Un planificateur de réseau évalue deux offres pour un transformateur de puissance d'une capacité de 20 MVA et à des niveaux de tension de 66/11 kV. Les deux fabricants ont proposé la même capacité de puissance avec des pertes identiques et un prix approximativement similaire, mais la principale différence réside dans leurs systèmes d'huile. Un fabricant a conçu le transformateur basé sur un réservoir de conservateur d'huile externe conventionnel avec un respirateur en gel de silice tandis que l'autre fabricant a conçu un réservoir d'expansion ondulé sans conservateur. Le planificateur comprend que le type de système d'huile choisi affecte non seulement le système de préservation de l'huile lui-même mais impacte également le calendrier de maintenance, le niveau de risque d'incendie et le prix ; typiquement, le coût de l'unité avec un conservateur sera de 5-10% de plus que le prix d'une unité scellée, mais la première option permet de gérer l'huile selon des réglementations simplifiées pendant de nombreuses années à venir.
Le guide fournit des informations sur l'utilité d'un conservateur, les différents designs existants sur le marché, comment calculer sa taille et comment choisir ceux qui correspondront le mieux au système de préservation de l'huile du transformateur isolé par huile.
Qu'est-ce qu'un conservateur de transformateur ?
Un conservateur peut être défini comme un réservoir auxiliaire cylindrique ou rectangulaire placé au sommet du réservoir principal du transformateur, interconnecté avec le réservoir principal par un tuyau. Il possède un volume d'huile en réserve pour fluctuer en niveau selon la variation de température (charge). Lorsque l'huile se dilate en raison du chauffage, elle peut être remplie dans le conservateur afin qu'aucune pression ne soit créée dans le réservoir principal. L'huile circule entre le conservateur et le réservoir principal sans créer de vide supplémentaire pendant le fonctionnement. Le conservateur reste ouvert à l'air atmosphérique via un respirateur (ou est scellé avec une membrane), ce qui est une autre raison importante pour laquelle il doit être positionné au sommet du réservoir principal.
En l'absence d'un conservateur, un réservoir entièrement scellé signifierait que la pression interne augmente à mesure que l'huile se dilate, et en cas de refroidissement, un vide apparaît à l'intérieur, ce qui entraîne des contraintes sur la construction du réservoir et des conclusions.
Trois caractéristiques conduisent à ces résultats.
L'huile se dilate en fonction de la température. L'huile minérale se dilate d'environ 0.07% pour chaque degré Celsius de température. En utilisant un réservoir d'une capacité de 10 000 litres soumis à un changement de température de 50°C, et en tenant compte que le volume d'huile et la pression augmenteraient de 350 litres, il devient clair que le réservoir rigide scellé peut soit se rompre, soit expulser l'huile par le trou de respiration.
Le réservoir principal doit toujours être plein. Si l'huile dans le réservoir principal diminue, son enroulement supérieur devient découvert et permet à l'humidité d'entrer dans l'isolation dans l'espace gazeux. Avec l'aide du conservateur, l'huile remplit facilement le réservoir principal.
La pression dans l'espace gazeux doit être gérée. La conception du conservateur permet d'avoir un petit espace gazeux au-dessus de l'huile qui est contrôlé par le respirateur. Si la conception est sans le conservateur, l'espace gazeux augmenterait et diminuerait avec la charge croissante, et par conséquent, l'air serait déplacé à l'intérieur et à l'extérieur du réservoir.
Ainsi, il devient possible de fabriquer le système de préservation d'huile “ respirant librement ”.
