Lorsque vous demandez à cinq ingénieurs la distinction entre un transformateur de puissance et un transformateur de distribution, vous obtenez cinq réponses différentes. Dans un projet, par exemple, un transformateur monté sur socle de 2 500 kVA sera appelé transformateur de distribution, tandis que dans un autre projet, ce même équipement appartiendra à la catégorie des petits transformateurs de puissance. Cet article examinera les définitions dans les normes, les implications pratiques de ces définitions et comment identifier la catégorie dans laquelle un transformateur donné se situe en fonction de sa plaque signalétique, de sa classe de refroidissement ou d'une image de l'installation en question.
En résumé : Un transformateur de puissance transmet un courant à haute capacité du niveau de transmission au niveau de sous-transmission ; ses niveaux de tension standard commencent à 33 kV et plus avec un niveau de puissance de 500 kVA à des centaines de MVA, et sa construction fonctionne à pleine capacité en passant une charge de 90-100%. En revanche, un transformateur de distribution convertit la tension de moyenne à basse dans la plage de 35 kVA à 500 kVA avec une tension primaire de 11 kV à 35 kV et une tension secondaire du transformateur d'environ 230-480 V, et son fonctionnement est basé sur des niveaux de charge de 50% à 75% car la charge n'est pas constante. La société Subian produit des transformateurs immergés dans l'huile de classe distribution et des transformateurs de type sec, d'où sa gamme de produits se compose principalement de transformateurs de classe distribution.
La manière la plus claire de les distinguer : position dans la chaîne
Oubliez la plaque signalétique pendant un instant et concentrez-vous sur l'emplacement de l'unité. L'unité de génération monte au niveau de tension de transmission à l'installation de génération. L'unité de transmission transporte cette tension à travers le pays. Ensuite, la sous-transmission et la distribution primaire la réduisent progressivement. Le transformateur qui est responsable de la dernière diminution – celui qui alimente un bâtiment ou une rue – est un transformateur de distribution, peu importe son kVA.
Tout ce qui précède la dernière diminution, à partir de l'unité de génération jusqu'à la sous-station d'interconnexion, est un transformateur de puissance. Il n'a pas de lien direct avec un consommateur. La lumière ne diminue pas pour une seule personne lorsque un transformateur de puissance est allumé ; cependant, pour toute une région, elle le fait. Ce simple fait concernant sa connexion aux utilisateurs finaux explique presque chaque déviation de conception, du cycle de service à l'importance accordée à la taille de l'unité.
Tension et capacité : où l'industrie trace la ligne
L'IEEE 141 décrit la répartition traditionnelle des capacités. Selon celle-ci, la capacité pour le type distribution se situe entre 3 et 500 kVA tandis que le type puissance couvre toutes les capacités à partir de 500 kVA. De même, la norme IEEE C57.12.00, qui énonce les exigences générales pour les transformateurs immergés dans un liquide, a la même valeur de démarcation pour le type de transformateurs. Cela signifie que cela reste la norme acceptée, mais il existe de légères déviations à ce sujet parmi les fabricants et les entreprises effectuant le travail sur le terrain.
| Paramètre | Transformateur de puissance | Transformateur de distribution |
|---|---|---|
| Tension primaire | 33 kV à 765 kV | 11-35 kV (classes américaines 15 / 25 / 35 kV) |
| Tension secondaire | 33 kV à 220 kV aux nœuds de transmission | 230-480 V (480/277 V, 208/120 V, 400/230 V) |
| Capacité nominale | Au-dessus de 500 kVA ; couramment 5-500 MVA | 3-500 kVA selon IEEE 141 ; jusqu'à 2 500 kVA en pratique |
| Classe de tension | HV et EHV | MV primaire, LV secondaire |
| Où il se trouve | Stations de production, sous-stations de transmission, interconnexions | Poteaux, dalles, voûtes, salles électriques intérieures |
| Qui il sert | Réseaux et services publics | Utilisateurs finaux, bâtiments, petite industrie |
Dans ce domaine, la catégorie de tension est considérée comme l'outil d'identification le plus fiable. Si la tension secondaire utilisée se situe dans les plages de tension d'utilisation, nous avons affaire à un transformateur de distribution. En revanche, si les deux enroulements fonctionnent au niveau de transmission, nous avons affaire à un transformateur de puissance, même si les dessins peuvent indiquer qu'il est très petit.
