L'année dernière, j'ai aidé une usine à remplacer un transformateur. Le responsable a déclaré avec assurance : « Notre charge n'est pas importante, 200 kVA suffisent. » Deux mois plus tard, lors des journées les plus chaudes de l'été, le boîtier du transformateur était trop chaud pour être touché et la jauge de température d'huile dépassait la ligne d'alarme de 85 degrés. Nous avons vérifié : ils avaient discrètement ajouté des équipements au fil des ans, et la charge réelle était déjà bien supérieure à la valeur nominale du transformateur. En agrandir une plus grande signifiait que l'ancienne fondation ne fonctionnerait pas et que les travaux de génie civil coûtaient énormément d'argent.
Dimensionner un transformateur semble simple, mais ce n'est pas le cas. La plupart des gens ne regardent que la capacité et ignorent la tension, les pertes, le type d'installation et l'équipement auxiliaire correspondant. Voici quelques choses que j'ai apprises en passant du temps sur place.
La capacité nominale n’est pas « plus grande est meilleure », mais trop petite est un désastre. La capacité du transformateur est en kVA et non en kW. Beaucoup de gens confondent puissance active et puissance réactive. Un transformateur de 1 000 kVA à un facteur de puissance de 0,9 peut fournir 900 kW ; à un facteur de puissance de 0,8, seulement 800 kW. Avant de choisir une capacité, déterminez la charge réelle, puis ajoutez de la marge. Visez généralement un chargement de 65 % à 75 %. En dessous de 50 % pendant une longue période, les pertes à vide consomment trop d'énergie ; au-dessus de 85 % pendant de longues périodes, la marge de surcharge est mince et la chaleur estivale peut la tuer. Pour les installations industrielles, ajoutez 20 à 30 % pour une expansion future au cours des trois à cinq prochaines années.
La classe de tension dépend du système d'alimentation et du côté charge. Les tensions primaires courantes sont 10 kV, 35 kV, 110 kV ; le secondaire est généralement de 0,4 kV (380 V/220 V). Les projets étrangers utilisent parfois 13,8kV, 24kV, 33kV. Vérifiez toujours la tension et la fréquence nominales du réseau local. La Chine utilise 50 Hz ; certains pays utilisent 60 Hz – un transformateur ne peut pas gérer les deux. Vérifiez également la plage de taraudage. Les changeurs de prises hors charge mesurent généralement ±2 × 2,5 % ; les changeurs de prises en charge offrent une gamme plus large. Si la tension fluctue beaucoup, choisissez un changement de prise en charge.
Les pertes sont des pertes à vide et des pertes en charge – c’est là que réside le coût à long terme. Un transformateur bon marché pourrait consommer beaucoup plus d’électricité sur cinq ans que la différence de prix. La perte à vide (perte du noyau) dépend du matériau et de la conception du noyau. Les noyaux en métal amorphe réduisent les pertes à vide d'environ 70 % par rapport à l'acier au silicium, mais ils coûtent plus cher. La perte de charge (perte de cuivre) dépend de la résistance de l'enroulement. Les enroulements en cuivre donnent moins de pertes que l'aluminium, mais ils sont plus lourds. Les normes nationales encouragent désormais les transformateurs à efficacité de niveau 1 et de niveau 2. Ils coûtent plus cher au départ, mais les économies d’électricité sont généralement amorties en trois ans. Si le transformateur fonctionne sous forte charge la plupart du temps, donnez la priorité à la perte de charge. S'il est légèrement chargé la plupart du temps, donnez la priorité aux pertes à vide.
