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Qu’est-ce qu’un transformateur sec ?

Un transformateur de type sec est défini comme un transformateur qui utilise l’air ou un gaz — plutôt qu’un liquide — comme milieu isolant et refroidissant pour ses enroulements et son noyau, le tout étant contenu dans une enceinte étanche sous pression. Les transformateurs de type sec sont largement employés dans de nombreux secteurs et applications en raison de leur sécurité, de leur fiabilité et de leurs avantages environnementaux. Ils peuvent fonctionner dans des conditions difficiles, telles que l’humidité élevée, les risques d’incendie et les séismes, sans compromettre leurs performances ni présenter aucun danger pour les personnes ou les biens.

Avantages du transformateur sec

• Auto-extinguible, faible risque d’incendie
  Le transformateur de type Adry est doté d’un matériau écologique pour son isolation. Ainsi, il s’enroule aisément et se caractérise par une auto‑extinction, une résistance aux flammes et, bien sûr, une maintenance simplifiée. Grâce à lui, vous n’aurez pas besoin d’investir dans un extincteur. De plus, même en cas d’arc électrique, il ne dégage aucun gaz toxique.
   
• Utilisation nulle de pétrole
  Comme indiqué précédemment, le transformateur sec n’a pas besoin de liquide pour se refroidir. Il suffit d’un flux d’air pour maintenir sa température. Ainsi, vous n’aurez pas à supporter de coûts supplémentaires liés à l’approvisionnement en huile ou en tout autre liquide, ni aux frais d’entretien qui y sont associés. On peut donc affirmer qu’il s’agit d’un transformateur pratiquement sans entretien, ce qui vous permet de rester serein.
   
• Écologique et sûr
  Étant donné que les transformateurs secs n’utilisent ni huile ni liquides, vous n’aurez pas à gérer de fuites d’huile, ni aucune autre forme de pollution environnementale. De plus, ils sont auto‑extinguibles, ce qui signifie qu’ils explosent très rarement. En outre, les transformateurs de type sec sont reconnus pour leur capacité à résister aux variations climatiques imprévues, ce qui les rend adaptés aux environnements fortement pollués et humides.
   
• Installation à faible coût et pertes de charge réduites
  En raison de leur faible risque, les transformateurs de type sec sont soumis à très peu de restrictions lors de leur installation. Vous n’aurez pas non plus à prendre en compte d’autres mesures de protection environnementale, telles que la protection des eaux souterraines. Par ailleurs, ces transformateurs peuvent fonctionner pendant plus de vingt ans, avec un faible taux de défaillance.
   
• Faible entretien
  Nous ne saurions trop insister sur ce point : les transformateurs de type sec nécessitent un entretien extrêmement réduit, voire quasi nul. Du moment qu’ils bénéficient d’une ventilation adéquate, vous n’aurez pas à vous soucier de l’accumulation de poussière. De plus, il vous sera épargné tout contrôle lié aux liquides. Toutefois, une inspection périodique réalisée par un expert est recommandée, et elle ne devrait pas s’avérer particulièrement contraignante.
   
• Durable
  Lorsque vous optez pour un transformateur sec, vous contribuez activement à la préservation de nos ressources naturelles. Ce choix se traduit par une consommation d’électricité réduite, des matériaux recyclables à 90 % et une durée de vie fiable dépassant 20 ans.
   

Types de transformateur sec

• Transformateurs à bobine ouverte
  Les bobines du conducteur sont préchauffées puis chauffées, puis trempées dans un vernis à une température élevée. Ces bobines sont ensuite cuites au four pour durcir le vernis. Cette méthode est appelée la méthode de trempage‑et‑cuisson.
   
• Transformateurs imprégnés sous vide (VPI)
  Les transformateurs VPI sont fabriqués avec une isolation résistant aux hautes températures et composés de matériaux haute température, revêtus de mastics polyesters, hydrofuges et résistants aux hautes températures, selon un procédé d’imprégnation sous vide et sous pression.
   

• Transformateurs à encapsulation sous vide (VPE)
  Ces transformateurs sont similaires aux transformateurs VPI, à la différence que le mastic polyester est remplacé par une résine à base de silicone. Leur fabrication fait appel à plusieurs opérations de trempage, suivies d’un durcissement du revêtement dans un four. Par ailleurs, l’épaisseur du revêtement en résine de ces transformateurs peut atteindre jusqu’à quatre fois celle du mastic polyester des transformateurs VPI. Les transformateurs VPE offrent une excellente résistance aux environnements humides et corrosifs ainsi qu’aux effets de l’eau salée.
   
