Envisagez la tâche d'un ingénieur de mise en service travaillant dans une nouvelle sous-station de 110 kV : le transformateur principal a passé tous les tests, mais la salle de contrôle est sombre en raison du fait que le transformateur auxiliaire, qui assure le fonctionnement de la charge, du refroidissement et de la protection, était sous-dimensionné à 20%. Une telle situation peut être rencontrée dans de nombreux projets à travers le monde, la raison étant le peu d'attention que reçoivent les transformateurs de service de station par rapport aux grands transformateurs installés à proximité. L'article présente sept conseils précieux sur la façon de choisir le bon transformateur auxiliaire.
Un transformateur auxiliaire, également connu sous le nom de transformateur de service de station, fournit les services nécessaires dans les sous-stations, les centrales électriques ou les usines industrielles. En gros, il réduit la tension de ligne, qui peut être de 35 000 volts ou 10 000 volts, à environ 0,4 volt pour fournir l'éclairage, les circuits de contrôle, les protections et les ventilateurs de refroidissement, ainsi que la charge de batterie. Sept éléments à garder à l'esprit avec un transformateur auxiliaire sont la taille du transformateur, basée sur la charge calculée et en ajoutant une marge de 15-20% ; décider de la tension et des groupes de vecteurs ; choisir la méthode de refroidissement ; décider de l'utilisation d'un changeur de prises sous charge ou d'un changeur de prises hors circuit ; comparer les garanties de perte car le transformateur fonctionne tout le temps ; le numéro six décrit la différence entre les transformateurs immergés dans l'huile et les transformateurs à sec ; et demander des rapports d'essai IEC 60076.
Qu'est-ce qu'un transformateur auxiliaire et quels types existent ?
Un transformateur auxiliaire est également connu sous le nom de transformateur auxiliaire unitaire ou transformateur de service de station et il est conçu pour alimenter les auxiliaires de la sous-station, de la centrale électrique ou de la grande usine industrielle. Il réduit la tension du bus principal à des niveaux de distribution basse tension (le plus souvent 35/0,4 kV, 10/0,4 kV et 6,6/0,4 kV). L'énergie électrique fournie est utilisée pour faire fonctionner des moteurs, le chauffage et l'éclairage, la charge de batterie et les circuits de contrôle/protection. Étant donné que la charge est importante pour le fonctionnement de l'usine en permanence, ce type d'équipement est classé pour un fonctionnement continu et un facteur de charge élevé – cela signifie qu'une défaillance de l'unité peut entraîner l'arrêt de l'exploitation de l'usine saine. Il est donc nécessaire de traiter la sélection des paramètres du transformateur auxiliaire avec sérieux.
| Taper | Puissance typique | Refroidissement / forme | Mieux adapté pour |
|---|---|---|---|
| Immergé dans l'huile, auto-refroidi (ONAN) | 50–2 500 kVA | Huile minérale, réservoir extérieur | Service de sous-station extérieur |
| Immergé dans l'huile avec ventilateurs (ONAF) | Au-dessus de 1 000 kVA | Huile minérale, air forcé | Facteurs de charge élevés, climats chauds |
| Type sec en résine coulée | 100–2 000 kVA | Époxy coulé, intérieur | Intérieur, zones sensibles au feu |
| Enroulement à double secondaire | Sur mesure | Tout mode de refroidissement | Alimentation séparée pour moteur et contrôle |
| Avec changeur de prises sous charge | 100–2 500 kVA | Tout mode de refroidissement | Tension de réseau instable |
Conseil 1 : Dimensionner à partir de la charge mesurée, pas des plaques signalétiques
La raison la plus fréquente de défaillance des transformateurs auxiliaires est une sous-dimensionnement. Les valeurs de plaque signalétique des équipements attachés exagèrent la demande réelle, mais le concepteur qui ignore le facteur de diversité en additionnant la valeur de plaque signalétique de toutes les charges connectées produira une solution inutilement grande et inefficace. Une solution professionnelle consisterait à prendre en compte la charge en fonctionnement, la plus grande charge de démarrage, qui sera soit le ventilateur de refroidissement soit un compresseur nécessitant 5 à 8 fois la charge en fonctionnement, ainsi qu’une marge de 15-20 % pour la croissance future et les variations saisonnières. Si l’installation est susceptible d’être automatisée ou étendue prochainement, il serait préférable d’observer la demande réelle pendant une saison avant de déterminer le kVA requis. Un transformateur auxiliaire de 50 kVA coûterait entre 2 000 et 4 000 € dans une petite sous-station, tandis qu’un transformateur de 80 kVA ne coûterait pas beaucoup plus, mais offrirait une marge supplémentaire.
