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Qu’est-ce qu’un transformateur de sous-station ?

Les transformateurs de poste sont conçus pour être installés dans des systèmes de transmission et de distribution d’énergie triphasés, qu’ils soient de grande ou de petite taille. L’emplacement d’installation est standard et doit être situé sur une dalle en béton, à l’intérieur ou à l’extérieur, laquelle doit être prévue par l’ingénieur électricien dès les premières phases de la planification du projet.
Parallèlement, les câbles du côté haute tension ou basse tension du transformateur de la sous‑station seront raccordés, soit par l’emboîtement situé à l’extrémité latérale de type gorge, soit par l’emboîtement supérieur, afin d’acheminer directement le courant vers le poste de commande des autres équipements de la sous‑station, tels que le tableau de commande et d’autres appareillages.
 

Avantages du transformateur de sous-station

• Polyvalence et personnalisation   
  L’une des principales forces des transformateurs de sous-station réside dans leur polyvalence et leur conception personnalisable. Des fabricants comme Yawei se spécialisent dans l’adaptation des transformateurs aux exigences spécifiques de chaque projet, qu’il s’agisse d’applications industrielles, commerciales ou résidentielles. Des conceptions compactes adaptées aux installations urbaines aux unités robustes destinées aux vastes opérations minières, ces transformateurs répondent avec précision à des besoins opérationnels très variés.
   
• Conformité et fiabilité   
  Certifiés selon les normes UL, cUL, CSA et CE, les transformateurs de sous-station issus de fabricants réputés garantissent la conformité à des critères rigoureux de sécurité et de performance. Yawei, fort de plus de 20 ans d’expérience dans des projets internationaux, respecte les normes ANSI, IEEE, CSA, DOE et NEMA, assurant fiabilité et longévité en service.
   
• Applications dans tous les secteurs d’activité   
  L’utilité des transformateurs de poste s’étend à de nombreux secteurs, comme en témoignent des projets tels que le réseau électrique canadien de 66 kV, les exploitations minières australiennes et les réseaux de distribution d’électricité à grande échelle aux États-Unis. Ces transformateurs soutiennent des infrastructures essentielles, améliorent l’efficacité opérationnelle et répondent aux exigences élevées en matière de puissance des développements industriels et résidentiels modernes.
   
• Progrès technologiques   
  Les progrès de la technologie des transformateurs, notamment les systèmes de refroidissement innovants, l’amélioration de l’efficacité énergétique et les capacités de surveillance intelligente, soulignent encore davantage leur rôle essentiel dans les réseaux électriques modernes. Des dispositifs tels que le refroidissement par air forcé, les parafoudres haute tension et les indicateurs de température avancés contribuent à optimiser les performances et à réduire les coûts de maintenance.
   
• Avantages économiques et opérationnels   
  Du point de vue économique, le choix d’une puissance adéquate pour le transformateur de sous-station est crucial. Un surdimensionnement peut entraîner des investissements initiaux inutiles et des inefficacités opérationnelles, tandis qu’un sous-dimensionnement risque d’endommager l’équipement et de limiter les capacités d’exploitation. L’expertise de Yawei garantit un dimensionnement optimal du transformateur, en équilibrant les besoins en capacité avec la flexibilité opérationnelle et la rentabilité.
   

Types de transformateurs de sous-station

Il existe différents types de transformateurs de poste, chacun étant conçu pour répondre à des besoins spécifiques au sein du réseau électrique. Les types les plus courants sont les transformateurs abaisseurs, qui réduisent le niveau de tension pour la distribution, et les transformateurs élévateurs, qui augmentent le niveau de tension afin d’assurer une transmission efficace sur de longues distances.
D’autres types comprennent les transformateurs de puissance, utilisés dans les centrales électriques et les grandes sous-stations, ainsi que les transformateurs de distribution, employés dans les sous-stations locales situées à proximité des consommateurs. Chaque type remplit un rôle spécifique dans l’ensemble du processus de distribution de l’électricité, garantissant que l’énergie est acheminée de manière efficace et sûre jusqu’à sa destination finale.
 

Fonctionnement du transformateur de sous-station

Les transformateurs de poste fonctionnent selon le principe de l’induction électromagnétique. Ils se composent de deux ensembles de bobines, ou enroulements : l’enroulement primaire et l’enroulement secondaire. L’enroulement primaire reçoit l’électricité à haute tension, tandis que l’enroulement secondaire la restitue à une tension plus basse.
Le processus de transformation ne comporte aucune pièce mobile. Il repose, au contraire, sur le champ magnétique créé dans le transformateur pour transférer l’énergie du enroulement primaire vers l’enroulement secondaire, modifiant ainsi le niveau de tension. C’est ce transfert d’énergie particulièrement efficace qui confère aux transformateurs de poste une importance capitale dans le réseau de distribution électrique.
 