Comparaison des conceptions de conservateur
| Conception | Comment ça fonctionne | Réserve de volume d'huile typique | Coût relatif |
|---|---|---|---|
| Conservateur cylindrique externe | Tambour séparé au-dessus du réservoir, respirateur en haut, tuyau d'huile en dessous | 8-15% du volume du réservoir | Référence |
| Conservateur à membrane / sac | Sac en caoutchouc ou membrane séparant l'huile de l'air ; espace gazeux scellé | 8-15% | +10-20% par rapport au conservateur simple |
| Conception de paroi de réservoir ondulée | Pas de conservateur séparé ; la paroi flexible et ondulée du réservoir absorbe l'expansion | Intégré | Semblable au conservateur simple |
| Réservoir scellé / à gaz | Réservoir fixe avec coussin d'azote ou membrane ; pas de respirateur | Aucun (espace gazeux) | +5-15% |
Le conservateur externe avec un respirateur reste la conception la plus courante au monde car il est simple, peu coûteux à construire et facile à inspecter. Le conservateur à membrane ajoute un sac en caoutchouc qui sépare complètement l'huile de l'air extérieur, de sorte que l'huile ne voit jamais l'oxygène ou l'humidité provenant de la respiration — au prix d'un sac qui doit être vérifié pour des dommages. La conception du réservoir ondulé élimine le vaisseau séparé et est populaire sur les transformateurs de distribution où l'espace et la simplicité comptent plus que la commodité d'entretien.
Dimensionnement correct du conservateur
Le conservateur doit avoir une capacité suffisante pour tenir compte du volume d'huile à expanser entre la température minimale pendant l'opération et la température maximale autorisée de l'huile supérieure. Chacune des étapes doit être suivie : Déterminer la plage de température. Dans des conditions tempérées normales, l'huile se comporte de -10 degrés au démarrage à froid à 90 degrés sous charge, ce qui correspond à une variation de température de 100 K. En cas de régions chaudes — utiliser des données réelles à la place. Calculer le volume d'huile à expanser, ce qui nécessiterait de multiplier le volume d'huile par le coefficient d'expansion, en gros 0,0007 par K multiplié par le degré de variation de température. Ainsi, par exemple, le volume d'huile atteint 10 000 kg à 100K, ce qui équivaut à environ 700 litres. Un espace de réserve doit être prévu pour l'indicateur de niveau d'huile. Le conservateur doit indiquer le niveau d'huile tout le temps entre la marque maximale pendant qu'il est chaud et la marque minimale pendant qu'il est froid, suggérant ainsi 20 à 30% de plus que le volume précis d'huile, qui est considéré comme étant environ 8 à 15% du volume général d'huile du réservoir. Calculer tout de manière incorrecte coûtera cher. Si le conservateur est trop petit, l'huile fuira à l'extérieur par le respirateur, entraînant des taches d'huile sur le réservoir et de l'air humide étant absorbé ; tandis que si le conservateur est surdimensionné, il aura des matériaux et de l'huile en surplus. Pour dimensionner rapidement, nous commençons par le volume total d'huile dans le transformateur, voici des valeurs de référence d'ingénierie pour le conservateur pour une variation de température de 100 k :
| Classification du transformateur | Volume total d'huile typique | Volume de travail du conservateur (10-12%) | Volume du réservoir du conservateur (avec réserve de jauge) |
|---|---|---|---|
| Distribution 100 kVA | 300-400 L | 35-50 L | 60-80 L |
| Distribution 1 MVA | 1 500-2 000 L | 150-240 L | 250-350 L |
| Puissance 10 MVA | 8 000-12 000 L | 800-1 400 L | 1 200-2 000 L |
| Puissance 40 MVA | 25 000-35 000 L | 2 500-4 200 L | 3 500-6 000 L |
Accessoires et protection du conservateur
| Accessoire | Objectif | Spécification typique |
|---|---|---|
| Respirateur en gel de silice | Déshumidifier l'air entrant dans le conservateur | 1-15 kg dessiccant, indicateur de changement de couleur |
| Jauge de niveau d'huile (magnétique) | Afficher le niveau d'huile d'un coup d'œil | Flotteur + aiguille, cadran marqué Min/Max |
| Relais Buchholz (gaz) | Détecter les surpressions de gaz et d'huile au niveau du tuyau du conservateur | DN50-DN100, deux interrupteurs à flotteur |
| Membrane / cellule d'air | Séparer l'huile de l'atmosphère dans des conceptions scellées | Sac en caoutchouc, remplaçable |
| Chauffage du conservateur (optionnel) | Prévenir la condensation dans les climats froids | Thermostatique, résistant aux intempéries |
Sur un transformateur équipé d'un conservateur, le relais Buchholz est monté dans le tuyau entre le réservoir principal et le conservateur — son emplacement correct et standard. Le déshydrateur est fixé en haut du conservateur, et la jauge d'huile à l'extrémité. Tous ces accessoires sont testés dans le cadre du test de routine du transformateur dans une usine correctement gérée.