Cycle de service et efficacité : la différence qui coûte réellement de l'argent
Les gens sous-estiment presque complètement l'importance des pertes en fer et en cuivre. Les pertes en fer (à vide) se produisent en continu 24 heures sur 24, et les pertes en cuivre (en charge) dépendent du carré du courant instantanément. Les transformateurs de puissance fonctionnent très près de leurs valeurs nominales en continu, c'est pourquoi le concepteur égalise les pertes en cuivre et en fer à pleine charge et rend la densité de flux suffisamment élevée pour diminuer le noyau. Les transformateurs de distribution fonctionnent en continu mais fournissent de l'énergie uniquement pendant les heures de pointe, c'est pourquoi le concepteur s'efforce de minimiser les pertes en fer et accepte le fait que les pertes en cuivre prévaudront à pleine charge. L'efficacité du transformateur de distribution se situe autour de 50%-75%.
En conséquence, l'efficacité ordinaire calculée par les moyens de la pleine charge est totalement erronée pour le dispositif de distribution. L'efficacité sur toute la journée, calculée comme la somme des énergies produites pendant 24 heures divisée par la somme des énergies entrantes du transformateur, est la meilleure option pour cette situation. Le transformateur de 100 kVA qui a 300 W de pertes en fer et 1 200 W de pertes en cuivre à pleine charge peut démontrer 98,7% d'efficacité sur toute la journée malgré l'efficacité instantanée fluctuante.
C'est pourquoi la puissance et son dimensionnement correct sont d'une importance capitale du côté de la distribution, plus que ce qui est normalement attendu. Si l'unité est surdimensionnée, les pertes en fer s'appliquent à l'unité qui ne fonctionne jamais. Si le transformateur est sous-dimensionné, les pertes en cuivre entraînent des pénalités à chaque pic. Le profil de charge, et non la seule demande de pointe, est ce qui devrait guider la sélection du kVA, et un calcul de charge approprié se traduira généralement par une unité plus petite que ce que la charge connectée suggère.
Différences de conception que vous pouvez voir et mesurer
En s'approchant d'un transformateur, on peut voir de nombreux éléments de conception. Les transformateurs de puissance sont de grands conteneurs remplis d'huile équipés de conservateurs, de radiateurs, de respirateurs, et parfois de plusieurs méthodes de refroidissement, commençant par le refroidissement naturel connu sous le nom de ONAN, et passant à ONAF, OFAF, ou OFWF selon la charge et la température ambiante. Le choix entre ces deux familles est souvent déterminé par l'emplacement de l'unité plutôt que par la charge, car les transformateurs immergés dans l'huile et les transformateurs à sec ont des obligations de séparation incendie et de maintenance complètement différentes.
| Aspect de conception | Transformateur de puissance | Transformateur de distribution |
|---|---|---|
| Classe de refroidissement | ONAN / ONAF / OFAF / OFWF, parfois eau | ONAN ou à sec (AN/AF) |
| Densité de flux | Plus élevé, fonctionnant près du genou de la courbe B-H | Plus bas, échangé contre l'efficacité tout au long de la journée |
| Changeur de prises | Changeur de prises sous tension (OLTC) courant, souvent ±8 étapes ou plus | Changeur de prises hors circuit (OCTC), typiquement ±2 × 2.5% |
| Impédance (%Z) | Sélectionné pour la coordination des défauts et la stabilité du réseau, souvent 8-20% | Sélectionné pour limiter le courant de défaut et contrôler la chute de tension, couramment 2.5-7.5% |
| Protection | Protection différentielle, relais Buchholz, DGA, intégration SCADA | Fusibles HV, parafoudres, jauge de température, détection à distance occasionnelle |
| Masse | Des dizaines à des centaines de tonnes sur des fondations permanentes | Montable sur poteau ou socle, occasionnellement sous 100 kg pour les types à sec |
| Durée de vie typique | 25-40 ans | 15-25 ans |
La première de ces lignes concerne le changeur de prises : un OLTC signifie que le transformateur peut contrôler la tension tout en étant alimenté, ce qui est utile si une unité doit contrôler le profil de tension dans toute la région. Pour le transformateur de distribution, il sera réglé lors de la mise en service puis oublié, car personne ne voudrait déconnecter un quartier juste pour ajuster la prise pendant la charge de pointe. La ligne suivante traite de l'impédance. Sa valeur est choisie de manière à ce que le courant de défaut atteignant l'équipement de service du client soit limité. C'est également la raison pour laquelle %Z pour les unités de 500 kVA est généralement inférieur à celui du même transformateur de puissance de taille équivalente.