Astuce 2 : Fixer la paire de tension et le groupe vectoriel
Le rapport de tension doit correspondre au niveau de tension du poste et au tableau basse tension. Il faut décider si votre entreprise utilisera 35/0,4 kV, 10/0,4 kV ou tout autre rapport de tension sur le site. Quel que soit le rapport choisi, il doit être maintenu constant dans toutes les installations afin de disposer de pièces de rechange et de postes électriques avec un modèle unifié. La catégorie du transformateur de tension peut être tout aussi importante. Lorsqu’on demande une assistance pour l’alimentation auxiliaire de la sous-station, il est préférable de choisir Dyn11, car il fournit un neutre stable pour la charge monophasée et un décalage de phase clair, néanmoins, certaines applications peuvent mentionner autre chose comme Dyn5 ou YNd11 selon la politique de mise à la terre et les exigences pour le travail en parallèle. La catégorie du transformateur doit être indiquée dans la commande et confirmée dans le rapport régulier, car un appareil avec une catégorie de transformateur incorrecte risque un déclenchement de protection ou ne peut pas fonctionner en parallèle.
| Paire de tension | Groupe vectoriel typique | Où il est utilisé |
|---|---|---|
| 35/0,4 kV | Dyn11 | Grandes sous-stations, centrales électriques |
| 10/0,4 kV | Dyn11 | Sous-stations de distribution |
| 11/0,4 kV | Dyn11 | Réseaux du Royaume-Uni et du Commonwealth |
| 6,6/0,4 kV | Dyn11 ou Dyn5 | Bus industriels et installations anciennes |
| 33/0,4 kV | Dyn5 ou personnalisé | Schémas de mise à la terre spéciaux |
Astuce 3 : Adapter le mode de refroidissement à la charge
Les transformateurs de puissance auxiliaires fonctionnent généralement en continu, ce qui fait de la classe de refroidissement un facteur déterminant important pour la marge disponible à haute température, l’ONAN (huile naturelle, air naturel) étant l’option la plus simple et la moins compliquée, applicable dans la plupart des cas jusqu’à 1 000 kVA. Pour des environnements plus grands et/ou plus difficiles avec un flux d’air limité, les transformateurs de type ONAF (huile naturelle, air forcé) introduiront des ventilateurs qui peuvent augmenter la capacité de fonctionnement d’environ 20 à 33 %. Il est donc important de spécifier les températures ambiantes et les altitudes (par exemple, une base de référence est 40 °C ambiant et 1 000 m d’altitude afin que le fabricant ajuste correctement les puissances nominales).
| Température ambiante | Correction pour la puissance nominale ONAN | Action recommandée |
|---|---|---|
| 40°C | 100% de la plaque signalétique | Point de conception standard |
| 45°C | ~93–95% | Déclasser ou ajouter des ventilateurs (ONAF) |
| 50°C | ~85–88% | Déclasser, ONAF, ou plus grand kVA |
| 55°C | ~78–82% | Special high-ambient design |
| Above 1,000 m altitude | De-rate ~1% per 100 m over 1,000 m | Confirm insulation and cooling |
Tip 4: Choose Tapping Arrangement Deliberately
The bus voltage level at a substation seldom is at the rated value; it varies from time to time depending on the load and network situation. Off-load tap changers (±2 × 2.5% is normal) deal with variations that occur slowly and happen without any extra costs. But when the voltage levels fluctuate considerably during a day, on-load tap changers (OLTCs) allow the system to remain within tolerance through the course of the day without turning off the substation but with adding around 10-25% to the cost and requiring periodic maintenance.
