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% | Conception spéciale à haute température ambiante |
| Au-dessus de 1 000 m d'altitude | Déclasser ~1% par 100 m au-dessus de 1 000 m | Confirmer l'isolation et le refroidissement |
Astuce 4 : Choisissez délibérément l'agencement de prélèvement
Le niveau de tension du bus dans une sous-station n'est que rarement à la valeur nominale ; il varie de temps en temps en fonction de la charge et de la situation du réseau. Les changeurs de prises à vide (±2 × 2.5% est normal) gèrent les variations qui se produisent lentement et sans coûts supplémentaires. Mais lorsque les niveaux de tension fluctuent considérablement au cours de la journée, les changeurs de prises sous charge (OLTC) permettent au système de rester dans les tolérances tout au long de la journée sans éteindre la sous-station, mais en ajoutant environ 10-25% au coût et nécessitant un entretien périodique.
Astuce 5 : Comparez les pertes garanties, pas seulement le prix
Étant donné que le transformateur auxiliaire a un facteur de charge élevé tout au long de la journée, les pertes d'exploitation deviennent un coût inévitable. La perte à vide (perte de noyau) est encourue comme pendant la perte à vide ; la perte de charge se produit en fonction de l'utilisation. Évaluez les propositions en fonction des pertes et comparez-les. À un coût moyen de l'électricité d'environ $0.10-$0.15/kWh, 500 W de perte à vide peuvent coûter environ $440-$660 par an, entraînant un coût total de $11,000-$16,500 sur 25 ans d'exploitation. Demandez des données sur les pertes à vide et de charge aux fournisseurs conformément à la norme IEC 60076-1 et comparez-les.
| Différence de perte à vide | Coût annuel @ $0.10/kWh | Coût annuel @ $0.15/kWh | Valeur capitalisée sur 25 ans |
|---|---|---|---|
| 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 |
Astuce 6 : Choisissez entre immergé dans l'huile ou type sec pour le site
Les systèmes d'isolation fonctionnent selon l'environnement physique. La plupart du temps, les sous-stations extérieures utilisent des transformateurs remplis d'huile. Cette technologie est robuste, résistante aux intempéries et facile à entretenir, l'huile refroidit et isole. Les installations intérieures, les voûtes souterraines et les endroits avec des risques d'incendie (proches des salles de contrôle et des installations des personnes) utilisent des transformateurs en résine coulée de type sec qui ne nécessitent pas de confinement d'huile, avec un risque d'incendie très faible et moins d'entretien. Le coût des transformateurs en résine coulée peut être de 20 à 40 % plus élevé que celui des homologues remplis d'huile, mais l'efficacité de l'élimination des murs anti-incendie, des fosses à huile et de la gestion de l'huile peut faire pencher la balance en faveur des transformateurs secs en cas de nécessité de localiser un transformateur à l'intérieur selon le code de prévention des incendies.
Astuce 7 : Exigez la documentation de test IEC 60076
Le rapport d'essai sert de seule preuve concluante que l'article, en termes de ses spécifications, répond aux normes requises. Il est nécessaire de demander un rapport d'essai standard conformément aux normes IEC 60076 détaillant le rapport de tension, le groupe vectoriel, la résistance des enroulements, l'impédance et les pertes sous forme de perte de charge, perte à vide et courant, en plus des tests diélectriques. Pour les projets critiques, le rapport d'essai de type (test d'élévation de température, test de résistance au court-circuit selon IEC 60076-5, niveau sonore) et, si requis par le projet, un test ou une inspection témoigné à l'usine effectué par un tiers doivent être demandés. Il est crucial de s'assurer que le rapport d'essai est envoyé avec l'expédition pour la procédure douanière.