Composants du transformateur de sous-station

• Paratonnerre   
  Il s’agit du premier composant d’une sous-station électrique, et la fonction principale de ces dispositifs est de protéger les équipements de la sous-station contre les surtensions transitoires, tout en limitant l’amplitude et la durée du courant. Les parafoudres sont raccordés à la terre ainsi qu’à une ligne, ce qui signifie qu’ils sont connectés en parallèle avec les équipements à protéger au sein de la sous-station électrique.
   
• Wave-trapper  
  Le piège à ondes est installé sur les lignes d’entrée afin de capturer le signal haute fréquence. Ce signal (onde) provient de la station distante et interrompt les signaux de courant et de tension. Ce composant déclenche le signal haute fréquence et le redirige vers la carte de télécommunication.
   
• Circuit-breaker  
  Il s’agit d’un type d’interrupteur électrique, utilisé pour ouvrir ou fermer le circuit lorsque survient une défaillance dans le système. Il comporte deux éléments mobiles qui sont généralement en position fermée. Lorsqu’une anomalie se produit dans le système, le relais transmet le signal au disjoncteur, ce qui entraîne le déplacement séparé de leurs contacts. Ainsi, les défauts du système sont rapidement identifiés et corrigés.
   
• Barre omnibus   
  La barre omnibus est un composant d’une grande importance dans une sous-station électrique. Il s’agit d’un type de conducteur porteur de courant auquel sont raccordées de nombreuses liaisons. Autrement dit, on peut la définir comme une forme de connexion électrique par laquelle s’établissent les courants entrant et sortant.
   
• Isolateur dans une sous-station électrique   
  L’isolateur est un type d’interrupteur électrique, utilisé pour isoler le circuit dès que le passage du courant est interrompu. Ces interrupteurs sont appelés interrupteurs de sectionnement et fonctionnent en régime à vide. Les isolateurs ne comportent pas d’appareil d’extinction d’arc et ne possèdent aucune capacité spécifique de fermeture ou d’ouverture du courant. Dans certaines situations, ils servent également à interrompre le courant de charge de la ligne de transmission.
   
• Piles   
  Dans les grandes centrales électriques ou les sous-stations, l’alimentation des circuits d’éclairage, du système de relais et des circuits de commande est assurée par des batteries. Ces batteries sont raccordées à une cellule d’accumulateur spécifique, en fonction de la tension de service du circuit continu concerné.
   
• Aire de manœuvre   
  Le poste de transformation est l’élément d’interconnexion entre les réseaux de transport et de production, et il permet de maintenir une tension constante. Les postes de transformation servent à acheminer l’énergie produite au poste vers la ligne de transport ou la centrale électrique voisine, à la tension de référence.
   
• Relais   
  Le relais est un appareil électrique dont le rôle principal dans la sous‑station est de protéger les éléments du réseau contre des conditions anormales, telles que les défauts. Il s’agit d’un type d’appareil de détection, utilisé pour repérer et localiser le défaut, puis pour transmettre un signal au disjoncteur. Après réception du signal émis par le relais, le disjoncteur procède au découplage de la section défectueuse. Les relais sont principalement destinés à préserver les équipements contre les risques et les dommages.
   
• Banque de condensateurs   
  Cet appareil est équipé de condensateurs connectés soit en série, soit en parallèle. Sa fonction principale est de stocker l’énergie électrique sous forme de charge électrique. Ce banc d’alimentation absorbe un courant primaire qui améliore le facteur de puissance (FP) du système. En tant que source, le banc de condensateurs fournit de la puissance réactive et réduit la différence de phase entre le courant et la tension. Il augmente la capacité de courant d’ondulation de l’alimentation et élimine les composantes indésirables présentes dans le système. Le banc de condensateurs constitue une solution efficace pour maintenir le facteur de puissance et corriger les problèmes de déphasage.
   
• Appareil à courant porteur   
  L’appareillage à courant porteur est installé dans les postes de transformation pour la télémétrie, la commande à distance, le relais et la communication. Ce système est correctement placé dans un local dédié au courant porteur en étant raccordé au circuit électrique haute tension.
   
• Isolant   
  L’isolateur est utilisé pour assurer l’isolation et la fixation des barres omnibus dans les postes de transformation. Les isolateurs se déclinent en deux types : les isolateurs à colonne et les isolateurs à travers‑mât. L’isolateur à colonne se compose d’un corps en céramique, dont le capuchon est fabriqué en fonte ; il est raccordé directement à la barre omnibus. Le second type d’isolateur (à travers‑mât) comprend un corps en coquille céramique ainsi que des bagues de centrage supérieure et inférieure, destinées à maintenir la barre omnibus en position.
   