Conservateur vs. Réservoir ondulé vs. Conceptions scellées
| Caractéristique | Conservateur externe | Réservoir ondulé | Scellé / Protégé par gaz |
|---|---|---|---|
| Contact huile-air | Contrôlé via déshydrateur | Contrôlé via déshydrateur | Aucun (scellé) |
| Accès à la maintenance | Excellent ; facile à inspecter et à remplir | Bon ; niveau via jauge | Limité ; échantillonnage d'huile uniquement |
| Impact sur le coût du transformateur | +5 à +10% | +3 à +8% | +5 à +15% |
| Application typique | La plupart des transformateurs de puissance et de distribution | Sites de distribution, contraints en espace | Où l'infiltration d'humidité doit être minimisée |
| Risque d'incendie | Semblable ; le volume d'huile est le facteur déterminant | Semblable | Exposition à l'oxygène légèrement inférieure |
Pour les transformateurs de plus de 5 MVA, le conservateur externe est le choix largement dominant car il facilite la gestion de l'huile, l'inspection du niveau et l'entretien du relais de gaz. Les réservoirs ondulés dominent la classe de distribution de 100 à 2 500 kVA où le prix et l'encombrement comptent plus que la commodité d'entretien. Les conceptions scellées apparaissent là où l'huile ne doit jamais voir l'air — mais elles compliquent le remplissage et l'inspection, donc elles sont l'exception plutôt que la règle.
Quelle conception pour quel transformateur
- Transformateurs de distribution (50-2 500 kVA) : conservateur externe ou réservoir ondulé, tous deux avec déshydrateur ; le conservateur simplifie les vérifications saisonnières.
- Transformateurs de puissance (5-100 MVA) : conservateur externe avec déshydrateur, relais Buchholz, jauge d'huile magnétique ; conservateur à membrane là où une faible absorption d'humidité est spécifiée.
- Transformateurs de montée de générateur et de réseau : conservateur à membrane ou scellé pour répondre à des garanties de qualité d'huile strictes.
- Installations en climat froid : conservateur avec chauffage et dimensionnement adéquat pour l'extrémité basse de la plage de température.
- Sous-stations compactes et packages sur châssis : réservoir ondulé ou conservateur à membrane pour économiser en hauteur et en espace.
Marques et comparaison des prix
| Marque | Origine | Offre de conservateur | Plage de prix approximative (autonome) |
|---|---|---|---|
| ABB | Suisse/Suède | Gamme complète de conservateurs et de conceptions scellées | $1,200-$9,000 |
| Siemens | Allemagne | Transformateurs de puissance équipés de conservateur | $1,500-$10,000 |
| Hitachi Energy | Suisse | Options de conservateur à membrane pour grandes unités | $1,500-$12,000 |
| Schneider Electric | France | Conservateurs de transformateur de distribution | $800-$5,000 |
| Fabricants d'accessoires spécialisés (Comem, etc.) | Italie / Chine | Réservoirs de conservateur, sacs, jauges de niveau | $500-$6,000 |
| Jiangsu Subian Electric Power | Chine | Conception de conservateur et de réservoir ondulé, ensemble complet d'accessoires | $600-$6,000 |
Les leaders européens tels qu'ABB, Siemens, Hitachi Energy et Schneider Electric construisent des conceptions de conservateur dans le cadre de packages complets de transformateurs, et des fabricants d'accessoires spécialisés fournissent des conservateurs autonomes et des jauges de niveau dans le monde entier. Sur le transformateur lui-même, le conservateur est généralement inclus dans le prix de base, donc la véritable comparaison se fait entre les packages complets. Des fabricants comme Jiangsu Subian Electric Power offrent à la fois des conceptions de conservateur externe et de réservoir ondulé, avec le respirateur, le relais Buchholz et la jauge d'huile magnétique inclus et testés en tant qu'ensemble — l'ensemble de l'assemblage apparaît sur le certificat de test de routine. Les prix de Subian pour un transformateur équipé d'un conservateur se situent environ 40-60% en dessous des devis équivalents de marques européennes, ce qui explique pourquoi ils sont un choix courant pour les services publics et les OEM en Asie, en Afrique et en Amérique latine. Lors de la comparaison des devis, confirmez toujours que le conservateur, les accessoires et leurs tests sont détaillés plutôt que cachés dans le prix du réservoir.