• Transformateurs à résine coulée en bobine
  Les enroulements du conducteur sont solidement moulés dans de la résine sous vide, au sein d’un moule assurant une répartition homogène et un niveau de précision élevé. Ces transformateurs sont fiables et peuvent être exposés à des conditions extrêmes. Ils nécessitent un entretien minimal et résistent à de forts courts-circuits. C’est pourquoi ces transformateurs à enroulements coulés dans la résine sont désormais utilisés là où, auparavant, seules des unités remplis de liquide étaient disponibles pour des environnements sévères. Aujourd’hui, ces transformateurs sont largement employés dans les tunnels, les navires, les grues, les centrales nucléaires et les industries minières.
   

Principe de fonctionnement d’un transformateur sec

Les transformateurs à sec utilisent l’induction électromagnétique pour transférer de l’énergie électrique d’un circuit à un autre. Le transformateur se compose de deux enroulements, l’enroulement primaire et l’enroulement secondaire, bobinés autour d’un même noyau magnétique. Lorsqu’un courant alternatif circule dans l’enroulement primaire, il engendre un champ magnétique autour du noyau. Ce champ magnétique induit un courant dans l’enroulement secondaire, qui est relié à la charge. La tension de sortie du transformateur est déterminée par le rapport entre le nombre de spires des enroulements primaire et secondaire.

Les transformateurs de type sec n’utilisent pas d’huile comme fluide de refroidissement ; ils reposent plutôt sur l’air pour évacuer la chaleur produite par le transformateur. Cela est obtenu grâce à une combinaison de refroidissement par convection forcée et par convection naturelle. Les enroulements du transformateur sont encapsulés dans une résine époxy, qui assure l’isolation et protège contre l’humidité, la poussière et d’autres contaminants. Cette résine contribue également à dissiper la chaleur et réduit le risque d’incendie.

 

Composants du transformateur sec

• Noyau et enroulement
  L’enroulement primaire, relié à la source d’alimentation, fait circuler un courant alternatif selon un trajet circulaire autour du noyau, ce qui engendre un champ magnétique. Ce champ induit une tension aux bornes de l’enroulement secondaire, permettant le transfert d’énergie entre les tensions primaire et secondaire. Le nombre précis de spires de chaque enroulement détermine le rapport de transformation de tension du transformateur. Des couches supplémentaires dans l’enroulement peuvent améliorer ses performances.
   
• Isolation
  Les matériaux d’isolation solides assurent la séparation électrique entre le noyau, l’enroulement et les couches d’enroulement. Ces matériaux divisent l’enroulement en plusieurs couches, réduisant ainsi le risque de courts-circuits et garantissant une transmission sécurisée de l’énergie. En recouvrant les enroulements et en les isolant du noyau magnétique, l’isolation renforce le transformateur contre les ruptures diélectriques, améliore sa résistance aux agressions environnementales et optimise ses performances thermiques.
   
• Mécanismes de refroidissement
  Les dispositifs de refroidissement, généralement combinant la convection naturelle et des techniques de refroidissement par air forcé, maintiennent la température de fonctionnement optimale du transformateur. L’équilibre entre ces mécanismes de refroidissement contribue à prolonger la durée de vie et à assurer la fiabilité du transformateur.
   
• Enfermement et protection
  L’enceinte protège le noyau et le bobinage des intempéries et empêche l’accès du personnel, afin d’assurer la sécurité.
   
• Bornes, cosses et raccords
  Les terminaux et les composants auxiliaires, tels que les barres omnibus et les traversées, assurent l’interconnexion des circuits externes avec le bobinage interne du transformateur et préviennent les décharges de surface. Ces éléments améliorent l’efficacité électrique, renforcent l’isolation et consolident la fonction du transformateur au sein d’un réseau électrique plus vaste.
   
• Changeur de prises
  Un changeur de prises à vide permet d’ajuster la tension. Sa fonction essentielle est de modifier le rapport de transformation des enroulements afin d’ajuster la tension.
   