Comment entretenir un transformateur de sous-station

• Inspection visuelle   
  L’une des opérations de maintenance les plus simples mais aussi les plus importantes consiste à effectuer régulièrement des inspections visuelles du transformateur et de ses accessoires. Il convient de rechercher tout signe de dommage physique, de fuite d’huile, de corrosion, de surchauffe ou de bruits anormaux. Il est également recommandé d’inspecter le système de refroidissement, les traversées, le changeur de prises en charge, la mise à la terre ainsi que les dispositifs de protection. L’inspection visuelle permet d’identifier et de corriger rapidement les éventuels défauts avant qu’ils ne se transforment en problèmes graves susceptibles d’affecter les performances du transformateur ou d’entraîner une défaillance.
   
• Analyse de l’huile   
  Une autre tâche d’entretien essentielle consiste à contrôler la qualité et l’état de l’huile du transformateur. L’huile joue le rôle à la fois d’isolant et de fluide de refroidissement pour le transformateur, et ses propriétés permettent d’évaluer l’état de santé et le fonctionnement de l’appareil. Il convient d’analyser l’huile en mesurant sa rigidité diélectrique, sa teneur en humidité, son acidité, la concentration des gaz dissous, ainsi que d’autres paramètres susceptibles de révéler la présence de défauts, de dégradations ou de contaminations. Les analyses d’huile aident à évaluer le système d’isolation du transformateur, à détecter d’éventuels défauts internes ou des défaillances naissantes, et à déterminer si un traitement ou un remplacement de l’huile est nécessaire.
   
• Essais électriques   
  Une troisième tâche d’entretien essentielle consiste à effectuer des essais électriques sur le transformateur et ses composants. Ces essais permettent de mesurer les caractéristiques électriques du transformateur, telles que son impédance, son rapport de transformation, sa polarité, la résistance des enroulements, la résistance d’isolement, la capacité, le facteur de dissipation et la réponse en fréquence. Ils aident à évaluer le fonctionnement, l’efficacité et les pertes du transformateur, ainsi qu’à détecter d’éventuels défauts ou anomalies au niveau des enroulements, du noyau ou des connexions. En outre, ces essais permettent de vérifier la conformité du transformateur aux spécifications de conception et aux normes applicables.
   
• Surveillance thermique   
  Une quatrième tâche d’entretien importante consiste à surveiller la température du transformateur et de ses composants. La température est un facteur déterminant qui influence les performances, la durée de vie et la sécurité du transformateur. Une température excessive peut entraîner la dégradation de l’huile, le vieillissement de l’isolation ainsi que la dilatation et la contraction des enroulements, ce qui se traduit par une baisse d’efficacité, une augmentation des pertes et un risque accru de défaillance. Il convient de contrôler la température de l’huile, des enroulements et des points chauds au moyen de thermomètres, de capteurs ou de caméras infrarouges. La surveillance thermique permet de réguler le système de refroidissement, d’ajuster les conditions de charge et de prévenir les surchauffes ou les risques d’incendie.
   
• Évaluation de l’état   
  Une cinquième tâche essentielle de maintenance consiste à réaliser une évaluation de l’état du transformateur, sur la base des données et informations recueillies lors des étapes précédentes. Cette évaluation constitue une analyse approfondie de l’état actuel du transformateur, de ses performances et de sa durée de vie résiduelle. Elle implique l’analyse des tendances, des motifs et des écarts observés au niveau des différents paramètres et indicateurs reflétant l’état du transformateur. Une telle évaluation permet d’évaluer la fiabilité, l’efficacité et le niveau de risque du transformateur, tout en facilitant la définition de la stratégie et du calendrier de maintenance les plus adaptés.
   
• Stratégie de maintenance   
  Une sixième et dernière tâche de maintenance consiste à mettre en œuvre une stratégie de maintenance adaptée à l’état, aux exigences et aux objectifs du transformateur. Une stratégie de maintenance est une approche systématique visant à gérer le fonctionnement, la maintenance et le remplacement du transformateur. Elle implique le choix des méthodes, techniques et outils les plus appropriés pour exécuter les opérations de maintenance, ainsi que la définition de la fréquence, de la portée et des critères des activités de maintenance. Une stratégie de maintenance peut vous aider à optimiser les performances du transformateur, à prolonger sa durée de vie, à réduire ses coûts et à renforcer sa sécurité.