Erreurs de spécification courantes à éviter
| Erreur | Conséquence | Correction |
|---|---|---|
| kVA sous-évalué à partir de l'arithmétique de la plaque signalétique | Surchauffe, déclenchement, courte durée de vie | Utiliser la demande enregistrée plus une marge de 15–20% |
| Mauvais groupe vectoriel sur la commande | Mauvaise opération de protection, échec de fonctionnement en parallèle | Confirmer Dyn11/Dyn5 avec le schéma de la station |
| Ignorer la température ambiante | Élévation de température excessive dans les climats chauds | Déclasser selon la fiche technique ou augmenter la classe de refroidissement |
| Choisir OLTC là où des prises hors circuit suffisent | Coût et maintenance inutiles | Faire correspondre le type de prise à la variation de tension réelle |
| Accepter une offre sans garanties de perte | Coût d'exploitation à vie caché | Exiger des chiffres de perte IEC 60076 et les capitaliser |
| Sauter la vérification du rapport d'essai | Défauts de fabrication non détectés | Exiger un rapport d'essai de routine avant l'expédition |
Marques Principales et Gammes de Prix
| Marque | Pays | Focalisation sur le produit | Plage de prix indicatif (US$) |
|---|---|---|---|
| ABB | Suisse/Suède | Transformateurs de service de station à pleine gamme | $4,000–$60,000 |
| Siemens | Allemagne | Unités auxiliaires utilitaires et industrielles | $3,500–$55,000 |
| Schneider Electric | France | Unités de type sec et en résine coulée | $2,500–$40,000 |
| Hitachi Energy | Suisse | Transformateurs auxiliaires de qualité utilitaire | $4,500–$70,000 |
| Eaton | États-Unis | Unités commerciales et légères industrielles | $2,000–$35,000 |
| Jiangsu Subian Electric Power | Chine | Types immergés dans l'huile et à sec, groupes vectoriels personnalisés | $2,000–$35,000 |
Les fourchettes de prix sont indicatives pour les transformateurs avec des puissances comprises entre 50kVA et 2 500kVA et dépendront d'un certain nombre de facteurs, y compris les pertes, le groupe vectoriel et les caractéristiques supplémentaires qui peuvent être incluses. Des noms tels qu'ABB, Siemens, Schneider Electric, Hitachi Energy et Eaton ont défini les normes de qualité d'ingénierie pour ce domaine des transformateurs, donc leur documentation pourrait être considérée comme un point de référence pour le développement. Si l'on recherche un fournisseur capable de livrer le même niveau de conformité avec la norme IEC 60076 mais à un prix inférieur, l'un des producteurs chinois qui possède la plus grande expérience en exportation est Jiangsu Subian Electric Power Co., Ltd. L'entreprise chinoise produit à la fois des transformateurs immergés dans l'huile et des transformateurs à sec de différentes puissances allant de dizaines de kVA à des dizaines de MVA, propose des groupes vectoriels traditionnels ou sur mesure, des options de double secondaire, ainsi que des transformateurs sous charge et hors circuit. Vous pouvez consulter la gamme de produits sur le site Web de Subian Electric.
Questions Fréquemment Posées
Quelle est la différence entre un transformateur auxiliaire et un transformateur de distribution ?
Les principes de conception sont les mêmes ; la distinction réside dans l'objectif et la position. Un transformateur de distribution fournit de l'énergie aux consommateurs — résidences, magasins, petites usines — le long du réseau. Un transformateur auxiliaire alimente les systèmes au sein d'une centrale électrique ou d'une sous-station — contrôle, protection, éclairage, refroidissement et charge de batterie. Puisque sa charge maintient la centrale en fonctionnement, un transformateur auxiliaire fonctionne souvent à un facteur de charge plus élevé qu'un transformateur de distribution et est conçu avec une plus grande considération pour les pertes et la fiabilité.
Quelle puissance kVA est typique pour un transformateur de service de station ?
Avoir une exigence de charge auxiliaire. Une petite sous-station de distribution nécessitera probablement seulement environ 50–200 kVA pour ses auxiliaires, tandis qu'une grande sous-station EHV ou une centrale électrique peut avoir plusieurs unités variant de 1 000 à 2 500 kVA, présentant parfois des secondaires doubles pour les moteurs et les alimentations de contrôle. Sélectionnez une taille basée sur la charge auxiliaire réelle plus une marge de 15–20 % au lieu de suivre la règle générale.
