Qu’y a-t-il à l’intérieur d’un transformateur de puissance ?
À l’intérieur d’un transformateur de puissance, les principales parties actives sont le noyau magnétique, les enroulements, l’isolation et les connexions électriques entre eux. Le noyau guide le flux magnétique alternatif, tandis que les enroulements transfèrent l'énergie électrique par induction électromagnétique. Dans un transformateur immergé dans l'huile, cet ensemble actif est logé dans un réservoir contenant un liquide isolant, des traversées et un dispositif de refroidissement. Des équipements de changement de prise et de surveillance peuvent également être installés, selon la conception.
Tous les transformateurs n’ont pas la même construction. Les transformateurs de type sec utilisent une disposition d'isolation et de boîtier différente de celle des unités immergées dans l'huile, et l'équipement en option varie en fonction de la puissance nominale et du service. Comprendre les composants aide un acheteur à lire une spécification électrique, mais cela n'établit pas la configuration d'une unité particulière. Pour les projets de distribution intégrée, JSGK fournit un aperçu du transformateur comme référence aux côtés de ses familles de produits de sous-stations et d'appareillage de commutation, et non comme preuve de fabrication de transformateurs autonomes.
Le noyau magnétique : une voie pour un flux alternatif
Le noyau d’un transformateur fournit un chemin magnétique à faible réluctance reliant les enroulements. Il est généralement construit à partir de stratifications isolées de matériau magnétique plutôt que d'un seul bloc métallique solide. Les tôles aident à limiter les pertes par courants de Foucault qui résulteraient autrement d'un changement de flux magnétique. La géométrie spécifique du noyau, le matériau et la construction dépendent de la conception du transformateur.
Le noyau comporte des branches et des culasses formant le circuit magnétique. Son rôle est de prendre en charge le couplage électromagnétique ; ce n'est pas un conducteur électrique reliant le circuit primaire directement au circuit secondaire. Cette distinction est importante car un transformateur ordinaire à deux enroulements transfère l'énergie magnétiquement tout en conservant la séparation d'isolation fournie par sa conception.
Enroulements primaires et secondaires : là où la tension change
Les enroulements sont constitués de conducteurs isolés disposés autour du noyau magnétique. Lorsqu'une tension alternative est appliquée à l'enroulement d'entrée, un changement de flux induit une tension dans l'autre enroulement. La relation entre les tours est essentielle à la transformation de tension, bien que le fonctionnement pratique dépende également des pertes, de la régulation et de la conception électromagnétique complète.
Dans de nombreuses conceptions, les enroulements haute et basse tension sont physiquement disposés pour contrôler les jeux d'isolation, le couplage, l'évacuation de la chaleur et les forces mécaniques. Les connexions de câbles amènent les bornes de l'enroulement aux connexions internes, aux traversées ou à l'équipement de changement de prise, le cas échéant. Une simple description de « bobines de cuivre à l’intérieur d’une boîte » ne contient pas les structures d’isolation, de support et de connexion nécessaires pour que l’ensemble actif remplisse sa fonction.
Le matériau du conducteur d'enroulement, la stratification, la disposition et les caractéristiques de tenue aux courts-circuits doivent être vérifiés à partir des documents de conception spécifiques du fabricant. La description des composants ici ne représente pas un dessin de construction interne pour un transformateur de marque JSGK.
L'isolation interne sépare les différents potentiels électriques
L'isolation du transformateur sépare les spires d'un enroulement, les enroulements adjacents et les parties conductrices à différents potentiels électriques. Il prend également en charge les espaces entre les conducteurs actifs, le noyau et les autres structures. Selon la conception, l'isolation peut utiliser des matériaux solides, des barrières, des espaceurs, du liquide isolant et des dégagements contrôlés.
Le système d'isolation doit être compris ainsi que la température et les conditions de fonctionnement. Pour une conception immergée dans l’huile, le liquide remplit des fonctions d’isolation électrique et de transfert de chaleur, aux côtés de matériaux isolants solides. Une unité de type sec utilise une combinaison différente d’isolation solide et d’air ou d’autres médias spécifiques à la conception. Il s’agit de grandes familles de constructions et non d’agencements internes interchangeables.
Le réservoir et le liquide isolant dans les conceptions immergées dans l'huile
Dans un transformateur de puissance immergé dans l'huile conventionnel, un réservoir métallique renferme l'ensemble noyau et enroulement et le liquide isolant. Le réservoir assure le confinement et la protection mécanique, et sa construction est intégrée aux exigences de dilatation thermique, de pression, d'étanchéité et de refroidissement.
Le liquide remplit à la fois un rôle d’isolation et de transfert de chaleur. Il évacue la chaleur des pièces actives vers les surfaces de refroidissement ou le système de refroidissement connecté. Le type de liquide et sa compatibilité avec les matériaux et les conditions de fonctionnement doivent être confirmés pour la conception spécifique. Un transformateur de type sec n'a pas le même agencement de réservoir principal rempli d'huile.
Traversées : connexions électriques à travers le boîtier
Une traversée permet à un conducteur sous tension de traverser une enceinte de transformateur mise à la terre tout en conservant l'isolation électrique nécessaire. Dans une unité remplie d'huile, les traversées fournissent des interfaces isolées entre les enroulements ou fils internes et le système d'alimentation externe. Leurs valeurs nominales et leur construction diffèrent en fonction de la tension et du courant.
Certaines conceptions utilisent différents types de traversées ou de dispositions de bornes, les acheteurs ne doivent donc pas supposer que chaque transformateur présente les mêmes composants externes d'aspect porcelaine. Les exigences correctes en matière de connexion externe et de dégagement appartiennent au dessin de l'équipement et aux spécifications du projet.
