Le planificateur de distribution examine une carte du réseau d'une région qui est encore en croissance. Bien que l'épine dorsale de 110 kV soit bien développée, le problème réside dans les alimentations de 10 kV situées à l'extrémité de chaque dérivation de 35 kV : les villages les plus éloignés ne reçoivent que 9,2 kV pendant les heures de pointe du soir, tandis qu'au barres de la sous-station située à côté de la station 110/35 kV, on peut lire 10,8 kV. Il n'y a pas de solution au problème sous la forme de nouvelles alimentations — l'entreprise de services publics ne peut pas se permettre cet investissement cette année, mais on peut mieux comprendre le positionnement et le dimensionnement des stations de transformateurs immergés dans l'huile de 35 kV qui se trouvent entre les deux niveaux de tension, où elles abaissent, régulent et distribuent l'électricité dans toutes les sorties en dessous.
L'article fournit une description de la situation avec le transformateur immergé dans l'huile de 35 kV et donne une idée de pourquoi cet équipement est considéré comme le nœud crucial du réseau électrique, comment il correspond à la hiérarchie 110/35/10 kV, quelles spécifications sont significatives à ce niveau, et quel est leur prix ainsi que comment les clients des économies émergentes devraient y faire face.
Un transformateur de 35 kV fait référence à un transformateur immergé dans l'huile qui aide à réduire la haute tension généralement évaluée à 110 kV ou 66 kV à un niveau de commutation d'environ 10 kV et même plus bas au niveau de transformateur de 400 V. Le transformateur généralement utilisé a une puissance nominale comprise entre 3 150 kVA et 31 500 kVA tandis que l'efficacité de l'unité est supérieure à 99%. L'acquisition du transformateur doit être basée sur les résultats des tests, l'influence d'un fabricant sur les pertes du transformateur ainsi que le niveau de service des machines électriques, plutôt que sur le coût d'achat uniquement.
Le Rôle du Niveau de Tension de 35 kV
La distribution d'électricité se fait en couches car il n'est pas rentable de transmettre à basse tension sur de longues distances. Le niveau de 35 kV joue un rôle important dans de nombreux réseaux à travers le monde, se situant entre la distribution de 10-20 kV et les niveaux de transmission de 110-220 kV. En Chine et dans de nombreuses régions d'Asie, d'Afrique, du Moyen-Orient et de certaines parties de l'Europe, 35 kV est la tension standard de sous-transmission, permettant la collecte d'énergie à partir de sous-stations de 110 kV et l'alimentation en électricité des alimentations de 10 kV, des usines de fabrication et des grands consommateurs d'énergie.
Mais pourquoi 35 kV et pas une tension plus élevée ou plus basse ? C'est le niveau qui est optimal pour les entreprises de services publics car elles sont capables de desservir plusieurs centaines de kilomètres carrés en utilisant un nombre pratique de sous-stations et de lignes aériennes. À 10 kV, la distribution d'électricité à partir de sous-stations de 110 kV entraînerait environ trois fois celle des courants d'alimentation, ce qui nécessiterait des quantités significativement plus élevées de cuivre ou d'aluminium utilisés. Pratiquement partout, augmenter la tension à 110 kV augmenterait considérablement les dépenses liées aux sous-stations.
Qu'est-ce qui fait d'un transformateur de 35 kV un nœud clé ?
Les transformateurs sont des nœuds où la tension, la protection et le contrôle changent simultanément. Dans la sous-station électrique, le transformateur immergé dans l'huile de 35 kV est l'unité la plus coûteuse car c'est celle qui fournit de l'électricité à tous les feeders secondaires. Donc, s'il tombe en panne, l'approvisionnement en électricité pour tous les utilisateurs d'électricité sera également perdu (jusqu'à 100 sous-stations de distribution ou des milliers d'utilisateurs). Si le transformateur est surdimensionné, l'utilitaire encourra des coûts de pertes à vide pendant de nombreuses années. Si le transformateur est sous-dimensionné, des points chauds endommageront l'isolation.
Étant un transformateur de 35 kV, c'est aussi un nœud de contrôle. Cela est dû à la présence de changeurs de prises sous charge qui stabilisent la tension à 10 kV lors des variations de charge. Si le transformateur ne peut pas maintenir cela, la tension fluctuera en fonction de la courbe de charge toute la journée. Le transformateur de 35 kV est également un nœud économique et le niveau des pertes, l'impédance et la position des prises influenceront les coûts d'exploitation et la fiabilité de l'ensemble du réseau.