Conseils pour choisir le conservateur approprié
Tout d'abord, prenez des décisions concernant vos méthodes de préservation de l'huile. Allez-vous choisir un système à respiration libre avec un respirateur, un conservateur à membrane scellée ou un conservateur entièrement scellé ? Votre choix détermine la conception du conservateur.
La prochaine étape consiste à considérer la taille par rapport à la température. Veuillez utiliser les températures minimales et maximales réelles pour votre site ; la règle des 8-15% suppose une plage de 100 K, ce qui signifie qu'un réservoir plus grand est nécessaire dans les climats plus froids.
Vérifiez maintenant les accessoires. Votre conservateur doit avoir un respirateur, une jauge d'huile et un relais Buchholz aux emplacements requis par le schéma de protection.
Une autre étape consiste à vérifier l'accès à la maintenance. Si votre site n'est pas occupé, il est préférable d'acheter un conservateur avec une jauge de niveau qui peut être lue à distance ou une conception qui ne nécessite pas de vérification du niveau d'huile.
Considérez l'empreinte. Devez-vous utiliser une conception ondulée pour des sous-stations conteneurisées ou des conservateurs externes ?
Vous devez également demander les dossiers sur la manière dont les accessoires ont été testés.
Fonctionnement et maintenance
Les exigences de maintenance d'un conservateur sont simples mais particulières :
Chaque semaine, vérifiez la jauge de niveau d'huile du conservateur pour toute divergence par rapport à un tableau de niveaux corrigés en fonction de la température standard ; toute déviation par rapport au tableau de niveaux indique la survenue d'une fuite d'huile ou l'infiltration d'humidité dans l'huile.
Remplacez ou rechargez le gel de silice situé dans le respirateur tous les 3 à 6 mois, ou dès que la couleur du gel de silice change, indiquant une saturation.
Effectuez annuellement un test de fonctionnement sur le relais Buchholz placé dans le tuyau du conservateur afin de confirmer que ce composant fonctionne correctement.
Chaque fois qu'il y a une coupure, inspectez la membrane qui peut être placée à l'intérieur du conservateur pour vérifier l'existence de trous ou de durcissement et confirmez la présence d'un espace suffisant entre le sac et la paroi du conservateur.
Au point d'échantillonnage du conservateur, échantillonnez l'huile pour détecter la présence d'eau et de gaz dissous, car l'huile dans le conservateur est considérée comme l'indicateur de l'ensemble du système d'huilage.
Ignorer le manomètre du conservateur est l'une des principales causes de défaillance du refroidissement de l'équipement en pratique ; la fuite d'huile constante abaisse le niveau d'huile, et comme le relais réagit à la génération de gaz majeure, l'opérateur découvre que le réservoir n'a pas été rempli depuis des mois. Bien que le conservateur ne coûte que 100 dollars, il aurait pu indiquer le fait que le niveau d'huile était bas depuis longtemps.
Questions Fréquemment Posées
Combien coûte un conservateur de transformateur ?
En tant que composant autonome, un réservoir de conservateur coûte $800-$8,000 selon le volume et le matériau, plus $50-$1,200 pour le respirateur, le manomètre d'huile et le relais. Sur un transformateur complet, la conception du conservateur ajoute environ 5-10% au prix total par rapport à un réservoir scellé. Pour une unité de distribution de 1 MVA, le package de conservateur ajoute généralement $500-$2,000 au devis.
Quelle taille de conservateur ai-je besoin ?
Dimensionnez-le pour absorber l'expansion totale de l'huile entre les températures minimales et maximales d'huile de votre site. La règle d'ingénierie est de 8-15% du volume d'huile du réservoir principal, avec 10-12% comme valeur par défaut courante pour une variation de 100 K. Les climats froids nécessitent l'extrémité supérieure ; les sites tropicaux avec des bandes de température étroites peuvent utiliser l'extrémité inférieure.