Types et sous-classes de chaque côté
Aucune catégorie n'est monolithique, et les sous-classes vous indiquent à quoi sert l'unité avant que vous ne lisiez une seule évaluation. Monté sur socle et type sec transformateur de distribution Les configurations représentent la grande majorité des demandes industrielles et commerciales, donc ce sont les deux lignes qu'il vaut la peine de connaître correctement.
| Classe | Types courants | Utilisation typique |
|---|---|---|
| Puissance | Transformateur élévateur de générateur (GSU) | Augmente la sortie du générateur à la tension de transmission |
| Autotransformateur de transmission | Interconnecte deux niveaux de tension de transmission | |
| Transformateur d'interconnexion de sous-station / système | Réduit la transmission à la sous-transmission | |
| Distribution | Monté sur poteau (aérien) | Zones résidentielles avec lignes aériennes ; IEEE C57.12.20 |
| Monté sur socle | Distribution souterraine suburbaines et commerciales ; IEEE C57.12.34 | |
| Submersible / coffre | Souterrain urbain, sujet à des inondations | |
| Type sec | Utilisation intérieure — hôpitaux, centres de données, salles électriques de grands immeubles |
La ligne de type sec est également importante. Il n'y a pas d'huile à enflammer d'abord et aucun bunding n'est nécessaire, ce qui fait des transformateurs de distribution de type sec le meilleur candidat pour une utilisation intérieure où un transformateur rempli de liquide devrait se conformer aux règles de séparation incendie. L'inconvénient, cependant, est le niveau de bruit et le fait que les transformateurs de type sec sont principalement destinés à des évaluations inférieures dans le même encombrement. Par conséquent, c'est généralement le code du bâtiment et non l'ingénieur qui décide de mettre un transformateur de type sec plutôt qu'un transformateur rempli de liquide.
Normes et tests : ce qui change avec la classe
Les classes ont les mêmes origines, bien que leur contenu diffère les uns des autres. IEEE C57.12.00 traite des exigences de base pour les transformateurs liquides. IEEE C57.12.10 est destiné aux transformateurs de puissance tandis que IEEE C57.12.20 est destiné aux transformateurs aériens et IEEE C57.12.34 est destiné aux transformateurs montés sur socle. Au niveau international, le rôle de ces documents est assumé par IEC 60076 et les normes ANSI/IEEE sont référencées en cas d'implication des services publics américains.
Il existe deux actions réglementaires qui peuvent être prises concernant un équipement de distribution qui sont très rarement abordées dans le cas de la spécification des transformateurs de puissance #. La première est la réglementation sur l'efficacité énergétique ; aux États-Unis, les réglementations sur l'efficacité énergétique du DOE s'appliquent aux équipements de distribution et la raison est qu'il est nécessaire d'indiquer les pertes à vide et à charge testées avec les tolérances pertinentes. Cette formulation transforme une fiche de spécification de transformateur en un document contractuel plutôt qu'une brochure, et les chiffres de perte garantis sont ce contre quoi le test d'usine est mesuré. Un autre avantage est que la production des unités de distribution est effectuée en série afin qu'elles soient soumises à la même conformité pour toutes les utilisations plutôt que de devoir subir différentes vérifications sur site. Cela conduit au fait qu'il est beaucoup plus important d'obtenir le certificat de tests que d'obtenir une brochure marketing.