Types de transformateurs immergés dans l'huile de 35 kV
| Taper | Puissance typique | Changeur de prises | Utilisation typique |
|---|---|---|---|
| Type de distribution (35/0,4 kV) | 315–2 500 kVA | Hors circuit | Alimentation de villages et de petites villes |
| Type de puissance (35/10,5 kV) | 3 150–31 500 kVA | Sous charge ou hors circuit | Réduction de tension de sous-station |
| Type élévateur (générateur) | 5 000–50 000 kVA | Hors circuit typiquement | Centrales renouvelables et petites centrales thermiques |
| Type à trois enroulements (35/10/6 kV) | 6 300–31 500 kVA | Sous charge sur HV | Sous-stations à tension mixte |
| Rural / monophasé | 50–200 kVA | Aucun | Distribution monophasée à distance |
La plupart des clients se verront vendre soit de petits systèmes de distribution (35/0,4 kV) responsables de l'alimentation en électricité des villages locaux, soit de plus grands systèmes de puissance (35/10,5 kV ou 35/10 kV) qui s'occupent des usines et des sous-stations. Les appareils de 6,3 à 20 MVA sont les plus largement utilisés, suffisamment grands pour fournir une bonne qualité d'ingénierie et suffisamment abordables en ce qui concerne les coûts d'expédition et d'installation.
Spécifications et normes clés
Tous les transformateurs de 35 kV sont construits et testés selon la série IEC 60076 (ou le parallèle IEEE C57.12.00 dans les Amériques). Les chiffres qui comptent à 35 kV :
| Paramètre | Valeur typique | Remarques |
|---|---|---|
| Résistance à l'impulsion de foudre | 170 kVp | IEC 60076-3, classe 35 kV LI |
| Résistance à la fréquence de puissance | 70 kV | Test appliqué AC selon IEC 60076-3 |
| Impédance de court-circuit | 7–8% | IEC 60076-5 |
| Élévation de température des enroulements | 65K en moyenne | À 40°C ambiant |
| Groupe vectoriel | YNd11 (35/10,5 kV) | Ou Dyn11 pour 35/0,4 kV |
| Efficacité | 99.0–99.5% | Dépend de la puissance et du niveau de perte |
| Refroidissement | ONAN / ONAF | IEC 60076-2 |
| Niveaux de perte | GB/T 6451 ou classe IEC | Les classes d'efficacité GB 20052 s'appliquent |
À 35 kV, il est important de considérer l'impédance avec soin. Une impédance plus faible (7%) réduit la chute de tension mais augmente le courant de court-circuit, ce qui met à rude épreuve l'appareillage et les enroulements du transformateur lui-même. Une impédance plus élevée (8-9%) réduit le courant de défaut mais entraîne une moins bonne régulation de la tension. Des valeurs suffisantes sont déterminées en fonction du niveau de défaut du réseau et de la puissance de l'appareillage de la sous-station, il convient donc de faire attention et de coordonner correctement tous les schémas étudiés avant de modifier l'impédance.
Dimensionnement et caractéristiques de charge
Pour dimensionner un transformateur de 35 kV, il doit y avoir une considération attentive de 3 paramètres de charge :
- Demande de pointe – il s'agit de la charge coïncidente la plus élevée en kVA dérivée des enquêtes de charge ou des relevés des compteurs ; le transformateur doit être capable de gérer cette charge en permanence en mode de refroidissement de base.
- Facteur de charge moyen – cela est calculé en prenant en considération la moyenne annuelle et en la divisant par la charge de pointe. Si le facteur de charge est élevé (environ 0,7 et plus), des conceptions à faible perte à vide sont encouragées ; si le facteur de charge est faible, alors peu de coût initial est préféré.
- Marge de croissance – généralement, le facteur est d'environ 15-25% de la durée de vie prévue, mais seulement si le plan de réseau le permet. Un transformateur surdimensionné ne générera aucun profit.
