Transformateur à colonnes
Le transformateur à colonnes est constitué de deux enroulements concentriques par phase. Ces enroulements sont montés sur un noyau ferromagnétique qui se referme à ses extrémités via des culasses afin d’assurer une bonne canalisation du flux magnétique .
Dans cette technologie, ce sont les enroulements qui entourent le circuit magnétique de manière à maximiser le couplage tout en minimisant le volume des conducteurs. Les conducteurs sont de dimensions variables et de topologies multiples, selon les puissances mises en jeux.
Le transformateur triphasé ainsi constitué est donc composé de trois paires de bobinages indépendantes et par la suite connectées entre elles selon différents schémas récurrents. Ces couplages permettent notamment l’adaptation des niveaux de courant et de tension aux caractéristiques nominales du transformateur au sein de son réseau. On retrouve ainsi des couplages dits en « étoile », en « triangle », ou en « zig-zag », voire d’autres, dérivés de ceux-ci et permettant la compensation de certains courants harmoniques.
Transformateur Cuirassé
Pour ce type de transformateur, le circuit magnétique entoure complètement le bobinage, ce qui lui confère un fonctionnement à « flux libre ».
La cuve assure le serrage de l’ensemble et le transformateur ainsi constitué est alors assuré d’une excellente rigidité mécanique associée à une grande compacité.
En contrepartie, le confinement résultant rend plus difficile le refroidissement de l’ensemble. Ces transformateurs sont utilisés principalement au sein des réseaux de transport et de répartition, où les surtensions transitoires sont fréquentes. Dans cet environnement, ils doivent se prémunir des effets néfastes, voire dévastateurs de ces surtensions sur les enroulements . Pour cela des écrans sont utilisés afin de réduire les contraintes liées aux champs électriques dans les bobinages.
Circuit magnétique
Constitution: Son rôle essentiel est de canaliser le flux. Pour augmenter la perméabilité magnétique et donc la diminution de la f.e.m et du courant nécessaire pur maintenir le flux voulu ; on utilise un acier spéciale : l’acier au silicium (à grains orientés).Pour diminuer les pertes par courants de Foucault on utilise des tôles isolées les unes des autres :
Par phosphatation : dépose par traitement thermochimique, Par vernis synthétique : application d’une résine en solution dans l’alcool qui se polymérise et durcit sous l’action de la chaleur. Résistance de l’isolant : 10 à 20 ȍ/cm², Epaisseur de la tôle : 0.30 à 0.35 mm
Types de circuits magnétiques : Dans le circuit magnétique on distingue les colonnes sur les quels reposent les bobines, des culasses fermants le circuit. Suivant l’emplacement de ces deux composants on distingue trois types de circuits :
Circuit magnétique cuirassé : on aura Circuit à 5 colonnes : on aura le flux magnétique de retour a un module très faible devant.
Circuit à 3 colonnes : c’est le type le plus utilisé. Le transformateur triphasé ainsi constitué est donc composé de trois paires de bobinages indépendantes et par la suite connectées entre elles selon différents schémas récurrents. Ces couplages permettent notamment l’adaptation des niveaux de courant et de tension aux caractéristiques nominales du transformateur au sein de son réseau. On retrouve ainsi des couplages dits en « étoile », en « triangle », ou en « zig-zag », voire d’autres, dérivés de ceux-ci et permettant la compensation de certains courants harmoniques.
Section des colonnes : Si pour les faibles puissances les sections sont carrées, on réalise des sections circulaires pour les grandes puissances .En effet, les bobines sont à section circulaire pour des raisons de résistance aux efforts électrodynamiques entre spires en cas de court-circuit ainsi que pour une réalisation plus facile.
Pour avoir une meilleure utilisation du fer on doit donc se rapprocher de la section circulaire ; on y parvient en réalisant des gradins.
Pour des puissances plus grandes les sections des colonnes comportent des canaux de refroidissement.
assemblage colonne –cuirassé : La réalisation de joints magnétiques qui réduisent le plus possible l’entrefer permet d’obtenir la réluctance minimale du circuit donc des pertes faibles. : Joints enchevêtrés : les extrémités des tôles de la colonne et de la culasse sont enchevêtrés les unes avec les autres.
Joints à coupe oblique : Dans le cas des tôles à cristaux orientés qui favorisent le passage du flux dans le sens du laminage, le joint doit être à 45°.Dans ce cas il faut un faible recouvrement obtenu en décalant le joint
Le serrage des tôles est effectué par des tiges filetés, régulièrement répartis et isolés du circuit magnétique. Le serrage et l’assemblage des culasses et des noyaux sont obtenus par des matériaux non magnétiques.
