Caractéristiques et applications des transformateurs de type sec

Actuellement, les transformateurs secs chinois sont principalement des transformateurs triphasés à enroulement massif de la série SC, tels que : le transformateur triphasé à enroulement de la série SCB9, le transformateur triphasé à feuille métallique de la série SCB10 et le transformateur triphasé à feuille métallique de la série SCB9. Leur tension se situe généralement entre 6 et 35 kV, pour une puissance maximale de 25 MVA. On distingue principalement deux catégories de transformateurs secs : les transformateurs secs imprégnés et les transformateurs secs à résine.

1. Transformateur sec imprégné

Le fil conducteur du transformateur sec imprégné utilisé en Chine est recouvert de fil de verre, et le support est imprégné à chaud d'un matériau isolant adapté. Ce type de transformateur est principalement utilisé dans les centrales hydroélectriques et les immeubles de grande hauteur, car il offre une bonne résistance au feu.

En raison de la différence de peinture d'imprégnation, l'isolation du transformateur est divisée en B, F, H, C, isolation principale et isolation verticale (isolation principale entre les enroulements et isolation entre les enroulements et le noyau).

L'isolation verticale désigne l'isolation entre différents points et différentes parties de l'enroulement du transformateur présentant des potentiels différents, notamment les performances d'isolation entre les spires, les couches et les sections de l'enroulement. L'air est utilisé comme milieu isolant.

Ce type de transformateur est plus sensible à l'environnement que le transformateur sec à résine, son apparence et son poids sont également plus importants, et sa puissance de sortie, tant au niveau national qu'international, tend à diminuer.

Il existe des joints d'étanchéité aux deux extrémités de l'enroulement, ne craignent pas les courants d'air, offrent une forte résistance au feu, une protection contre les incendies en champ libre à 750 ℃, il s'agit d'un type de transformateur sec relativement nouveau. 1.2 Les transformateurs secs à résine, représentant les principaux produits de transformation à coulée de résine actuellement fabriqués en Chine, peuvent être divisés en trois catégories.

Le premier type, appelé transformateur à coulée bobinée, est à haute tension par coulée cylindrique à rupture bobinée, et à basse tension par coulée cylindrique (ou cylindrique segmentée) bobinée ; Li Qian, Shaanxi provincial Electric Power (group) Co., LTD. Remarque concernant la coulée sans remplissage.

Le deuxième type, appelé transformateur à enroulement feuilleté, est de type à enroulement feuilleté segmenté pour la haute tension et de type à enroulement feuilleté pour la basse tension ; le moulage est réalisé avec un matériau de remplissage.

Le troisième type, à haute pression pour le bobinage de fil, type de coulée de cylindre de rupture, type d'enroulement de feuille de cuivre (ou de feuille d'aluminium) à basse pression ; le moulage est effectué sans remplissage.

Les trois types de produits mentionnés ci-dessus présentent des caractéristiques propres en termes de fabrication et de performances, et occupent actuellement une part de marché significative. Cet article porte sur les transformateurs bobinés par coulée.

2. Transformateur moulé bobiné

2.1. Caractéristiques structurelles

Dans la deuxième centrale électrique de Baoji, province du Shaanxi, les transformateurs secs utilisés dans l'usine sont tous des transformateurs coulés à fil enroulé, avec un calibre de tension de 6 kV, une capacité de 100 kVA à 1600 kVA et une installation intérieure.

Les enroulements haute et basse tension du produit sont en fil de cuivre, entièrement bobinés, renforcés de fibres de verre, avec une isolation mince, en résine sans charge, imprégnés par coulée sous vide et durcis selon la courbe de durcissement à température spécifique.

L'enroulement haute tension adopte une structure cylindrique segmentée spéciale, et l'enroulement basse tension adopte un type cylindrique multicouche, un type cylindrique segmenté ou un type cylindrique segmenté spécial selon le niveau de tension.