Comme l'un des exemples d'utilisation des sous-stations 35/10,5 kV, on peut dire que le transformateur avec une puissance de 10 MVA sera suffisant pour une ville d'environ 8000-15000 familles ou mini-industrie.
| Évaluation (35/10,5 kV) | Charge typique servie | Application typique |
|---|---|---|
| 3,15 MVA | 2 000–5 000 ménages ou petites industries | Sous-stations rurales, petites usines |
| 6,3 MVA | 4 000–8 000 ménages | Sous-stations de municipalité |
| 10 MVA | 8 000–15 000 ménages / industrie de taille moyenne | Sous-stations de district |
| 20 MVA | 15 000–30 000 ménages | Distribution urbaine |
| 31,5 MVA | 30 000+ ménages / complexe industriel de grande taille | Grandes sous-stations |
Le facteur de charge et les scénarios de croissance affectent ces chiffres, et ils constituent un outil de planification, pas un remplacement pour une étude de charge.
Un transformateur de 31,5 MVA est utilisé dans une grande zone urbaine ou un établissement industriel. Un transformateur de distribution typique à 35/0,4 kV a une capacité de 400 à 1 000 kVA selon la zone, en cohérence avec la théorie des études de charge déjà considérées à un niveau inférieur.
Position dans la hiérarchie du réseau
La place du transformateur 35 kV dans la pile de réseau est mieux vue comme un tableau :
| Couche de tension | Équipement typique | Fonction |
|---|---|---|
| Transmission 220/110 kV | Grands transformateurs de puissance 63–400 MVA | Transfert en vrac sur de longues distances |
| Sous-transmission 110/35 kV | Transformateurs de puissance 20–63 MVA | Alimente le réseau régional 35 kV |
| Distribution 35/10 kV | Transformateurs immergés dans l'huile 3,15–31,5 MVA | Réduit pour les alimentations 10 kV |
| 10/0,4 kV dernier kilomètre | Transformateurs de distribution 50–2 000 kVA | Dernière étape vers la tension consommateur |
Le niveau de tension 35/10 kV agit comme le nœud “ tronc ” de la distribution. C'est aussi le point où le réseau devient radial, où les zones de protection se réduisent, et où la régulation de tension rencontre sa dernière opportunité avant que les alimentations ne fournissent les charges aux transformateurs extérieurs. C'est aussi pourquoi une défaillance du transformateur 35 kV résonne si largement ; c'est le tronc, et tout ce qui suit perd l'alimentation.
| Puissance | Perte à vide (indicatif) | Pertes en charge (indicatif) | Efficacité à pleine charge |
|---|---|---|---|
| 3,15 MVA | ~4,5 kW | ~20 kW | >99,2% |
| 10 MVA | ~10 kW | ~50 kW | >99,4% |
| 20 MVA | ~18 kW | ~95 kW | >99,4% |
| 31,5 MVA | ~22 kW | ~140 kW | >99,5% |
Marques leaders et gammes de prix
Le marché 35 kV est desservi par toutes les grandes maisons de transformateurs. Prix FOB représentatifs pour les transformateurs de puissance 35/10,5 kV :
| Marque | Origine | prix de 3,15 MVA | prix de 10 MVA | prix de 31,5 MVA |
|---|---|---|---|---|
| Hitachi Energy | Japon/Global | $38,000–$52,000 | $55,000–$82,000 | $130,000–$200,000 |
| ABB | Suisse/Global | $35,000–$48,000 | $52,000–$78,000 | $130,000–$190,000 |
| Siemens Energy | Allemagne/Global | 34 000 €–47 000 € | $50,000–$75,000 | $125,000–$185,000 |
| Schneider Electric | France/Mondial | $32,000–$44,000 | $48,000–$72,000 | $120,000–$175,000 |
| Toshiba / Hyundai | Japon/Coree | $30,000–$42,000 | $46,000–$68,000 | $110,000–$170,000 |
| Jiangsu Subian Electric Power | Chine | $18,000–$30,000 | $28,000–$48,000 | $65,000–$110,000 |
Les disparités de prix reflètent la profondeur de l'ingénierie, la capacité de surveillance du service sur le terrain et le risque de marque de chaque fabricant significatif et ne représentent pas une simple majoration. Les fabricants les plus prestigieux portent avec eux des décennies de preuves d'échecs, de nombreux tests de type et des services de pièces de rechange dans le monde entier. Les entreprises de services publics qui dépendent d'installations critiques, mais uniques, peuvent accepter la prime. Pour les installations à volume élevé où un service local est disponible, les entités de Chine offrent l'équivalent des tests IEC 60076 à des prix inférieurs à 40-50%.
