Transformateur de Puissance

Partie Active  est définie comme le circuit magnétique et les enroulements.

Bobinage

Le bobinage est réalisé en fils de cuivre (ou d’aluminium)

isolés avec des matériaux (papiers,vernis,kelvar,mylar,…)

un bobinage est rsiné en plusieurs couches et l’isolement

est fait entre les diverses couches.

Le primaire et le secondaire sont placés l’un sur l’autre

Mais isolés entre les couches d’isolant.

Bobinage d’un petit transformateur

Les bobinages sont séchés sous vide et imprégnés de vernis

pour réduire l’oxydation.

Noyau Magnétique

Le circuit magnétique d’un transformateur triphasé a en

 général trois colonnes.

Un bobinage  de phase est placé sur chaque colonne.

Les bobinages primaire et secondaire sont placés un sur l’autre et isolé entre eux.

Les transformateurs de grande taille utilisent des bobinage par couches.

Les bobines isolées et vernies sont placées dans un reservoir métallique.

Le réservoir est rempli sous vide par une huile aux borniers

L’huile circule grace à des pompes et passe dans les radiateurs.

Le transformateur est équipé des radiateurs refroidis par ventillation forcée. Les ventilateurs sont installés sous les radiateurs. Les borniers de grandes tailles permettent la connection au réseau. L’huile circule grace à des pompes. La température de l’huile et sa pression sont mesurées pour prédire les performances du transformateur.

Borne isolante

Les bornes isolantes sont réalisées avec un isolateur en porcelaine

Percé. L’isolateur a une surface perturbé pour accroitre le trajet de fuite et la tension d’amorçage sous foudre. Une barre de cuivre ou d’aluminium traverse la porcelaine. L’isolateur est rempli avec l’huile

du transformateur pour améliorer l’isolement.

Cuve

Les cuves des transformateurs sont faites de tôles d’acier. Elles doivent pouvoir résister aux forces exercées lors du transport du transformateur. Leur couvercle est amovible et scellé grâce à des boulons ou une soudure. Il est incliné d’au moins 1° afin d’évacuer les eaux de pluie. Afin de garantir l’étanchéité, des joints en caoutchouc synthétique sont utilisés. L’étanchéité doit être parfaite, la cuve est testée sous vide pour contrôler ce point. Par ailleurs, pour résister aux conditions extérieures les cuves sont peintes à l’aide d’un revêtement résistant à la corrosion.

Par ailleurs pour les transformateurs de forte puissance, le flux de fuite devient assez important, pour éviter un échauffement trop important des enroulements ou de la cuve, liés au courant de Foucault s’induisant en leurs seins, des écrans sont placés à l’intérieur des parois de la cuve. Ceux-ci conduisent le flux et évitent ainsi son passage dans les autres parties et ainsi leur échauffement par courant de Foucault. Comme pour les circuits magnétiques, afin d’éviter la circulation du courant, il est important qu’ils ne soient mis à la terre qu’en un point.

Composants

 Liste des parties et composants constituant un transformateur de puissance

En plus de son noyau magnétique, de ses enroulements et de son isolation, un transformateur dispose de nombreux composants secondaires. Certains sont indispensables comme un dispositif permettant la dilatation de l’huile (le conservateur est présenté ici), d’autres ne le sont pas comme le changeur de prises. Ceux présentés ici correspondent à un transformateur de puissance « classique ».

Sur le schéma ci-contre sont représentés:

1. Cuve
2. Couvercle
3. Conservateur
4. Indicateur de niveau d’huile
5. Relais Buchholz
6. Tuyau d’huile
7. Changeur de prises
8. Moteur électrique du changeur de prises
9. Transmission mécanique du changeur de prises
10. Traverséedu primaire, avec connexion à son extrémité
11. Dôme avec transformateurs de courantà l’intérieur
12. Traverséedu secondaire
13. Connexion du secondaire avec l’extérieur
14. Dôme avec transformateurs de courantà l’intérieur
15. Enroulements
16. Noyau magnétique
17. Élément mécanique maintenant le noyau magnétique et les enroulements ensemble exerçant une force de compression
18. (non représenté)
19. Connexion du changeur de prises aux enroulements
20. Robinet d’huile
21. Robinet d’air

On peut y ajouter l’huile, l’isolation papier et le système de refroidissement qui ne sont pas représentés. Des parafoudres sont présents au niveau des connexions avec les lignes comme déjà évoqué au chapitre surtension.