Le type d’installation et l’environnement dictent la construction. Les transformateurs immergés dans l'huile (S11, S13, S20, etc.) sont moins chers, évacuent bien la chaleur et ont une bonne capacité de surcharge, mais ils nécessitent une protection incendie et conviennent aux sous-stations extérieures. Les transformateurs secs (SCB10, SCB12, SCB14, etc.) sont coupe-feu et peuvent entrer dans des ateliers ou des locaux électriques, mais ils coûtent plus cher et sont plus bruyants. Dans les zones côtières ou les usines chimiques présentant une forte corrosion, choisissez des boîtiers en acier inoxydable ou des revêtements spéciaux. À haute altitude (au-dessus de 1 000 m), déclassez le transformateur d'environ 1 à 2 % tous les 1 000 m supplémentaires, ou choisissez une unité de « type plateau ».
Les dispositifs de protection doivent être choisis en même temps que le transformateur. Du côté primaire, vous avez besoin de fusibles ou d'un disjoncteur. Le dimensionnement des fusibles doit correspondre à la capacité du transformateur et au courant de court-circuit. Pour les transformateurs inférieurs à 100 kVA, choisissez un fusible d'une puissance nominale de 2 à 3 fois supérieure au courant à pleine charge ; pour 100 kVA et plus, 1,5 à 2 fois. Un calibre de fusible trop élevé et un défaut secondaire ne feront pas sauter le fusible principal – le transformateur peut brûler. Trop faible, le courant d'appel le fera exploser à chaque mise sous tension. Du côté primaire également, vous avez besoin de parafoudres pour vous protéger contre la foudre. Choisissez un parafoudre à oxyde métallique adapté à la tension maximale du système et assurez-vous que la résistance de terre est bonne. Du côté secondaire, un disjoncteur à boîtier moulé et un parasurtenseur sont typiques.
La méthode de refroidissement et la protection contre la pénétration dépendent du site. Pour le type sec intérieur, le refroidissement par air forcé (AF) offre une capacité de surcharge à court terme plus élevée. Pour les extérieurs remplis d'huile, l'huile naturelle air naturelle (ONAN) est généralement suffisante ; si la charge est lourde, utilisez de l'huile à air pulsé naturel (ONAF). Indice de protection : IP54 pour l'extérieur (jets de poussière et d'eau), IP20 ou IP30 pour l'intérieur. L'entrée/sortie de câble peut être supérieure, inférieure ou latérale. Confirmez avant de commander, sinon vous obtiendrez une unité qui ne se connecte pas.
Un autre point facile à manquer : la tension d'impédance et la capacité de tenue aux courts-circuits. La tension d'impédance (Uk %) affecte la régulation du courant de court-circuit et de la tension. Pour les transformateurs de distribution, le % Uk est généralement de 4 % ou 6 %. Si la capacité de court-circuit du système est élevée, choisissez un transformateur à haute impédance pour limiter le courant de défaut, sinon l'appareillage de commutation en aval risque de ne pas pouvoir le couper. Avant la livraison, confirmez que les caractéristiques de résistance dynamique et thermique (courant de tenue de pointe et courant de tenue de courte durée) répondent aux exigences du système.
Informations sur la plaque signalétique et problèmes de remplacement. Lorsqu'on remplace un vieux transformateur, le pire est d'en acheter un qui ne convient pas. Mesurez l'entraxe des boulons de base, la position et la hauteur des bagues primaire/secondaire, ainsi que les dimensions hors tout. Envoyez tous les numéros au fabricant et vérifiez qu'il s'agira d'un remplacement direct. Sinon, vous modifierez la fondation à grands frais. Vérifiez également les anciens fusibles et parafoudres du transformateur – ils devront peut-être être remplacés en même temps. Il est préférable de choisir des produits correspondants de la même marque, afin que les dimensions s'alignent.
Voici donc ce qu'il faut retenir : le dimensionnement d'un transformateur ne consiste pas seulement à choisir un nombre de kVA. Tension, pertes, type d'installation et fusibles et parafoudres correspondants : si l'un d'entre eux est désactivé, des problèmes s'ensuivront. Rassemblez les paramètres du réseau du site, le profil de charge, l'environnement, le budget et la durée de vie prévue, puis transmettez les données à un fabricant professionnel pour des devis et une comparaison. C'est ainsi que vous obtenez le bon.