• Système de mise à la terre
  Le système de mise à la terre dévie les défauts électriques du transformateur et les achemine en toute sécurité vers le sol. Cette mesure de sécurité réduit le risque d’électrocution, de dommages aux équipements, d’incendies potentiels, ainsi que de blessures et de décès. Le système de mise à la terre comprend une électrode de mise à la terre, des parafoudres et des indicateurs de défaut.
   
• Surveillance et protection de la température
  La surveillance de la température et les dispositifs de protection préviennent la surchauffe, un facteur de préoccupation majeur dans le fonctionnement des transformateurs, et interviennent dès que les températures deviennent excessives, assurant ainsi l’intégrité opérationnelle du transformateur. L’intégration aux systèmes de contrôle-commande et d’acquisition de données (SCADA) facilite la transmission en temps réel des données, permettant une supervision et une analyse à distance des tendances de température.
   

Comment entretenir un transformateur sec

• Vérification de l’accumulation de poussière
  Lorsque vous nettoyez un transformateur, veillez à repérer la présence de rouille sur les brides et sur le fer du noyau, ainsi que toute carbonisation ou formation de voies conductrices sur l’enroulement et l’isolation, des décolorations sur les surfaces pouvant témoigner d’une surchauffe, et des raccordements desserrés. Si cela est possible et si nécessaire, resserrez tous les éléments mécaniques qui semblent lâches. Si vous ne vous sentez pas suffisamment compétent, faire appel à un professionnel constitue une autre solution.
   
• Lorsque le transformateur est sous tension
  Pour garantir la sécurité, n’effectuez aucune opération de maintenance sur le transformateur tant que du courant y circule. Éliminez tout élément présent dans la zone susceptible d’obstruer le flux d’air.
  Pour éliminer la poussière et la saleté accumulées, veillez à mettre l’appareil hors tension avant d’effectuer ces opérations. Assurez-vous que le transformateur soit installé dans un local sec et propre afin de réduire la fréquence des interventions de maintenance ; son installation dans un emplacement approprié justifie un contrôle annuel.
  Vous devriez également prêter attention si le transformateur émet des bruits anormaux, car cela pourrait indiquer un problème mécanique.
  
  
   
• Lorsque le transformateur est hors tension
  Éliminez d’abord la poussière ou les débris présents dans les ventilateurs de refroidissement et sur les enroulements ; vous pouvez utiliser un aspirateur ou une bombe d’air comprimé pour procéder au nettoyage. Une combinaison des deux — l’aspirateur en premier, puis l’air comprimé — permettra d’obtenir un résultat satisfaisant.
   
• Fixez tous les éléments de quincaillerie et remplacez les pièces qui doivent l’être.
  Le dépoussiérage des pales du ventilateur ou de l’enroulement du transformateur nécessite l’utilisation d’un filtre. Ces filtres protègent les composants internes et contribuent à prolonger leur durée de vie.
   
• Essai du rapport de transformation d’un transformateur
  Ce test n’est effectué que s’il existe des problèmes électriques potentiels au niveau de l’appareil.
  Par exemple, si vous constatez une décoloration lors de votre inspection, des problèmes électriques pourraient en être à l’origine. Cela peut être le signe d’une résistance au cheminement thermique (TTR), un essai qui ne doit être réalisé que par des professionnels disposant du matériel de test le plus récent.
  
   
• Essai d’absorption diélectrique
  Pour effectuer un test d’absorption diélectrique, mesurez entre chaque enroulement et entre chaque enroulement et la masse pendant 10 minutes. Divisez les valeurs mesurées par 10 minutes et par 1 minute ; ce rapport est appelé indice de polarisation (PI). Pour être jugé acceptable, l’indice de polarisation doit être supérieur à 2,0.
   

Quels sont les facteurs importants à prendre en compte pour la conception d’un transformateur sec ?

• Choix du type d’isolation
  Le type d’isolation détermine la classe de température, la rigidité diélectrique, la résistance mécanique ainsi que la résistance aux chocs thermiques du transformateur. En règle générale, les matériaux d’isolation des classes F et H sont utilisés pour les transformateurs secs, car ils supportent des températures élevées (jusqu’à 155 °C et 180 °C, respectivement) et présentent de bonnes propriétés électriques et mécaniques. Les matériaux d’isolation couramment employés comprennent le vernis, la résine époxy, la résine polyester, etc.
   