Les changeurs de prises ajustent les tours d'enroulement efficaces
Un changeur de prises sélectionne parmi les points de connexion des enroulements pour ajuster le rapport de transformation effectif du transformateur et donc sa relation de tension. Certaines conceptions utilisent un changement de prise hors tension, ce qui nécessite les conditions de hors service spécifiées. D'autres disposent d'un changeur de prises en charge conçu pour fonctionner pendant que le transformateur reste sous tension dans des circonstances définies.
Il s’agit de différents mécanismes et tâches opérationnelles. La présence, l'emplacement et le type d'un changeur de prises doivent être vérifiés pour le transformateur lui-même. Tous les transformateurs n'utilisent pas le même système de changement de prise, et la connaissance des pièces internes ne constitue pas une instruction pour les faire fonctionner ou les entretenir.
Les composants de refroidissement éliminent la chaleur de l'assemblage actif
Les pertes dans le noyau et les enroulements produisent de la chaleur. Le système de refroidissement d’un transformateur évacue cette chaleur afin que le fonctionnement reste dans ses limites thermiques conçues. Une unité immergée dans l'huile peut utiliser des parois de réservoir, des radiateurs, des ventilateurs, des pompes ou un équipement de refroidissement séparé, en fonction de la puissance nominale et de la méthode de refroidissement. Toutes les unités ne comprennent pas de ventilateurs ou de pompes.
Dans les transformateurs de type sec, le transfert de chaleur dépend de l'isolation particulière et du système de refroidissement par air, parfois assisté par des ventilateurs. Les systèmes immergés dans l’huile et les systèmes secs ne peuvent donc pas être comparés simplement en comptant les accessoires de refroidissement externes. La fonction de refroidissement et l'environnement de fonctionnement spécifiés déterminent la sélection.
Les conservateurs, respirateurs et dispositifs de protection dépendent de leur conception
Certains transformateurs remplis de liquide utilisent un réservoir conservateur pour s'adapter aux changements de volume de liquide. Selon l'agencement, un reniflard peut aider à gérer l'état de l'air entrant dans le système du conservateur. D'autres configurations utilisent une construction scellée ou hermétiquement fermée et n'ont pas le même agencement de conservateur.
Les accessoires de protection et de surveillance peuvent inclure des dispositifs de mesure de température, des dispositifs liés à la pression, une indication du niveau d'huile et une protection fonctionnant au gaz sur les conceptions où ces dispositifs sont appropriés. Leur existence n'est pas universelle. Les acheteurs doivent lire la liste des équipements et les schémas approuvés plutôt que de supposer qu'une coupe de manuel est une représentation complète de chaque transformateur.
Transformateurs secs ou immergés dans l’huile : qu’est-ce qui est différent à l’intérieur ?
Le noyau magnétique et les enroulements sont au cœur des deux familles, mais l'isolation, l'enceinte et le refroidissement diffèrent considérablement. La comparaison ci-dessous décrit des concepts typiques plutôt qu'une spécification spécifique au modèle.
| Caractéristique | Conception de type sec | Conception immergée dans l'huile |
|---|---|---|
| Noyau magnétique | Présent | Présent |
| Enroulements | Présent, isolé selon la conception | Présent, dans le système d'isolation solide/liquide |
| Moyen d'isolation et de refroidissement | Isolation solide et système de refroidissement par air | Isolation solide plus liquide isolant |
| Réservoir principal rempli d'huile | Ne fait pas partie de la construction conventionnelle de type sec | Typique |
| Radiateurs / refroidisseurs de liquide | Ce n'est pas le système de refroidissement d'huile conventionnel | Peut être présent selon la note |
| Conservateur | Non applicable au sens de conservateur d'huile | Dépend de la conception scellée ou de type conservateur |
L'aperçu des transformateurs de JSGK traite des familles de types secs et immergés dans l'huile pour la sélection de projets. Il doit être lu comme une référence à l’appui d’un système électrique intégré. Cela ne prouve pas que chaque construction de transformateur dans cette comparaison soit une offre de fabrication JSGK vérifiée.
Que doivent confirmer les acheteurs au-delà des pièces internes ?
Une compréhension des composants du transformateur aide à interpréter une spécification, mais ne complète pas une demande de devis. Pour un projet de sous-station ou de distribution, les acheteurs doivent généralement définir :
- Capacité nominale et tensions primaire/secondaire requises.
- Fréquence du système et disposition des phases.
- Exigences d'impédance et de régulation de tension lorsque spécifiées.
- Exigences d’isolation, de température et de refroidissement.
- Environnement d’installation et limitations d’espace.
- Normes applicables en matière d’équipement et de projet.
- Disposition des connexions, bornes et interfaces de câbles.
- Interfaces de surveillance et de protection requises.
- Schéma unifilaire et coordination avec appareillage amont/aval.
- Documents et exigences d’approbation pour l’équipement proposé.
Dans une station intégrée, la sélection du transformateur doit être coordonnée avec le système qui l'entoure. Le transformateur change de tension ; l'appareillage associé contrôle et protège les circuits connectés ; le boîtier et la disposition des câbles doivent permettre l'installation et l'entretien de l'équipement approuvé. JSGK sous-station en forme de boîte l'itinéraire fournit un contexte de projet pertinent, tandis que son catalogue de matériel électrique montre les familles de produits de distribution associées.
En bref, un transformateur de puissance contient un noyau, des enroulements, une isolation et des connexions, avec un refroidissement, des traversées, des changeurs de prises et des accessoires de protection selon la construction. Comprendre ces composants permet de définir ce qui doit être confirmé, et non ce que chaque unité inclut automatiquement. Les acheteurs de projets peuvent discuter des spécifications des transformateurs et des sous-stations avec JSGK en fournissant les exigences en matière de tension, de capacité, d'installation, de connexion et d'interface système.