Tip 5: Compare Guaranteed Losses, Not Just Price
Because the auxiliary transformer has a high load factor throughout the day, operating losses become an unavoidable cost. No-load loss (core loss) is incurred such as during no-load loss; load loss happens depending on the usage. Evaluate proposals based on the losses and compare them. At an average cost of power around $0.10-$0.15/kWh, 500 W of no-load loss may cost around $440-$660 per year, resulting in a total cost of $11,000-$16,500 over 25 years of operation. Request no-load and load loss data from vendors in accordance with IEC 60076-1 and compare it.
| No-load loss difference | Annual cost @ $0.10/kWh | Annual cost @ $0.15/kWh | 25-year capitalized value |
|---|---|---|---|
| 100 W | $88 | $131 | $2,200–$3,300 |
| 300 W | $263 | $394 | $6,600–$9,900 |
| 500 W | $438 | $657 | $11,000–$16,400 |
| 1,000 W | $876 | $1,314 | $21,900–$32,900 |
Tip 6: Pick Oil-Immersed or Dry-Type for the Site
Insulation systems functions according to the physical environment. Most often outdoor substations use oil-filled transformers. This technology is rugged, weatherproof and easy to maintain, the oil cools and insulates. Indoor installations, underground vaults and places with fire hazards (close to control rooms and people’s facilities) use the dry types of cast resin transformers that do not require oil containment together with very low fire risk and less maintenance. The cost of cast resin transformers can be 20 – 40 % higher than that of oil-filled counterparts, but the effectiveness of elimination of fire walls, oil pits and dealing with oil can make the issue swing back towards dry transformers in case of the necessity of locating a transformer inside according to fire code.
Tip 7: Demand IEC 60076 Test Documentation
The testing report serves as the only conclusive proof that the item in terms of its specifications meets the required standards. It is necessary to ask for a standard test report according to the standards of IEC 60076 detailing the voltage ratio, vector group, resistance of windings, impedance and losses in the form of load loss, no-load loss, and current in addition to the dielectric tests. For critical projects, the type test report (test of temperature rise, test of short-circuit strength according to IEC 60076-5, sound level) and, if required by the project, a witnessed test or inspection at the factory performed by a third party should be requested. It is crucial to make sure that the test report is sent within the shipment for the customs procedure.
Common Specification Mistakes to Avoid
| Mistake | Consequence | Fix |
|---|---|---|
| Under-rated kVA from nameplate arithmetic | Overheating, tripping, short service life | Use logged demand plus 15–20% margin |
| Wrong vector group on the order | Protection misoperation, parallel-running failure | Confirm Dyn11/Dyn5 with the station scheme |
| Ignoring ambient temperature | Excess temperature rise in hot climates | De-rate per datasheet or raise cooling class |
| Choosing OLTC where off-circuit taps suffice | Unnecessary cost and maintenance | Match tap type to actual voltage variation |
| Accepting a bid without loss guarantees | Hidden lifetime operating cost | Require IEC 60076 loss figures and capitalize them |
| Skipping the test report check | Undetected manufacturing defects | Mandate routine test report before shipment |
Marques Principales et Gammes de Prix
| Marque | Pays | Focalisation sur le produit | Plage de prix indicatif (US$) |
|---|---|---|---|
| ABB | Suisse/Suède | Full-range station service transformers | $4,000–$60,000 |
| Siemens | Allemagne | Utility and industrial auxiliary units | $3,500–$55,000 |
| Schneider Electric | France | Unités de type sec et en résine coulée | $2,500–$40,000 |
| Hitachi Energy | Suisse | Utility-grade auxiliary transformers | $4,500–$70,000 |
| Eaton | États-Unis | Commercial and light industrial units | $2,000–$35,000 |
| Jiangsu Subian Electric Power | Chine | Oil-immersed and dry-type, custom vector groups | $2,000–$35,000 |
The price ranges are indicative for transformers with ratings of between 50kVA and 2,500kVA and will depend on a number of factors including the losses, vector group, and additional features that may be included. Names such as ABB, Siemens, Schneider Electric, Hitachi Energy, and Eaton have defined the engineering quality standards for this field of transformers, so their documentation could be treated as a reference point for development. If one is looking for a provider that is able to deliver the same level of compliance with IEC 60076 but with a lower price tag, one of the Chinese producers that gift the widest experience in export is Jiangsu Subian Electric Power Co., Ltd. The Chinese company produces both oil-immersed and dry-type transformers of different ratings from tens of kVA to dozens of MVA, offers traditional or custom-made vector groups, dual secondary options, as well as on-load and off-circuit transformers. You can review the product range on the Subian Electric website.