Bobinages
Emplacement: Selon l’emplacement des enroulements sur les colonnes on distingue : 9 Bobinage concentrique (en tonneau): L’enroulement BT est placé près de la colonne car la distance d’isolation entre la bobine et la colonne sera la plus faible. 9 Bobinage mixte : Pour éviter les très forts ddp entre les spires d’extrémité de deux couches successives, on réalise des bobines plates (galettes) qui sont montées en série les unes avec les autres. Utilisé surtout en HT et THT 9 Bobinage alterné en galettes : Les galettes MT et BT sont alternées, l’empilage est terminé par les galettes BT plus faciles à isoler du circuit magnétique.
Réalisation : Suivant le mode de réalisation de bobinage on distingue les bobines en cylindre des ceux en hélice x Enroulement en cylindre : Ils sont soit en une seule couche, soit en plusieurs couches Ils sont utilisés surtout comme bobinage BT pour des courants < 800 A en conducteur plat Les bobines cylindriques en plusieurs couches en conducteur à section circulaire sont utilisés comme enroulement HT pour une tension <36 kv x Enroulement en hélice : la bobine est composée de spires utilisant de 4 à 20 conducteurs de section carrée en parallèle. Pour diminuer les pertes du au non symétrie de distribution du flux, on réalise une transposition des conducteurs au sein des spires. Les enroulements en hélice sont les plus robustes et sont utilisés comme bobinage BT pour des transformateurs de grande puissance ( I > 300 A).
Défaut de Court circuit
Le court-circuit de spires est donc le défaut le plus nuisible et le plus fréquemment rencontré au bobinage du transformateur, même si les risques d’ouverture de phase (conducteur coupé) demeurent physiquement réalisables.
En effet, on a vérifié expérimentalement que le courant circulant dans les spires en court-circuit est dix fois plus important que le courant nominal.
L’augmentation de la température qui s’en suit entraîne la destruction en cascade des isolants et par effet cumulatif, la destruction complète de transformateur.
Comme les fils en cuivre sont dimensionnés pour une certaine gamme de puissance, un échauffement anormal peut être à l’origine d’une destruction des isolants mettant ainsi en court-circuit plusieurs spires de la bobine. Ce défaut est de loin le plus répandu et le plus dangereux dans le cas de la bobine d’un transformateur.
Au contraire du défaut précédent qui a pour effet de réduire simplement le nombre de spires de la bobine, un court-circuit est à l’origine d’un nouveau bobinage court-circuité parcouru par un fort courant induit noté icc. Il en résulte un champ magnétique additionnel Hcc dans la bobine ayant la même direction que le champ nominal. Il apparaît donc deux bobinages :
le bobinage principal dont le nombre de spires se trouve réduit à Ns – Ncc spires (où Ncc est le nombre de spires en court-circuit).
Ce bobinage est parcouru par un courant noté i à l’origine du champ principal (mode commun), le bobinage de Ncc spires en court-circuit avec une excitation magnétique notée Hcc (mode différentiel), orienté selon le même axe que l’excitation principale.
Table des matières
Introduction générale
Chapitre 1 CONSTITUTION ET FONCTIONNEMENT D’UN TRANSFORMATEUR DE PUISSANCE
I.1. Principales définitions
I.2. Invention
I.3. Types de Transformateurs
I.3.1. Transformateur à colonnes
I.3.2. Transformateur Cuirassé
I- CIRCUIT MAGNETIQUE
a) Constitution
b) Types de circuits magnétiques
c) Section des colonnes
d) assemblage colonne –cuirassé
II – BOBINAGES
a) Emplacement
9 Bobinage concentrique (en tonneau)
9 Bobinage mixte
9 Bobinage alterné en galettes
b) Réalisation
x Enroulement en cylindre
x Enroulement en hélice
III – ISOLATION
a) Définition
b) Accessoires
– Ecran de sécurité
– Traversée isolante
c) Niveau d’isolement
IV – REFROIDISSEMENT
a) différents modes de refroidissement
b) Symboles désignant le type de refroidissement
V- AUTRES ACCESSOIRES
x Prises de réglage
x Refroidissement
x Bornes
x Le coffret de raccordement et circuits auxiliaires
x Les accessoires
a- le conservateur
b- le dessiccateur d’air (silicagel)
x Appareils et dispositifs de contrôle et de protection
1- Eclateurs
2- Parafoudres
3- Protection masse cuve
4- Protection différentielle
5- Image thermique
6- Thermostat
7- Indicateur de niveau de huile
8- Prise de terre
9- Accessoires et dispositifs divers
VI- COUPLAGE DES TRANSFORMATEURS
1) modes de couplage
2) Indice horaire
V- Conclusion
Chapitre 2 DÉFAUTS ET MODELISATION DES ANSFORMATEURS DE PUISSANCE
Introduction
I. 1 Défauts et leurs causes
I. 1.1 Défauts
iii défauts lies à la fabrication
iii défauts d’ordre mécanique
iii défauts d’ordre atmosphérique
iii défaut d’ordre électrique
I. 1.2 Les causes
I. 1.3 La mesure
II. Structure du Transformateur