Changeur de prises

Le changeur de prises permet au transformateur de faire varier son rapport de conversion en jouant sur la valeur de l’inductance de ses enroulements (au primaire ou au secondaire). Cela permet de régler le niveau de tension du réseau électrique.

Il est situé en général sur le côté du transformateur et dispose d’une cuve d’huile séparée. Les arcs électriques se produisant lors de la commutation des prises décomposent en effet l’huile et nuisent aux propriétés diélectriques de celle-ci, il est donc nécessaire de ne pas la mélanger avec l’huile saine

Conservateur

Le conservateur est un réservoir d’huile surplombant le transformateur. La température de l’huile n’étant pas constante : elle dépend de la température extérieure et de la charge du transformateur, elle se dilate plus ou moins selon les circonstances. Ainsi une augmentation de la température de 100 °C entraîne une augmentation du volume d’huile de l’ordre de 7 à 10. Il est donc nécessaire en cas de forte température de stocker le surplus, dans le cas des transformateurs dit « respirants » ce rôle est rempli par le conservateur.

Ce cylindre métallique peut être séparé en deux parties distinctes à l’aide d’une membrane de caoutchouc, dit « diaphragme », d’un côté l’huile du transformateur, de l’autre de l’air sec (de l’humidité pourrait avec le temps traverser la membrane et dégrader les propriétés diélectriques de l’huile). Parfois l’huile est directement en contact avec l’air. Celui-ci est rendu sec grâce à un dessiccateur se trouvant entre la poche d’air et l’extérieur. L’huile peut donc monter ou descendre dans le conservateur sans être en contact avec l’air.

Des solutions alternatives au conservateur existent. On peut par exemple remplir le sommet du transformateur d’un gaz neutre pour l’huile. On peut également concevoir les radiateurs de refroidissement de manière qu’ils adaptent leur taille en fonction de la température, comme le fait Alstom pour des transformateurs de moyenne puissance : 10 à 136 MVA. On parle alors de transformateur « hermétique ». Ce système est répandu pour les transformateurs de distribution.

Traversées

Les traversées permettent de lier les enroulements du transformateur aux lignes électriques sans risque de décharge électrique entre les phases et la cuve du transformateur qui est à la terre.

Il existe également des systèmes de raccordement direct des transformateurs de puissance sur poste électrique sous enveloppe métallique, ainsi que des liaisons transformateur – câbles.

Transformateur de courant

Un transformateur peut être équipé de transformateurs de courant placés dans les dômes des traversées (c’est-à-dire à leur pied). Sur les transformateurs de grande puissance, il y a souvent un transformateur de courant de mesure par phase, et plusieurs de protection pour chaque phase et le neutre. Les transformateurs de courant de mesure permettent de mesurer le courant traversant le transformateur. Ceux de protection donnent des informations aux protections. Ils peuvent mesurer le courant avec une bonne précision même lorsque celui-ci dépasse de plusieurs facteurs d’ordre le courant nominal contrairement aux transformateurs de mesures qui ne sont précis que pour des valeurs proches de la valeur nominale. Un enroulement est souvent prévu pour brancher un système dit « image thermique » qui permet d’évaluer les échauffements des enroulements.

Après leur fabrication, les transformateurs sont testés pour vérifier leur bonne qualité et la validité de la conception. Ces tests comportent diverses parties : les essais diélectriques, qui permettent de garantir la qualité de l’isolation diélectrique ; les mesures des pertes, des émissions sonores et des paramètres du transformateurs, c’est-à-dire la résistance des enroulements, l’impédance de court-circuit, la capacité entre les enroulements, entre enroulements et cuve, ainsi que les constantes thermiques et échauffements durant le fonctionnement du transformateur ; les vérifications du facteur de conversion, du couplage ; et les prises d’empreinte afin de procéder à des comparaisons plus tard lors de la vie du composant. Le détail des tests à effectuer est toujours le fruit d’un accord entre le constructeur et le client du transformateur.