pour maintenir la température sous contrôle.

Un transformateur de type sec typique contient un noyau magnétique, un enroulement haute-tension, un enroulement basse-tension, un système d'isolation, des bornes, des supports mécaniques et un dispositif de refroidissement. Selon la conception, des capteurs de température, des ventilateurs, un boîtier et des équipements de protection peuvent également être inclus.

Un avantage évident est qu’il n’existe pas de réservoir d’huile de transformateur classique. Cela élimine le risque de fuite d'huile et peut faire des transformateurs secs un bon choix pour les salles électriques intérieures et les zones où l'isolation liquide n'est pas souhaitable.

Cela dit, "sec" ne signifie pas-sans entretien. Le transformateur a toujours besoin d’une ventilation, d’une inspection, d’un nettoyage, d’une surveillance de la température et d’une protection appropriés. L'environnement d'installation peut faire une grande différence.

Résine-Type Sec-Transformateurs de type

Transformateurs à résine-de type sec-sont largement utilisés dans les systèmes électriques industriels et commerciaux. La résine constitue une partie importante de l'isolation des enroulements et aide à protéger les conducteurs contre l'humidité, la poussière, la contamination et les contraintes mécaniques.

Il existe plusieurs technologies basées sur la résine-, et elles ne sont pas toutes exactement identiques.

Résine-Coulage rempli de résine

Avec une construction remplie de résine-, l'enroulement est entouré ou rempli de résine isolante. Une fois la résine durcie, elle forme une structure isolante solide autour du bobinage.

Cela peut être utile dans les environnements où l’humidité ou la contamination sont un problème. Par exemple, les installations industrielles peuvent contenir de la poussière, de l'humidité ou des polluants atmosphériques susceptibles de causer des problèmes aux systèmes de bobinage moins-protégés.

Mais la qualité de la résine compte. Beaucoup, en fait. Les vides, les fissures, l'air emprisonné ou un mauvais durcissement peuvent affaiblir le système d'isolation et contribuer à une décharge partielle dans les applications à haute tension-.

Moulage de résine

Coulée de résineest un processus de fabrication dans lequel le bobinage est placé à l’intérieur d’un moule et une résine isolante est introduite autour de celui-ci. La résine est ensuite durcie dans des conditions contrôlées.

Le processus peut paraître simple, mais il se passe beaucoup de choses dans les coulisses. La température de la résine, la viscosité, les conditions de vide, le temps de durcissement et l’épaisseur de l’isolation doivent tous être soigneusement contrôlés.

Un bon moulage aide à réduire les poches d’air internes et autres défauts. C'est important, car même de petites imperfections à l'intérieur de l'isolation haute-tension peuvent devenir un problème après des années de stress électrique et thermique.

Enroulement en résine

Dans unbobinage en résine, la résine devient un élément important du système d'isolation des enroulements. Les conducteurs en cuivre ou en aluminium peuvent être combinés avec de la résine, de la fibre de verre, du papier isolant ou un film isolant.

Le bobinage doit supporter des contraintes électriques et mécaniques. Lorsque le transformateur est fortement chargé, l'enroulement chauffe. Lorsque la charge baisse, elle refroidit. Ce cycle se produit encore et encore pendant le fonctionnement normal.

Pour cette raison, le système d’isolation doit avoir de bonnes performances électriques ainsi qu’une résistance mécanique suffisante pour résister à la dilatation et à la contraction thermiques.

Imprégnation sous pression de résine

Imprégnation sous vide et pression de résine (VPI)est une autre technologie d’isolation en résine utilisée dans les transformateurs de type sec.

Pendant le VPI, le bobinage est exposé à de la résine dans des conditions de vide et de pression contrôlées. Cela permet à la résine de pénétrer plus efficacement dans la structure isolante tout en contribuant à réduire l’air emprisonné.

Après durcissement, le bobinage devient mécaniquement plus résistant et mieux protégé de l'humidité et des influences environnementales.

Le VPI et le moulage en résine sont parfois mentionnés ensemble, mais il ne s’agit pas du même procédé de fabrication. La structure du bobinage et la méthode de production sont différentes, le choix dépend donc de l'application prévue du transformateur.

Transformateurs isolés en polyarylamine

Transformateurs isolés en polyarylamineutilisez des matériaux polymères à base de polyarylamine-dans le cadre du système d'isolation.

La polyarylamine est un polymère haute-performance doté de propriétés électriques et thermiques utiles. Dans la construction de transformateurs, une isolation polymère avancée peut offrir une flexibilité supplémentaire lors de la conception de structures d'enroulement et de systèmes d'isolation compacts.

Ce type de transformateur peut être envisagé lorsqu'une bonne isolation électrique, des performances thermiques et une construction compacte sont importantes.

Ce serait néanmoins une erreur de juger un transformateur uniquement sur la base de son matériau d’isolation. La conception du noyau, la sélection des conducteurs, la disposition des enroulements, le refroidissement, la qualité de fabrication et les conditions de fonctionnement fonctionnent tous ensemble.