Jiangsu Subian Electric Power est une entreprise de Chine qui vend des transformateurs immergés dans l'huile avec des tensions de 35 kV allant de 3,15 MVA à 31,5 MVA, y compris les modèles 35/10,5 kV, 35/0,4 kV et des transformateurs à trois enroulements selon IEC 60076. Subian a amené ses produits en Asie, en Afrique, au Moyen-Orient et en Amérique du Sud pour soutenir les services publics et les entrepreneurs EPC avec à la fois le niveau standard et personnalisé des pertes ainsi que les rapports de tests d'acceptation en usine respectifs. Subian est un bon choix pour les planificateurs de services publics qui ont besoin de leurs transformateurs 35 kV dans le respect du budget et conformément aux normes IEC. Les détails des produits et les certificats sont sur subian-electric.com.
Comment se procurer un transformateur 35 kV
- Assurez-vous que la spécification élimine toute ambiguïté. Fournissez des détails sur le rapport de transformation, la puissance, l'impédance, le groupe vectoriel, la classe de perte, le niveau d'impulsion, la plage de prises, la méthode de refroidissement et la norme applicable (IEC ou IEEE). L'ambiguïté pointe vers l'offre conforme la moins chère plutôt que la meilleure.
- Analysez le coût total de possession. Prenez en compte l'impact des pertes à vide et en charge sur votre tarif et calculez sur une période de 20 à 25 ans. Une différence de $10 kW dans les pertes à vide se traduit par $7,000–8,700 par an sur la base de $0,08 à $0,1 par kWh.
- Fournissez les résultats des tests. Demandez un rapport de tests de routine par unité et un rapport de test de type pour la conception (y compris l'élévation de température, l'impulsion de foudre, la résistance au court-circuit).
- Incluez des inspections par des tiers. En cas de commandes à l'exportation, un audit d'usine ou un test témoin à un point de contrôle critique est évalué à 1-2% de la commande et évite les surprises de qualité.
- Discutez de la logistique. Une unité de 10 MVA pèse environ 25 tonnes et peut être transportée sur un camion standard, tandis qu'une unité de 31,5 MVA pèse environ 50-60 tonnes et nécessite une étude de parcours et une planification de grue.
- Considérez les pièces de rechange et le service. Parlez du relais Buchholz, des joints, des aérateurs et des contacts de rechange pour le changeur de prises lors du processus de commande, ainsi que de l'engagement de service du fabricant.
Fonctionnement et entretien
La durée de vie d'un transformateur 35 kV est surveillée par les quatre mesures de maintenance suivantes :
- Analyse annuelle de l'huile : DGA conformément à la norme IEC 60599 et résistance diélectrique conformément à la norme IEC 60422 (>50 kV/2,5 mm pour cette classe en fonctionnement) incluant l'évaluation de l'eau, de l'acidité et du tan delta.
- Inspection visuelle trimestrielle : Vérifiez le gel de silice du respirateur, le niveau d'huile, les fuites, la corrosion et la gestion de la végétation du radiateur et du réservoir.
- Service du changeur de prises : Respecter le calendrier de fabrication de l'OLTC. Dans la plupart des cas, cela devrait être autour de 50 000-100 000 pour les types de résistances immergées dans l'huile en fonctionnement.
- Surveillance de la température : Les températures de l'huile supérieure et des enroulements doivent être suivies conformément aux courbes de charge IEC 60076-7 et en cas de surveillance des points chauds.
La mise en œuvre de ces routines s'avère capable d'assurer que la durée de vie de conception d'un transformateur passe de 25 ans à plus de 30 ans. La plupart des cas de défaillance de transformateur en service peuvent être expliqués par de petits changements qui passent inaperçus : augmentation du rapport de gaz, diminution de la résistance diélectrique de l'huile ou joint qui fuit.
Questions Fréquemment Posées
Combien coûte un transformateur 35kV ?
Les unités de puissance 35/10,5kV coûtent en moyenne $18 000–$30 000 (3,15 MVA), $28 000–$48 000 (10 MVA) et $65 000–$110 000 (31,5 MVA) selon le fournisseur de produits fabriqués en Chine. Les prix des produits des fabricants européens et japonais tendent à être 50–80% plus élevés pour la même puissance. De plus, le coût des unités varie en fonction des pertes, du type de changeur de prises ou des accessoires.