2.2 Caractéristiques techniques

2.2.1 Le bobinage à résistance aux chocs du transformateur HT adopte une structure cylindrique sectionnelle spéciale. Cette structure est basée sur un bobinage à bobine sectionnelle classique et un bobinage cylindrique sectionnel ordinaire. Elle a hérité des avantages de la résistance aux chocs du bobinage à bobine et a résolu la contradiction entre la couche de bobinage à bobine et la haute tension. Il s'agit d'une structure de bobinage idéale, souvent appelée structure de bobinage non résonante.

Comparé au cylindre segmenté ordinaire, le cylindre segmenté spécial permet de réduire davantage la tension entre les couches, d'améliorer la répartition de la tension et d'accroître considérablement la résistance aux chocs pour supporter les surtensions atmosphériques et les surtensions de fonctionnement.

La résistance aux chocs dépend non seulement de la structure de l'enroulement, mais aussi de la qualité de la coulée de l'enroulement et des propriétés électriques du matériau isolant.

Une fois l'enroulement du produit terminé, on lui verse de la résine pure sous vide, sans ajout de charge, afin de ne pas réduire les propriétés d'écoulement de la résine.

Et comme l'enroulement est réalisé avec du fil, la résine peut complètement saturer l'enroulement, que ce soit dans la direction axiale ou radiale, et il n'y a pas de bulles à l'intérieur.

Résumé : Cet article présente la classification et les caractéristiques des transformateurs secs, et se concentre sur les caractéristiques structurelles des transformateurs bobinés, leurs caractéristiques techniques, leur système de refroidissement, leur système de régulation de température, etc., et résume les perspectives de développement des transformateurs secs. Mots-clés : transformateur sec ; classification des transformateurs bobinés.

Composée de résine et de fibre de verre, cette isolation solide offre non seulement une bonne résistance aux chocs, mais aussi une très faible décharge locale.

2.2.2. Bonne résistance mécanique et forte résistance aux courts-circuits. Pour le bobinage cylindrique segmenté, après coulée sous vide, la résine peut être imprégnée en une seule fois entre les couches, les spires et les sections du bobinage.

Après durcissement, la résine, le fil et la fibre de verre sont étroitement liés pour former une structure rigide et résistante. Les propriétés mécaniques de haute résistance de cette structure confèrent aux produits de coulée bobinée une bonne résistance aux courts-circuits.

Le coefficient de dilatation thermique du matériau isolant composite, formé par polymérisation de résine et de fibres de verre, est de (18 ~ 20)×10⁻⁶/K, tandis que celui du cuivre utilisé dans l'enroulement est de 17×10⁻⁶/K, valeurs très proches. Ceci permet d'éliminer les contraintes mécaniques entre le conducteur de l'enroulement et le matériau isolant, contraintes dues à la dilatation thermique et à la contraction à froid lors du fonctionnement du transformateur. On élimine ainsi tout risque de fissuration.

Le produit étant moulé en résine à haute et basse pression et le noyau en fer étant recouvert de résine, il présente une forte résistance à l'humidité et à la corrosion. Même lorsque l'humidité relative de l'air atteint 100 %, il peut fonctionner pendant une longue période.

Grâce à l'isolation composite composée de résine pure et de fibres de verre, qui possède une rigidité diélectrique extrêmement élevée, l'épaisseur de l'isolation de surface du produit n'est que de 1,5 à 2 mm, ce qui améliore considérablement l'efficacité de dissipation thermique de la surface de l'enroulement.

2.3. Système de refroidissement et protection

Les transformateurs secs sont refroidis par ventilation naturelle et par circulation d'air forcée. Le refroidissement par ventilation naturelle est privilégié pour garantir le fonctionnement normal du transformateur sous charge nominale. Les transformateurs secs utilisés dans la centrale électrique de Baoji n° 2 sont tous refroidis par ventilation forcée au moyen d'un ventilateur radial.

Après refroidissement par circulation d'air forcée, la capacité d'un transformateur sec de 800 kVA et moins peut être augmentée de 40 %, et celle d'un transformateur sec de 800 kVA et plus peut être augmentée de 50 %, et il peut fonctionner en continu.

Les transformateurs secs sont généralement de type IP00 (sans enveloppe) et destinés à un usage intérieur. La centrale électrique secondaire de Baoji utilise ce mode de protection. Il est également possible d'ajouter une enveloppe de protection sur demande.