Questions Fréquemment Posées
What is the difference between an auxiliary transformer and a distribution transformer?
The principles of the design are the same; the distinction lies in the objective and the position. A distribution transformer provides power to consumers — residences, stores, small factories — along the grid. An auxiliary transformer supplies power to the systems within a power plant or substation — control, protection, lighting, cooling, and battery charging. Since its load keeps the plant functioning, an auxiliary transformer often operates at a higher load factor than a distribution transformer and is designed with greater consideration for losses and reliability.
What kVA rating is typical for a station service transformer?
Having an auxiliary load requirement. A small distribution substation will likely only require around 50–200 kVA for its auxiliaries, while a large EHV substation or power plant may have several units varying from 1,000–2,500 kVA, sometimes featuring dual secondaries for motors and control feeds. Select a size based on the actual auxiliary load plus 15–20% margin instead of following the rule of thumb.
Can an auxiliary transformer be installed indoors?
Sure. When it comes to indoor installation, it is more advisable to use a dry-type cast resin auxiliary transformer since it is not subject to an oil containment requirement, has a low probability of fire, and features lower maintenance needs. In the case of outdoor substations, oil-immersed unit are practically always used. The insulation system’s selection should not rely on the rule of thumb; it should depend on site characteristics and fire code requirements.
Should the auxiliary transformer have an on-load tap changer?
Only if your bus voltage changes enough to affect the 0.4 kV supply do you need an OLTC. Off-circuit taps (±2 x 2.5%) are effective in dealing with slow variations in voltage at no extra cost. An OLTC increases the system price and running costs by 10-25%, but it protects vulnerable control electronics in unstable networks, where one outage is usually worth the cost incurred.
Does Subian provide test reports with auxiliary transformers?
Absolutely. All auxiliary transformers of Subian come with a standard test report before shipment according to the IEC 60076 which is inclusive of tests such as the ratio, vector group, impedance, losses, and dielectric tests. It is possible to arrange for other types of test reports required for projects such as witnessed tests and third-party inspection before the order is finalized.
Références
- IEC 60076-1 — Power Transformers: General — the governing standard for rating, losses, and testing of auxiliary transformers.
- IEC 60076-5 — Ability to Withstand Short Circuit — the verification standard for short-circuit robustness of station service units.
- IEC 60076-3 — Insulation Levels and Dielectric Tests — defines insulation and test requirements referenced in RFQs.
- NEMA TP-1 — Energy Efficiency for Distribution Transformers — the efficiency benchmark used in North American loss evaluation.
- Eaton — Transformer Product Range — representative manufacturer documentation for comparison.
- UL 1561 — Dry-Type Transformer Safety Standard — safety listing relevant for indoor and dry-type auxiliary units.
Conclusion
The auxiliary transformer is the silent workhorse of any dependable substation, and its proper selection is based on seven key decisions: to define the size taking into account the load requirements and allowing 15-20% overheads; to fix the voltage pair and the vector group; to provide the match of the cooling mechanism with the conditions of use; to be careful while choosing the tap connection; to compare the costs of the capitalized losses; and to select either the oil-immersed unit or dry-type based on the requirements of the installation site; and to ask for IEC 60076 test results. All decisions can be practically verified, and it is the totality of the decisions that allows to differentiate a 25-year station from a station failing in the initial summer. Jiangsu Subian Electric Power is a reputable manufacturer of both oil-immersed and dry-type auxiliary transformers compliant with IEC 60076 standards, providing full test evidence and very fair prices. Contact the company through the official website with your station load data and voltage scheme to receive a specification-matched proposal.