Quelle est l'impédance standard pour un transformateur 35/10,5kV ?
Typiquement 7-8%. La valeur précise dépend du niveau de court-circuit du réseau et de la capacité nominale de l'équipement de commutation. La valeur standard est de 7.5% pour les transformateurs de distribution et de 8% pour les transformateurs de plus grande capacité, plus/moins 7.5% selon la norme IEC 60076-1.
Un transformateur 35kV peut-il être utilisé pour des systèmes 33kV ?
Pas tel quel. La conception pour les alternateurs 35kV peut presque toujours être re-tapée ou redessinée pour un niveau 33kV, mais il existe des différences dans les niveaux d'isolation, les tests d'impulsion et les plages de prises. 33kV est la norme dans les pays du Commonwealth et dans le Golfe, tandis que 35kV est la norme en Chine et dans une grande partie de l'Europe. Spécifiez toujours la tension de votre système et obtenez la conception la plus appropriée.
Comment savoir si j'ai besoin d'un changeur de prises sous charge ?
Si vous utilisez une tension de bus de 35kV ou 10kV et que vous ressentez environ ±2.5% pendant les opérations normales — généralement dans le cas de longues alimentations, de charges industrielles changeantes et de réseaux faibles — et que vous devez payer un supplément pour avoir de tels barres de bus, dans ce cas, cela signifie que l'OLTC peut être utile. Dans les cas où il n'y a pas de fluctuations dans le courant ou la charge, il suffit d'opter pour des prises fixes avec ±2 × 2.5%.
Quelle est la durée de vie typique d'un transformateur 35kV ?
L'entretien routinier varie de 25 à 35 ans. L'âge de l'isolation est influencé par la température des points chauds (chaque 6K au-dessus de la conception réduit approximativement la durée de vie du papier de moitié), la qualité de l'huile et la manière de charger. Les deux principaux facteurs affectant l'espérance de vie sont le DGA annuel et le maintien de la charge conformément aux directives IEC 60076-7.
Références
- IEC 60076-1 : Transformateurs de puissance – Général — Évaluations, prises, élévation de température et exigences de test pour les transformateurs de puissance.
- IEC 60076-3 : Niveaux d'isolation, tests diélectriques et distances de sécurité dans l'air — Définit le niveau d'impulsion de 170 kVp pour la classe 35kV.
- IEC 60076-5 : Capacité à résister au court-circuit — Vérification de la conception de court-circuit pour les transformateurs de puissance 35kV.
- IEC 61936-1 : Installations électriques dépassant 1 kV c.a. — Exigences d'installation pour l'équipement de sous-station 35kV.
- IEEE C57.12.00 : Transformateurs de distribution et de puissance immergés dans un liquide — Exigences nord-américaines équivalentes à IEC 60076.
- Portefeuille de transformateurs Siemens Energy — Référence pour les offres de transformateurs 35kV de qualité utilitaire.
- Site officiel de Jiangsu Subian Electric Power — Gamme de produits de transformateurs immergés dans l'huile 35kV et détails de certification.
Conclusion
Le transformateur immergé dans l'huile 35kV représente le cœur du réseau. C'est l'actif où se prennent les décisions de coût, de protection et de tension, et où les pannes ont des effets sur des milliers de clients. Les spécifications correctes concernant un tel transformateur, comme sa puissance, sa classe de pertes et son impédance, deviendraient le choix d'ingénierie le plus important pour un distributeur.
Points principaux :
- 35kV représente le point de transition entre les lignes de transmission et la distribution des coûts finaux et fonctionne dans un rayon de plusieurs centaines de kilomètres.
- À ce niveau, les spécifications standard incluent une impulsion de 170 kVp, 7-8% d'impédance, 65K d'élévation.
- Le prix approximatif d'une unité chinoise est de $18000-110000 FOB en fonction de sa classe.
Si vous recherchez des transformateurs 35kV pour une sous-station ou un projet industriel, Jiangsu Subian Electric Power fournit des unités immergées dans l'huile certifiées IEC 60076 dans la plage de 3,15 à 31,5 MVA à des prix compétitifs pour l'exportation. Consultez la gamme et demandez des certificats de test à subian-electric.com.