Le boîtier IP20 empêche la pénétration de corps étrangers solides de plus de 12 mm et constitue une barrière pour les pièces sous tension. Lorsque la protection IP23 est adoptée, en plus de la fonction de protection IP20, elle offre également une protection contre les projections d'eau.

2.4. Système de régulation de la température

Le fonctionnement sûr et fiable ainsi que la durée de vie d'un transformateur de puissance dépendent largement de l'isolation sûre et fiable de ses enroulements. Une température des enroulements supérieure à la température d'isolation est l'une des principales causes de la destruction de l'isolation et du dysfonctionnement du transformateur.

Le transformateur bobiné de la série SC est équipé du système de protection et de contrôle automatique de température XMTB. Un élément de mesure de température à résistance thermique en platine est intégré dans la première spire du fil d'enroulement basse tension afin de détecter automatiquement l'élévation de température de l'enroulement, d'afficher la température de l'enroulement triphasé basse tension et d'assurer sa protection thermique.

En cas de changement de température ambiante et de charge, lorsque l'enroulement atteint la température limite, le contrôleur de température enverra automatiquement un signal pour contrôler le démarrage du ventilateur (110 ℃), l'arrêt du ventilateur (90 ℃), l'alarme (120 ℃) ​​et le déclenchement (145 ℃), de sorte que le produit dispose d'une protection fiable contre les surcharges en fonctionnement.

Les transformateurs bobinés de la série SC3 adoptent la technologie brevetée M&C pour la détection et le contrôle de la température des enroulements du transformateur, et produisent un contrôleur de température capable de détecter directement la température des enroulements et de réaliser le contrôle du refroidissement par air forcé (AF), l'alarme de surchauffe et le déclenchement en cas de surchauffe du transformateur.

Après la mise au point du régulateur de température, le transformateur est d'abord mis en service, puis le régulateur est alimenté. Ce dernier fonctionne en mode automatique et assure la détection et la protection de la température du transformateur. Lorsque la température de l'enroulement dépasse 110 °C, le régulateur active le ventilateur pour un refroidissement forcé. Si la température de l'enroulement descend en dessous de 90 °C sous refroidissement forcé, le ventilateur s'arrête.

Si la température de l'enroulement augmente encore, le régulateur de température émet une alarme de surchauffe (155 °C) et un signal de déclenchement de surchauffe (170 °C). En cas de panne du régulateur de température et d'impossibilité de le retirer temporairement, retirez-le ; le transformateur peut continuer à fonctionner, il suffit de le surveiller et de s'assurer de son bon fonctionnement.

3. Comparaison entre transformateur sec et transformateur immergé dans l'huile

Les avantages significatifs et le faible coût des transformateurs immergés dans l'huile sont difficiles à remplacer par d'autres types de transformateurs. Dans les lieux publics, pour répondre aux exigences de protection contre l'incendie et d'installation en extérieur, les transformateurs immergés dans l'huile resteront, actuellement et pour une période encore longue, la norme.

Cependant, pour les lieux où les exigences en matière de protection contre l'incendie sont élevées, on utilise des transformateurs à sec ou à liquide ininflammable. Le transformateur à sec possède une capacité de surcharge supérieure à celle du transformateur immergé dans l'huile, principalement en raison de sa densité de courant plus faible, de sa capacité thermique plus importante et de sa constante de temps d'enroulement plus élevée.

Comparativement aux transformateurs immergés dans l'huile, les conditions de fonctionnement de l'isolation des transformateurs secs sont améliorées. Les transformateurs immergés dans l'huile sont plus répandus, notamment en installation extérieure.

La plage d'alimentation des transformateurs secs est réduite, leur utilisation en intérieur est privilégiée. Comparés aux transformateurs immergés dans l'huile, ils présentent une amplitude de tension de foudre plus faible, une vitesse de propagation de l'onde plus lente et une probabilité de foudroiement moindre.

Les transformateurs secs sont souvent protégés par des parafoudres à oxyde métallique, qui limitent non seulement les surtensions atmosphériques, mais aussi les surtensions internes.