Les ingénieurs d'études doivent connaître le fonctionnement des transformateurs afin de pouvoir concevoir des machines qui fonctionnent de manière optimale dans les plages de tension appropriées. Étant donné que l'équipement que ces ingénieurs conçoivent sera en interface avec des systèmes électriques, ils doivent connaître les niveaux de tension et de courant corrects afin d'éviter les dysfonctionnements ou les dommages et d'assurer la sécurité.
Il est important que les ingénieurs concepteurs de machines comprennent le fonctionnement des transformateurs afin de pouvoir concevoir des machines qui fonctionnent de manière optimale dans les plages de tension appropriées, et de sélectionner les types de transformateurs et les valeurs nominales adéquats pour des applications spécifiques.
Étant donné que l'équipement que ces ingénieurs conçoivent sera en interface avec les systèmes électriques, ils doivent également connaître les niveaux de tension et de courant corrects afin d'éviter les dysfonctionnements ou les dommages. Plus important encore, l'emplacement des transformateurs dans les réseaux électriques maximise l'efficacité et la sécurité, évitant ainsi la perte de vies humaines et de ressources précieuses
Transformateurs de puissance sont des composants essentiels des réseaux électriques, assurant la transmission et la distribution fiables de l'électricité sur de vastes distances. Leur positionnement stratégique au sein du réseau est conçu pour optimiser l'efficacité de l'acheminement de l'électricité.
Ces transformateurs jouent un rôle essentiel dans l'ajustement des niveaux de tension, en les augmentant ou en les réduisant à des niveaux appropriés. Cela est nécessaire à la fois pour le transport de l'énergie sur de longues distances à des tensions élevées et pour réduire la tension à des niveaux sûrs pour une utilisation résidentielle et industrielle.
Plongée dans un transformateur de puissance
Un transformateur de puissance est un dispositif électrique statique qui transfère l'énergie électrique entre les circuits sans aucune pièce mobile. Il fonctionne selon le principe de l'induction électromagnétique, ajustant efficacement les niveaux de tension pour la distribution et la transmission de l'énergie. Un transformateur de puissance typique se compose de deux ou plusieurs bobines de fil reliées par un noyau magnétique commun.
Le dispositif contient généralement deux bobines de fil : l'enroulement primaire et l'enroulement secondaire. Ces bobines sont enroulées autour d'un noyau central en fer laminé constitué de feuilles d'acier au silicium empilées. Le noyau de fer sert à concentrer et à diriger le flux magnétique généré par le courant qui traverse les bobines. La partie active du transformateur, composée du noyau et des bobines, est logée dans une cuve en acier remplie d'huile isolante, qui refroidit et isole l'appareil pendant son fonctionnement.
Les composants habituels, tels que les douilles, les changeurs de prises, les jauges de mesure et de protection, sont essentiels au bon fonctionnement, à la fiabilité et à la sécurité de la plupart des unités de petite et moyenne taille. Par ailleurs, des systèmes de surveillance, de refroidissement et de protection améliorés peuvent être nécessaires pour les transformateurs de puissance de grande taille, en fonction des besoins du client et des exigences du système.
Le transformateur de puissance à bain d'huile 525kV 525MVA est un autotransformateur triphasé de classe super haute tension et de grande capacité, déployé aux États-Unis pour maintenir le réseau électrique en état de marche.
Fonctionnement interne d'un transformateur de puissance
Les transformateurs de puissance fonctionnent selon le principe de l'induction électromagnétique : Un champ magnétique changeant dans une bobine induit une tension dans une autre bobine située à proximité. Plus précisément, lorsqu'un courant alternatif circule dans la bobine primaire, il crée un champ magnétique fluctuant dans le noyau de fer, qui induit une tension dans la bobine secondaire enroulée autour du même noyau.
Voici un aperçu du processus à l'intérieur d'un transformateur de puissance :
- Flux actuel. Un courant alternatif circule dans la bobine primaire, générant un champ magnétique changeant autour du noyau de fer du transformateur.
- Variation du champ magnétique. Au fur et à mesure des cycles du courant alternatif, le champ magnétique à l'intérieur du noyau se dilate et s'effondre, suivant le rythme du courant alternatif.
- Force électromotrice induite. Ce flux magnétique fluctuant traverse la bobine secondaire, induisant une force électromotrice (FEM) dans la bobine en raison de la variation du champ magnétique, conformément à la loi de Faraday sur l'induction.