• Sélection du matériau d’enroulement
  Le matériau du bobinage détermine la conductivité, la résistance, les pertes et la résistance mécanique du transformateur. En règle générale, le cuivre et l’aluminium sont utilisés comme matériaux de bobinage pour les transformateurs secs, car ils offrent une haute conductivité et un faible coût. Le cuivre présente une meilleure conductivité et une plus grande résistance mécanique que l’aluminium, mais il est plus cher et plus lourd. Pour une même intensité nominale, le cuivre nécessite une section transversale inférieure à celle de l’aluminium.
   
• Sélection d’un matériau de noyau à faibles pertes par hystérésis
  Le matériau du noyau détermine la densité de flux magnétique, la perméabilité, les pertes par hystérésis et les pertes par courants de Foucault du transformateur. Le matériau du noyau doit présenter une haute perméabilité et de faibles pertes par hystérésis afin de réduire les pertes à vide et d’améliorer le rendement du transformateur. Les matériaux de noyau couramment utilisés comprennent l’acier au silicium, l’acier orienté laminé à froid (CRGO), les métaux amorphes, etc.
   
• Réglementation
  La régulation d’un transformateur est le rapport entre la chute de tension à pleine charge et la tension à vide. Elle traduit la capacité du transformateur à maintenir une tension de sortie constante lorsque la charge varie. La régulation dépend de l’impédance et de la résistance du transformateur. Une impédance et une résistance faibles entraînent une régulation réduite et une meilleure régulation de la tension. Lors de la conception, il convient de limiter la réactance de fuite d’un transformateur sec à 2 % afin d’obtenir une régulation faible.
   
• Espérance de vie
  L’espérance de vie d’un transformateur indique la durée pendant laquelle il peut fonctionner de manière fiable avant de subir une dégradation, celle-ci étant influencée par des facteurs tels que la température, l’humidité, la poussière et la corrosion. La classe d’isolation et la qualité du transformateur sec doivent être choisies de manière à résister aux hautes températures et aux environnements sévères sans se dégrader. L’élévation de température du transformateur ne doit pas dépasser la limite spécifiée par la classe d’isolation.
   
• Pertes
  Les pertes d’un transformateur correspondent à la différence entre la puissance d’entrée et la puissance de sortie. Elles se composent des pertes à vide et des pertes en charge. Les pertes à vide sont indépendantes de la charge et comprennent les pertes dans le circuit magnétique ainsi que les pertes par courants de Foucault. Les pertes en charge sont proportionnelles à la charge et incluent les pertes ohmiques et les pertes parasites. Ces pertes influencent le rendement, l’échauffement et le refroidissement du transformateur. Le matériau du circuit magnétique, le matériau des enroulements, le matériau d’isolation ainsi que les paramètres de conception doivent être choisis de manière à minimiser les pertes et à maximiser le rendement du transformateur sec.
   
• Suralimentation
  La surcharge d’un transformateur se produit lorsque celui-ci fonctionne au‑delà de sa capacité nominale ou de sa limite de température. Cette surcharge peut entraîner une surchauffe, la dégradation de l’isolation, des courts‑circuits ou encore un incendie. Elle peut être due à une demande de charge excessive, à la présence d’harmoniques, à des défauts électriques ou à la température ambiante. Le transformateur sec doit être conçu avec une marge suffisante pour supporter les surcharges sans compromettre ses composants ni ses performances. Il convient également de doter ce type de transformateur d’un système de refroidissement par ventilateur ou d’une installation de climatisation afin d’évacuer la chaleur générée par les surcharges.
   
• K-factor
  Le facteur K est une mesure de la capacité d’un transformateur à résister à la chaleur générée par les courants non sinusoïdaux dans ses enroulements. Les courants non sinusoïdaux sont dus à divers appareils électroniques qui introduisent des harmoniques dans les formes d’onde de la tension et du courant. Ces harmoniques augmentent les pertes, l’échauffement et la distorsion du transformateur. Un facteur K élevé indique que le transformateur peut supporter des niveaux plus élevés d’harmoniques sans surchauffer ni se dégrader. Le transformateur sec doit être conçu avec un facteur K élevé afin d’assurer une longue durée de vie et des performances fiables dans les applications impliquant des courants non sinusoïdaux.
   

Certifications

Notre usine

Yawei exploite une base de production de 240 000 m², comptant plus de 1 200 employés, dont plus de 180 ingénieurs et spécialistes techniques. Nos capacités de production et d’essai permettent de réaliser des projets de transformateurs sur mesure, conformes aux spécifications techniques approuvées.