Transformateur sec

Les transformateurs secs sont tous les transformateurs qui ne contiennent pas d’isolant liquide. L’évacuation de la chaleur perdue se fait par auto-refroidissement ou par des ventilateurs et des appareils de refroidissement supplémentaires.

Un transformateur est constitué d’un circuit magnétique, appelé noyau, et possède au moins deux enroulements parcourus par le courant avec un nombre de spires déterminé. Les spires orientées vers la tension électrique (tension du réseau) sont appelées côté primaire (bobine primaire), le côté avec le consommateur et la charge électrique est appelé côté secondaire (bobine secondaire). La technique de fabrication du noyau et la qualité utilisée pour le noyau du transformateur ont un impact sur le circuit magnétique. Le circuit magnétique (champ magnétique) doit idéalement générer de faibles pertes par courants de Foucault et avoir de faibles pertes par inversion magnétique (pertes par hystérésis).

Un autre aspect est celui des résistances dans le bobinage. Seuls des enroulements par couches et ordonnés sur la bobine primaire et la bobine secondaire et le meilleur métal d’enroulement permettent de réduire les pertes d’enroulement. Le nombre de spires sur la bobine permet de contrôler la tension. L’intensité du courant détermine le diamètre du métal d’enroulement.

Le cuivre, à l’exception de l’argent, a la meilleure conductivité avec γ = 56, alors que l’aluminium n’a que γ = 36. L’aluminium suit donc avec un écart d’environ 35%. Ainsi, le cuivre est le meilleur métal et l’aluminium « seulement » le deuxième meilleur des matériaux conducteurs techniquement et économiquement utilisables pour l’énergie électrique. Tous les autres métaux ne peuvent pas être considérés comme des conducteurs de courant, et les alliages ont généralement une conductivité nettement inférieure à celle des métaux purs. L’argent ou l’or sont totalement exclus en raison de leur prix élevé.

Le noyau est constitué de tôles électriques isolées sur les deux faces et superposées. L’isolation de la bobine par rapport au noyau est assurée par un espace d’air suffisant. L’isolation entre la tension supérieure et inférieure est assurée par un matériau isolant ou/et par une grande distance d’air. Un flux d’air vertical le long de la surface des bobines et dans l’espace entre les canaux de refroidissement insérés dans les bobines assure la dissipation nécessaire de la chaleur perdue. Le flux d’air nécessaire est généré par convection (on parle alors de refroidissement AN – Air Natural) ou est renforcé par des ventilateurs (refroidissement AF – Air Forced).

Les transformateurs secs sont toujours utilisés lorsque les transformateurs remplis d’huile ne peuvent pas être utilisés en raison d’une charge d’incendie accrue ou d’un risque accru pour la nature et les eaux, ou ne peuvent être mis en service qu’avec des mesures de sécurité complexes. Par conséquent, l’utilisation et le fonctionnement des transformateurs secs sont respectueux de l’environnement, mais en termes de propriétés thermiques, cette technique est désavantagée par rapport aux transformateurs remplis d’huile. Les enroulements sont isolés avec des matériaux isolants secs, généralement par moulage de résine pour les plus grandes puissances. En raison de la mauvaise évacuation de la chaleur dissipée, les transformateurs en résine ne peuvent être fabriqués pour être auto-refroidis que jusqu’à une puissance de 40 MVA et, au-delà, uniquement avec des ventilateurs supplémentaires.

Les transformateurs secs sont principalement utilisés comme transformateurs de distribution et de puissance (distribution d’énergie et alimentation électrique) jusqu’à une plage de puissance de 40 MVA dans les réseaux basse et moyenne tension et sont limités à une tension de service maximale de 36 kV. La limitation de la plage de puissance est nécessaire car les milieux isolants utilisés ont une résistance diélectrique inférieure à celle de l’huile de transformateur. En cas d’installation en plein air, un boîtier doit toujours protéger le transformateur contre l’humidité et la saleté. Comme l’isolation de ces transformateurs est assurée par l’air environnant, les distances entre l’enroulement et le noyau et entre la tension supérieure et la tension inférieure doivent être augmentées pour les grandes hauteurs d’installation (selon la norme > 1.000 m) afin de compenser la résistance diélectrique de l’air qui diminue avec la pression.