Dans les projets du monde réel-, c'est le système d'isolation complet qui compte.

SF₆Transformateurs isolés au gaz

SF₆transformateurs isolés au gazutiliser de l'hexafluorure de soufre (SF₆) gaz au lieu d'une isolation liquide conventionnelle.

SF₆possède une rigidité diélectrique élevée et est utilisé depuis de nombreuses années dans les équipements électriques à haute tension-. Sous une pression appropriée et dans une enceinte correctement conçue, il peut fournir une isolation efficace tout en prenant en charge des conceptions d'équipements compactes.

Toutefois, SF₆Les systèmes comportent également des exigences particulières.

Propriétés d'isolation du SF₆Gaz

L'un des principaux avantages de SF₆est sa forte performance diélectrique. Il peut fournir une isolation électrique efficace entre les composants sous tension lorsque la pression du gaz et la conception de l'équipement sont appropriées.

Mais il ne s’agit pas simplement de mettre SF₆à l’intérieur d’une enceinte métallique et c’est terminé. La pression du gaz, la température, la distribution du champ électrique, la conception du boîtier et l’étanchéité au gaz nécessitent tous une attention particulière.

Dissipation thermique du SF₆Refroidissement des gaz et des transformateurs

Les transformateurs génèrent de la chaleur, que le matériau isolant soit de l'huile, de l'air, de la résine ou du gaz.

Dans un SF₆transformateur isolé au gaz, la chaleur du noyau et des enroulements se déplace dans le gaz et doit ensuite être transférée à travers l'enceinte et le système de refroidissement.

Selon la conception du transformateur, le refroidissement peut utiliser la circulation de gaz naturel, la circulation forcée de gaz ou un dispositif de refroidissement externe.

La conception thermique est donc tout aussi importante que la conception diélectrique. Un transformateur peut avoir une excellente isolation mais être néanmoins confronté à des problèmes si la chaleur ne peut pas être évacuée efficacement.

SF₆Composants de transformateur isolés au gaz

La configuration exacte dépend du fabricant et de l'application, mais un SF₆Le transformateur isolé au gaz peut inclure le noyau, les enroulements, le-enceinte remplie de gaz, les bornes ou les traversées, l'équipement de surveillance du gaz, les dispositifs de contrôle de la pression-, l'équipement de refroidissement et les systèmes de protection.

La surveillance de la pression du gaz est particulièrement importante. Si du gaz fuit et que la pression tombe en dessous du niveau requis, les performances d'isolation peuvent être affectées.

SF₆Effet de serre

Il existe également un problème environnemental à ne pas négliger.

SF₆est un gaz à effet de serre très puissant et peut rester longtemps dans l’atmosphère. Par conséquent, les fabricants et les opérateurs doivent accorder une attention particulière à la prévention des fuites, à la récupération des gaz, au recyclage et à la-gestion-en fin de vie.

Les réglementations environnementales deviennent également de plus en plus importantes dans l’achat d’équipements électriques. Pour les projets envisageant SF₆technologique, il est logique d’évaluer à la fois ses avantages techniques et ses exigences environnementales.

Câble-Type sec-Transformateurs de type

Transformateurs de type-secs-à câbleutilisez un câble isolé ou des conducteurs-semblables à des câbles dans le cadre du système d'enroulement.

Au lieu d'utiliser des conducteurs nus ou en bande conventionnels, la technologie des câbles isolés est intégrée dans l'enroulement. Cela peut permettre d'obtenir des dispositions d'isolation particulières et, dans certaines conceptions, une construction plus compacte.

Les transformateurs secs de type câble-sont généralement plus spécialisés que les transformateurs moulés en résine-standard. Ils peuvent être envisagés lorsqu'un projet présente des exigences spécifiques en matière de tension, d'isolation, d'espace ou d'enroulement.

L'isolation des câbles doit toujours faire face aux contraintes électriques, à la chaleur, aux forces mécaniques et aux changements de température répétés. Encore une fois, la conception thermique et la qualité de l’isolation sont toutes deux importantes.

Comment choisir le bon transformateur de type sec

Choisir le bontransformateur de type seccommence par le système électrique, pas par la brochure du produit.

La capacité nominale, la tension primaire et secondaire, la fréquence, l'impédance, le groupe vectoriel, le niveau d'isolation, l'élévation de température, la méthode de refroidissement, la température ambiante, l'altitude d'installation, l'indice de protection et les normes applicables doivent tous être vérifiés.

L'environnement est tout aussi important.

Une usine peut exposer le transformateur à la poussière, à l'humidité, aux produits chimiques, aux vibrations ou à des charges changeantes. Un centre de données peut avoir une charge élevée continue, des harmoniques, une densité de puissance élevée et un fort besoin d'expansion future.

Pour les installations intérieures, la ventilation est particulièrement facile à négliger. Un transformateur peut être correctement conçu et néanmoins chauffer trop si la salle électrique ne peut pas évacuer suffisamment de chaleur.