Quel que soit le type que vous achetez, vous devez demander la liste des tests de routine conformément aux spécifications : paramètres de rapport et de relation de phase, impédance de court-circuit (mesure d'impédance), pertes à vide, pertes en charge et valeurs de résistance d'isolement. Demandez le certificat de test de routine réel qui correspond au numéro de série plutôt qu'un rapport de test de type émis pour la famille de produits.
Là où la frontière s'estompe réellement
Voici trois points qui rendent la ligne de 500 kVA confuse pour les personnes impliquées dans l'assistance à la production.
Premièrement, grande distribution. Les services publics commandent des transformateurs montés sur socle de 1 000, 1 500 ou 2 500 kVA dans n'importe quel réseau de distribution. Selon la définition de l'IEEE 141, ces unités sont classées comme transformateurs de puissance, mais leurs capacités fonctionnelles, installées et intentions de conception devraient suggérer qu'elles appartiennent à la catégorie des transformateurs de distribution. En général, on peut dire que la pratique aux États-Unis est plus axée sur la fonctionnalité que sur la classification.
Deuxièmement, transformateurs élévateurs dans les installations de production. Par exemple, un transformateur de 1 500 kVA qui élève la tension de 480V à 13,8 kV dans une installation solaire peut être soit un transformateur de puissance, soit un transformateur de distribution. Tout dépend des spécifications faites par un client concernant les caractéristiques opérationnelles requises d'une unité, y compris la classe de refroidissement, la présence d'un changeur de prises, le niveau d'impédance, etc.
Troisièmement, groupes de vecteurs et interconnexion. Une fois que vous mettez des transformateurs en parallèle, la compatibilité des groupes de vecteurs devient la contrainte principale, quelle que soit la classe, donc deux unités de puissance similaire provenant de classes différentes peuvent être électriquement incompatibles tandis que deux unités de décennies différentes fonctionnent harmonieusement en parallèle. Si vous vous trompez de groupe de vecteurs, le courant circulant le trouvera, donc c'est une question de configuration, pas de classe.
Lequel avez-vous réellement besoin ?
Commencez par les exigences de la charge. Si la tension secondaire correspond à celle utilisée par l'équipement, vous devrez utiliser un transformateur de distribution, ce qui signifie que le processus de sélection sera un simple calcul basé sur le profil de charge, où à travers le kVA, on peut évaluer la charge de pointe, la croissance future de la charge, et choisir le système de refroidissement et la solution de montage. Si des deux côtés du transformateur la tension est la tension actuelle, alors le transformateur est considéré comme un transformateur de puissance car le but principal de l'unité est de connecter les systèmes plutôt que de remplir sa fonction selon la charge. Cela signifie que le processus de spécification dépendra du niveau de défaut et de l'impédance.
Il y a deux erreurs majeures qui sont généralement commises lors de l'achat d'un transformateur : la première est d'acheter un transformateur sous-dimensionné qui ne peut pas servir les charges de pointe, et la seconde est d'acheter une unité selon les spécifications du transformateur de puissance, alors qu'il est en réalité possible d'acheter un transformateur de distribution, qui couvrira également la charge.
Le problème peut être évité en effectuant une étude approfondie avant de prendre toute décision d'achat.
Subian produit une gamme de produits dans le segment des équipements de distribution tels que les transformateurs de distribution, les transformateurs d'instrumentation et les systèmes de mise à la terre neutre. L'entreprise n'a pas de transformateurs de puissance en stock et nous informerons les clients à ce sujet en cas de projet nécessitant un. En cas de nécessité de créer un profil de charge, nous répondrons à cette exigence avec les résultats de test nécessaires.
FAQ
Quels sont les quatre principaux types de transformateurs ?