- Réglage de la tension. La tension induite dans la bobine secondaire dépend de facteurs tels que le taux de variation du flux magnétique et le nombre de tours dans les bobines. En faisant varier le nombre de tours dans les bobines, la tension peut être augmentée ou diminuée en fonction du rapport de tours du transformateur.
- Transmission. La tension transformée est alors prête à être distribuée ou transmise après avoir traversé l'enroulement secondaire.
Des applications puissantes
Les transformateurs de puissance sont utilisés dans différents scénarios en fonction des exigences de tension. Ils jouent un rôle important dans l'acheminement efficace de l'électricité sur de longues distances. Parmi les applications les plus courantes, on peut citer
- Sous-stations. Les transformateurs des sous-stations sont essentiels à la régulation de la tension. Les transformateurs élévateurs augmentent la tension pour le transport sur de longues distances, tandis que les transformateurs abaisseurs, situés dans les sous-stations primaires à secondaires, la réduisent pour la distribution locale aux habitations et aux entreprises. En outre, ils assurent l'isolation électrique entre les différents niveaux de tension afin d'améliorer la fiabilité du système.
- Mines de cuivre. Des transformateurs spécialisés sont utilisés dans les mines de cuivre pour prévenir les explosions dans les environnements souterrains dangereux. Ils sont généralement robustes et conçus pour fonctionner dans des conditions environnementales difficiles, telles qu'une humidité élevée, de la poussière et des variations de température. Ces transformateurs sont dotés de boîtiers de protection qui empêchent les arcs électriques d'enflammer des gaz potentiellement explosifs.
- Centrales électriques. Dans les centrales thermiques et hydroélectriques, l'électricité est produite à une tension qui peut ne pas correspondre aux normes de transmission. Les transformateurs élévateurs de tension des générateurs ajustent ces tensions aux niveaux appropriés pour une transmission efficace à travers les lignes électriques. Ces unités de grande taille sont des équipements sophistiqués qui gèrent des charges importantes et garantissent que l'énergie produite est transférée au réseau de transmission sans surcharge ni instabilité de la tension.
La centrale photovoltaïque de Puerto Penasco, qui fait partie de la National Power Electric Utility du Mexique, fournit des équipements de soutien pour les nouvelles énergies, avec des transformateurs de 115 KV, des modules photovoltaïques de 158 MW et un système d'alimentation électrique de 12 MW/24 MWh.
Plages de tension
Les transformateurs de puissance se déclinent en plusieurs niveaux de tension, de la moyenne à la très haute tension, en fonction des besoins spécifiques du système électrique qu'ils desservent.
- Transformateurs de puissance 36kV ~ 750kV, jusqu'à 1 000 MVA, remplis d'huile d'ester naturel. Pour les lignes de transmission à grande capacité et à longue distance, qui traversent souvent des pays ou des continents, afin d'assurer une distribution efficace de l'électricité.
- Transformateurs de puissance 36kV ~ 1000kV, jusqu'à 1 200 MVA, remplis d'huile minérale. Pour une capacité très élevée, idéal pour les centrales électriques, les sous-stations, les installations industrielles et les installations d'énergie renouvelable.
Les transformateurs de puissance sont nécessaires à la transmission efficace et sûre de l'électricité dans le monde entier. Leur capacité à élever ou à abaisser la tension permet d'acheminer l'énergie sur de longues distances et garantit que l'énergie électrique atteint les utilisateurs finaux à des niveaux appropriés. Il est essentiel pour les professionnels du secteur de l'énergie de comprendre leur fonctionnement, leurs applications et leurs spécifications.
A propos de l'auteur
Koray Yavuz | Ingénieur d'application en chef, NOARK Electric
Koray Yavuz, ingénieur d'application en chef chez NOARK Electric, est un ingénieur électricien qui possède 14 ans d'expérience dans divers domaines du secteur des transformateurs auprès de fabricants de premier plan. Le domaine d'expertise de Koray se concentre sur la vaste gamme de transformateurs à bain d'huile utilisés à différentes fins, telles que la transmission et la distribution d'énergie. Chez NOARK Electric, Yavuz collabore avec le marketing produit, l'ingénierie et la R&D pour développer et lancer des produits MV et HV sur le marché nord-américain.