Comment choisir un transformateur de sous-station

• Choisir le matériau d’enroulement approprié   
  Les transformateurs utilisent du cuivre ou de l’aluminium pour les enroulements. Les appareils à enroulements en aluminium sont généralement moins coûteux et constituent souvent le choix le plus économique. En revanche, les transformateurs à enroulements en cuivre sont plus compacts, car le cuivre est un meilleur conducteur, et il confère également aux bobines une résistance mécanique supérieure. Lorsque vous devez choisir entre ces deux matériaux, il est essentiel de collaborer avec un fabricant capable de vous aider à déterminer celui qui convient le mieux à votre application, et disposant des compétences et de l’expérience nécessaires pour travailler avec l’un ou l’autre matériau, afin de répondre précisément à vos exigences spécifiques.
   
• Matériau de noyau à faibles pertes   
  Le choix du noyau est un facteur déterminant, et les pertes dans le noyau doivent être évaluées avec précision. Les pertes au sein du noyau sont dues à l’hystérésis et aux courants de Foucault. Il convient d’utiliser un acier magnétique de haute qualité afin de réduire les pertes par hystérésis ; des noyaux laminés sont privilégiés pour minimiser les pertes par courants de Foucault.
   
• Protection du transformateur contre les conditions extrêmes   
  Il est essentiel de veiller à ce que le circuit magnétique, les enroulements, les conducteurs et les accessoires du transformateur soient correctement protégés, en particulier lorsqu’ils sont utilisés dans des environnements sévères. Les transformateurs remplis de liquide doivent être étanches, assurant ainsi une protection automatique des composants internes. Dans des conditions très corrosives, il convient d’envisager des boîtes en acier inoxydable. Pour protéger les transformateurs secs contre les environnements difficiles, on peut recourir à des enroulements moulés, à des enroulements en résine moulée ou à des unités encapsulées sous vide et sous pression (VPE), parfois revêtues d’un vernis silicone. À moins que ces appareils secs ne soient entièrement hermétiques, les ensembles noyau‑enroulement et conducteurs doivent être nettoyés périodiquement, même dans des environnements non agressifs, afin d’éviter l’accumulation de poussière et d’autres contaminants au fil du temps.
   
• Isolants   
  Les transformateurs à sec utilisent généralement des isolateurs fabriqués à partir de compounds moulés en polyester renforcé de fibres de verre. Ces isolateurs sont disponibles jusqu’à une tension nominale de 15 kV et sont conçus pour une utilisation en intérieur ou dans un boîtier étanche à l’humidité. Les transformateurs remplis de liquide recourent quant à eux, le plus souvent, à des isolateurs en porcelaine, disponibles pour des tensions supérieures à 500 kV. Les isolateurs en porcelaine présentent une bonne résistance au glissement, sont adaptés à une utilisation en extérieur et faciles à nettoyer. Les isolateurs en porcelaine haute tension intègrent un isolant en papier imprégné d’huile, qui fonctionne comme un diviseur de tension capacitatif afin d’assurer des gradients de tension uniformes. Les exploitants doivent effectuer, à des intervalles précis, des essais du facteur de puissance afin de vérifier que ces isolateurs demeurent en bon état.
   
• Régulation du transformateur   
  La différence entre la tension à vide et la tension en charge du secondaire constitue une mesure de la régulation du transformateur. Une mauvaise régulation signifie que, lorsque la charge augmente, la tension aux bornes du secondaire diminue sensiblement.
   
• Prises de tension   
  Même en présence d’une régulation efficace, la tension secondaire d’un transformateur peut varier si la tension d’entrée change. Lorsqu’ils sont raccordés au réseau de distribution, les transformateurs dépendent de la tension du réseau ; lorsque les opérations du réseau évoluent ou que de nouvelles charges sont connectées aux lignes, la tension d’entrée de l’installation peut soit diminuer, soit augmenter. Afin de compenser de telles variations de tension, les transformateurs sont souvent équipés de variateurs de prises sous charge (LTC) ou, parfois, de variateurs de prises à vide (NLTC). (Les LTC fonctionnent avec la charge connectée, tandis que les NLTC nécessitent que la charge soit déconnectée.) Ces dispositifs comprennent des prises ou des bornes reliées aux enroulements primaire ou secondaire, situées à différents points, afin d’assurer une tension constante fournie par les enroulements secondaires à la charge, même dans des conditions variables. Il est important, lors de votre choix, de déterminer si votre application est susceptible de requérir des prises de tension.
   