Un transformateur auxiliaire peut-il être installé à l'intérieur ?
Bien sûr. En ce qui concerne l'installation intérieure, il est plus conseillé d'utiliser un transformateur auxiliaire à sec en résine coulée, car il n'est pas soumis à une exigence de confinement d'huile, a une faible probabilité d'incendie et nécessite moins d'entretien. Dans le cas des sous-stations extérieures, les unités immergées dans l'huile sont pratiquement toujours utilisées. La sélection du système d'isolation ne doit pas dépendre de la règle générale ; elle doit dépendre des caractéristiques du site et des exigences du code de la construction contre les incendies.
Le transformateur auxiliaire doit-il avoir un changeur de prises sous charge ?
Seulement si la tension de votre bus change suffisamment pour affecter l'alimentation de 0,4 kV, vous avez besoin d'un OLTC. Les prises hors circuit (±2 x 2.5%) sont efficaces pour gérer les variations lentes de tension sans coût supplémentaire. Un OLTC augmente le prix du système et les coûts d'exploitation de 10-25%, mais il protège les électroniques de contrôle vulnérables dans des réseaux instables, où une panne vaut généralement le coût engagé.
Subian fournit-elle des rapports d'essai avec les transformateurs auxiliaires ?
Absolument. Tous les transformateurs auxiliaires de Subian sont accompagnés d'un rapport d'essai standard avant expédition conformément à la norme IEC 60076, qui inclut des tests tels que le rapport, le groupe vectoriel, l'impédance, les pertes et les tests diélectriques. Il est possible d'organiser d'autres types de rapports d'essai requis pour des projets tels que des tests témoins et une inspection par un tiers avant que la commande ne soit finalisée.
Références
- IEC 60076-1 — Transformateurs de puissance : Général — la norme régissant le classement, les pertes et les tests des transformateurs auxiliaires.
- IEC 60076-5 — Capacité à Résister aux Courts-Circuits — la norme de vérification pour la robustesse au court-circuit des unités de service de station.
- IEC 60076-3 — Niveaux d'Isolation et Essais Dielectriques — définit les exigences d'isolation et de test référencées dans les demandes de devis.
- NEMA TP-1 — Efficacité Énergétique pour les Transformateurs de Distribution — le critère d'efficacité utilisé dans l'évaluation des pertes en Amérique du Nord.
- Eaton — Gamme de produits de transformateurs — documentation de fabricant représentative pour comparaison.
- UL 1561 — Norme de sécurité des transformateurs de type sec — liste de sécurité pertinente pour les unités auxiliaires intérieures et de type sec.
Conclusion
Le transformateur auxiliaire est le cheval de bataille silencieux de toute sous-station fiable, et sa sélection appropriée repose sur sept décisions clés : définir la taille en tenant compte des exigences de charge et en permettant des marges de 15-20% ; fixer la paire de tension et le groupe vectoriel ; fournir l'adéquation du mécanisme de refroidissement avec les conditions d'utilisation ; être prudent lors du choix de la connexion de prise ; comparer les coûts des pertes capitalisées ; et sélectionner soit l'unité immergée dans l'huile, soit de type sec en fonction des exigences du site d'installation ; et demander les résultats des tests IEC 60076. Toutes les décisions peuvent être pratiquement vérifiées, et c'est la totalité des décisions qui permet de différencier une station de 25 ans d'une station échouant lors de l'été initial. Jiangsu Subian Electric Power est un fabricant réputé de transformateurs auxiliaires à la fois immergés dans l'huile et de type sec conformes aux normes IEC 60076, fournissant des preuves de test complètes et des prix très équitables. Contactez l'entreprise via le site officiel avec vos données de charge de station et votre schéma de tension pour recevoir une proposition adaptée aux spécifications.