Quelle est la différence entre un conservateur et un réservoir d'expansion d'huile ?
Ce sont les mêmes choses avec des mots différents. Le conservateur (également appelé conservateur d'huile, réservoir d'expansion ou réservoir de préservation d'huile) est le petit récipient monté au-dessus du réservoir principal qui accueille l'expansion thermique de l'huile et maintient le réservoir plein. Le terme “ conservateur ” est la norme en ingénierie des transformateurs, tandis que “ réservoir d'expansion ” est le terme d'ingénierie plus général.
Un transformateur peut-il fonctionner sans conservateur ?
Oui — les conceptions à réservoir ondulé, à membrane et entièrement scellées fonctionnent toutes sans un conservateur externe séparé. Mais chaque transformateur immergé dans l'huile a besoin d'une forme de préservation de l'huile. Le réservoir ondulé utilise la paroi flexible, le réservoir scellé utilise un coussin d'azote ou une membrane, et seul le conservateur vous donne un niveau d'huile visible et un accès facile à l'entretien. Pour les transformateurs de plus de 5 MVA, un conservateur est fortement préféré en pratique.
Pourquoi le manomètre de niveau d'huile de mon conservateur baisse-t-il ?
Vérifiez-le d'abord par rapport au tableau de niveau corrigé en fonction de la température — une baisse pendant une nuit froide est normale. Si le niveau dérive en dessous de la valeur indiquée pour la température actuelle, il y a soit une fuite d'huile (vérifiez les soudures, les joints et la vanne d'échantillonnage), soit une entrée d'humidité consommant l'espace d'huile. Traitez une véritable baisse de niveau comme une priorité : un niveau bas dans le conservateur peut finalement exposer le haut de l'enroulement et déclencher un déclenchement de Buchholz.
Références
- IEC 60076-1 — Transformateurs de puissance, Exigences générales — La norme maîtresse couvrant les systèmes de préservation de l'huile, les conservateurs et les accessoires.
- IEEE C57.12.00 — Exigences générales pour les transformateurs immergés dans un liquide — Exigences nord-américaines pour les équipements de préservation de l'huile.
- IEEE C57.106 — Guide pour l'acceptation et l'entretien de l'huile minérale isolante — Les limites d'humidité et de qualité de l'huile que le conservateur protège.
- Hitachi Energy — Produits de Transformateurs — Référence pour les options de conception de conservateur et de transformateur scellé.
- Transformateurs ABB — Référence de l'industrie pour la documentation des systèmes de préservation de l'huile.
- Magazine Transformers — Articles pratiques sur l'entretien des conservateurs et la conception des systèmes d'huile.
Conclusion
Le conservateur agit comme le noyau calme du système de préservation de l'huile du transformateur. Il absorbe l'expansion thermique, fournit une protection du réservoir rempli d'huile, sert de support pour le respirateur ainsi que pour le relais de gaz, et facilite la surveillance par le personnel de maintenance en ayant un système d'huile visible et mesurable. Selon que la conception du conservateur que vous préférez repose sur une forme solide pour des raisons de compacité, ou si vous souhaitez utiliser un conservateur externe pour des raisons d'utilité, ou si vous avez besoin de la solution à membrane pour des raisons de pureté de l'huile, il doit toujours être choisi judicieusement plutôt que d'être hérité d'une spécification d'ingénierie type.
Assurez-vous de dimensionner le conservateur en fonction des températures réelles de votre site (8-15% du volume du réservoir).
Assurez-vous d'utiliser le manomètre d'huile, le respirateur et le relais Buchholz comme un ensemble.
Vérifiez le manomètre de niveau par rapport au tableau de température chaque semaine.
Listez le conservateur et les accessoires dans chaque devis.
Pour les transformateurs immergés dans l'huile équipés de conservateurs construits selon la norme IEC 60076-1 avec des tests d'accessoires complets, contactez Jiangsu Subian Electric Power à www.subian-electric.com et demandez un devis détaillé avec vos données kVA, tension et température du site.