• Durée de vie d’un transformateur   
  La durée de vie utile d’un transformateur est généralement considérée comme égale à celle de son système d’isolation. La durée de vie de l’isolation, à son tour, est directement proportionnelle aux températures auxquelles elle est soumise. Les températures des enroulements varient, et des points chauds atteignant au maximum 30 °C au‑dessus de la température moyenne de l’enroulement sont habituellement acceptables pour les transformateurs secs. Les températures des points chauds sont estimées en calculant la somme de la température ambiante maximale, de la surélévation moyenne de la température de l’enroulement et du gradient de température de l’enroulement.
  Les transformateurs sont généralement dotés d’une puissance nominale indiquée sur une plaque signalétique, exprimée en kVA, qui correspond à la charge en kVA entraînant une élévation de température nominale dans des conditions de fonctionnement standard. Il est possible d’estimer la durée de vie normale d’un transformateur en prenant en compte ces conditions de fonctionnement standard, notamment la température maximale au point chaud admissible, selon la classe d’isolation appropriée.
   
• Suralimentation   
  Les conditions de fonctionnement peuvent parfois imposer une surcharge du transformateur. Il est essentiel de déterminer la marge de surcharge que l’appareil peut supporter sans engendrer de problèmes ni de défauts. La dissipation thermique constitue un enjeu majeur. Par exemple, si un transformateur est surchargé de 20 % au‑delà de sa puissance nominale en kVA pendant un certain laps de temps, la chaleur générée dans les enroulements peut être aisément évacuée vers l’extérieur du réservoir, selon la durée de la surcharge. Dans ce cas, les risques de défaillance restent faibles. Toutefois, il existe clairement un seuil au‑delà duquel le transformateur ne peut plus demeurer en surcharge : la chaleur s’accumule à l’intérieur de l’appareil, entraînant des problèmes graves et pouvant finalement aboutir à un défaut et à une coupure d’alimentation. Les questions de dissipation thermique sont souvent résolues par l’installation de ventilateurs intégrés, qui renforcent la capacité de charge du transformateur.
   
• Exigences en matière de niveau d’isolation   
  Le niveau d’isolation du transformateur est déterminé par son niveau d’impulsion de base (BIL), défini comme la tension crête maximale qu’un appareil peut supporter avant que l’isolation ne cède et que l’appareil ne subisse un court-circuit. Le BIL peut varier pour une même tension de système, en fonction de l’exposition aux surtensions du réseau que le transformateur rencontre au cours de son cycle de vie. Le BIL doit être choisi avec soin lorsque le système électrique intègre des commandes à semi-conducteurs, car ces dispositifs coupent le courant lors de leur fonctionnement et peuvent engendrer des transitoires de tension.
   
• Blindage   
  La capacité d’un transformateur à atténuer le bruit électrique et les transitoires est essentielle, en particulier lorsqu’il s’agit de charges spécifiques. Un blindage est souvent installé entre les enroulements primaire et secondaire d’un transformateur de distribution lorsque celui-ci alimente des équipements à semi-conducteurs, tels que des ordinateurs et leurs périphériques.
   
• Placement des transformateurs à proximité de la charge   
  Réduire la distance entre l’appareil et la charge principale permet de diminuer les pertes d’énergie et les chutes de tension, tout en abaissant les coûts du câblage secondaire. Toutefois, l’implantation des équipements haute tension exige une analyse rigoureuse des questions de sécurité électrique et de sécurité incendie. Le choix d’appareils préalablement approuvés ou autorisés par les compagnies d’assurance contribue à établir un équilibre.
   
• Accessoires   
  Les accessoires indispensables augmentent les coûts et doivent donc être choisis avec soin. Parmi les exemples figurent les réservoirs et armoires en acier inoxydable pour une protection accrue contre la corrosion, des peintures ou finitions spéciales adaptées aux atmosphères corrosives et aux rayons ultraviolets, des protections contre les intempéries pour les unités extérieures, des dispositifs de protection destinés aux environnements humides, des dispositifs anti‑rongeurs, des indicateurs de température, des chauffages d’appoint pour prévenir la condensation lors d’arrêts prolongés, ainsi que des options de positionnement des ouvertures pour les conducteurs primaires et secondaires, et des appareils de commande à variation de prises.
   
• Travaillez avec un fabricant fiable   
  Un dernier facteur, qui aura une incidence majeure sur le processus de sélection, tient au nombre d’éléments à prendre en compte et à la nécessité qu’ils fonctionnent de manière cohérente. Il est essentiel de collaborer avec un fabricant capable d’aligner les caractéristiques de fonctionnement du transformateur, son encombrement et ses autres paramètres sur les besoins que vous aurez identifiés au cours de votre processus d’évaluation.
   

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.