Il existe quatre catégories bien connues de transformateurs basées sur leur principe de fonctionnement. La classification la plus utile pour les acheteurs segmente les transformateurs en transformateur de puissance, transformateur de distribution, transformateur d'instrumentation (courant et tension) et transformateur à sec. Dans la plupart des cas, les projets industriels impliquent l'utilisation non pas de transformateurs de puissance mais des trois derniers types de transformateurs.
Quel est le but d'un transformateur de distribution ?
Cette étape effectue la dernière réduction de tension avant que l'électricité n'atteigne l'utilisateur final, car elle abaisse la tension moyenne du distributeur à une tension d'utilisation comme 480/277 V, 208/120 V ou 400/230 V. Étant donné qu'elle se connecte directement aux charges ici, elle est conçue pour être efficace à tout point de la courbe de charge qui varie de quelques pourcents à la pleine capacité chaque jour.
Quelle est la différence entre un transformateur et une alimentation électrique ?
Un transformateur modifie la tension du courant alternatif (CA) en s'appuyant uniquement sur l'induction électromagnétique ; il ne fait rien d'autre puisque les transformateurs ne fournissent pas de sortie régulée ou d'électricité redressée, ce qui n'apporte qu'une tension CA modifiée. Une alimentation électrique utilise un transformateur ou une étape de commutation avec des composants responsables des processus de redressement, de filtrage et de régulation ; ainsi, elle est capable de générer de l'électricité de qualité requise pour garantir que l'électronique puisse recevoir un signal d'entrée constant.
Quels sont les différents types de transformateurs de distribution ?
Les unités aériennes sont conçues pour être montées sur des poteaux, les types montés sur socle à utiliser dans les distributions souterraines, les types de voûte ou submersibles peuvent être employés à ces fins, et les types à sec peuvent être utilisés à l'intérieur. Un autre aspect est que toutes ces catégories ont des types monophasés et triphasés. Le type de montage préféré est souvent décidé par la localité, les spécifications et exigences pour l'unité, ainsi que les pratiques de l'utilitaire local.
Un transformateur de distribution peut-il être utilisé comme transformateur de puissance ?
Pas de manière sûre en revenant en arrière. Une unité de distribution n'est pas construite pour les tensions, les courants de court-circuit et l'application de charge continue des installations de transmission. Un échec de conception entraînera une urgence lorsqu'elle est utilisée ici, car les impédances et les réglages de protection des autres éléments ne seront pas valides.
Un transformateur de puissance a-t-il toujours un OLTC ?
En général, cependant pas toujours. Le changement de prise sous tension est courant car les transformateurs de puissance régulent fréquemment l'état de tension de l'ensemble du réseau. Certaines unités de liaison et de surélévation de générateur utilisent des changeurs de prise hors circuit ou des rapports fixes combinés avec une régulation supplémentaire, faisant des spécifications OEM la seule source de référence fiable.
Références
- IEEE — C57.12.00 Exigences générales pour les transformateurs de distribution, de puissance et de régulation immergés dans un liquide
- IEEE — C57.12.20 Transformateurs de distribution de type aérien
- IEEE — C57.12.34 Transformateurs de distribution de type compartiment monté sur socle
- IEEE — IEEE 141 Pratique recommandée pour la distribution d'énergie électrique pour les installations industrielles
- IEC — IEC 60076 Power Transformers series
- US Department of Energy — Distribution transformer energy conservation standards
- UL Solutions — Transformer listing and certification reference
Conclusion
The simplified interpretation indicates that a:Transmission transformer connects systems at transmission voltages and is tailored for continuous use at full capacity;Distribution transformer completes the final reduction of voltage before distribution and is designed for varied usage;While size provides a decent guide at a level of 500kVA, it is actually voltage category and duty cycles that prove to be the best references in practice.
In most cases, however, the real work of users takes place on the distribution side where the issues behind matching the transformer to load profile, cooling and mounting set-up as well as checking losses against the set efficiency requirements is performed. If you deal with a project of 1,000-2,500 kVA that oversteps the line between the two categories, make sure you get the specification written according to a function rather than type, and demand a routine testing certificate prior to releasing the equipment from the factory.