Refroidissement par transformateur de type sec

Le refroidissement est l’un des facteurs clés dans la conception d’un transformateur sec.

De nombreux transformateurs de type sec utilisentUn refroidissement, ce qui signifie un refroidissement naturel de l'air. La chaleur générée dans le noyau et les enroulements est transférée à travers la structure du transformateur et rejetée dans l'air ambiant.

Pour des valeurs nominales plus importantes ou des charges plus lourdes,Refroidissement AF, ou un refroidissement forcé par air, peut être utilisé. Les ventilateurs augmentent le débit d’air et aident à évacuer la chaleur plus efficacement.

La méthode de refroidissement affecte l'augmentation de la température et la capacité de charge continue. Mais la ventilation de la pièce compte aussi. Une salle de transformateur mal ventilée peut réduire les performances pratiques d'un transformateur même-bien conçu.

Applications des transformateurs secs

Les transformateurs de type sec sont utilisés dans un large éventail d'applications, notamment les bâtiments commerciaux, les usines, les hôpitaux, les centres de données, les centres commerciaux, les immeubles de grande hauteur, les tunnels, les systèmes ferroviaires, les projets d'énergie renouvelable et les infrastructures.

Ils sont particulièrement intéressants lorsqu'éviter l'huile de transformateur peut simplifier la planification de la sécurité incendie-ou réduire les problèmes de fuite de liquide.

Les projets solaires et éoliens peuvent également utiliser des transformateurs de type sec pour certaines applications de conversion et de distribution d'énergie. Le choix final dépend de la tension, de la capacité, du profil de charge, des conditions environnementales et des spécifications du projet.

Transformateur de type sec vs transformateur immergé dans l'huile

Aucune des deux technologies n’est automatiquement meilleure.

Un transformateur de type sec constitue souvent un bon choix pour les salles électriques intérieures, les installations commerciales, les tunnels, les hôpitaux et les centres de données où la sécurité incendie et l'absence d'isolation liquide sont importantes.

Les transformateurs immergés dans l'huile restent largement utilisés dans les sous-stations extérieures, les centrales électriques, les services publics et les systèmes de transmission et de distribution à grande capacité. L’huile de transformateur fournit à la fois une isolation électrique et un transfert de chaleur efficace, ce qui peut constituer un avantage significatif pour les gros transformateurs de puissance.

En fin de compte, la décision doit être basée sur le projet complet-et non seulement sur le type de transformateur.

Normes et qualité de fabrication

Un fiabletransformateur de type secdépend de bien plus que du matériau isolant.

La construction du noyau, la qualité des conducteurs, la conception des enroulements, le traitement de la résine, l'assemblage mécanique, le refroidissement et les tests en usine influencent tous les performances et la durée de vie du transformateur.

Selon l'application, les transformateurs de type sec peuvent être conçus et testés selonCEI 60076-11, ainsi que les normes nationales applicables et les spécifications du projet.

Les tests typiques en usine peuvent inclure des tests de résistance d'enroulement, de rapport de tension, d'isolation, de perte à vide, de perte de charge, de diélectrique, d'échauffement, de niveau sonore et de décharge partielle, le cas échéant.

Pour les entrepreneurs EPC et les équipes d’approvisionnement, la comparaison ne se limite pas au prix et à la puissance nominale en kVA. Deux transformateurs ayant la même capacité nominale peuvent avoir des systèmes d'isolation, une qualité de fabrication, des performances de refroidissement et une durée de vie attendue très différents.

Conclusion

Letransformateur de type secest une solution importante pour la distribution électrique moderne, en particulier lorsque l'installation intérieure, la sécurité incendie, la protection de l'environnement et une maintenance réduite-liée au pétrole sont des priorités.

Les transformateurs de type résine-utilisent des technologies telles quemoulage de résine, enroulement de résine et imprégnation sous vide de résine. Transformateurs isolés en polyarylamineutiliser des matériaux polymères avancés pour les systèmes d’isolation spécialisés.SF₆transformateurs isolés au gazoffrent de fortes performances diélectriques mais nécessitent une gestion prudente des gaz en raison de laSF₆effet de serre. Transformateurs de type-secs-à câbleutiliser la technologie des câbles isolés pour des applications de bobinage plus spécialisées.

La technologie la plus complexe n’est pas toujours le meilleur choix. Parfois, un transformateur moulé en résine-conventionnel est exactement ce dont un projet a besoin. Dans d’autres situations, un système d’isolation ou d’enroulement spécialisé peut être mieux adapté.

PourTransformateur Yawei, l'approche pratique consiste à commencer par le système électrique et l'environnement de travail réels. La tension, la capacité, le refroidissement, l'isolation, les conditions d'installation et les exigences de fonctionnement à long terme doivent tous fonctionner ensemble.

C'est ce qui transforme un transformateur de type sec, d'un produit figurant sur une fiche technique, en un équipement fiable capable de maintenir un système électrique en fonctionnement jour après jour.

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