01_Formation Générale Au Transformateur de Puissance (03-2011) CEGELEC Algerie

Formation gén érale au transformateur de puissance Mars 2011

R. Manderlier

CG Holding Belgium NV Services Division

Category : General

1

Sommaire       

    

Introduction au transformateur Tension et courant alternatifs Rappel théorique sur le transformateur Comparaison des transformateurs type core et type shell Problèmes à résoudre lors de la conception Initiation à l’autotransformateur Enroulements de réglage pour changeur de pris es en charge Symboles de couplage Marche en parallèle Essais électriques Gaz dissous et composés furaniques Normes CEI applicables au transformateur

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2

Introduction au t ransformate ur

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3

1

Introduction au transformate ur



Définition et usage du transformateur



Paramètres définissant le transformateur



Composants d’un transformateur

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4

Définition et usage du transformateur



Energie électrique



Paramètres définissant l’énergie électrique



Production et distribution de l’énergie



Transformateur

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5

Energie électrique 

L’énergie électrique est générée par un alternateur (tension alternative) couplé à une turbine mu e à partir d’une autre énerg ie 

énergie fossile (charbon, pétrole et gaz)



énergie nucléaire (fission de l’uranium)









centrale thermique, vapeur, turbine, alternateur centrale photovoltaïque, effet photoélectrique, tension continue

énergie de la biomasse 



centrale éolienne, turbine, alternateur

énergie solaire 



centrale hydraulique, turbine, alternateur

énergie éolienne 



centrale nucléaire, vapeur, turbine, alternateur

énergie hydraulique (fil de l’eau, chute d’eau, marées) 



centrale thermique classique ou TGV, vapeur, turbine, alternateur

biogaz issu de la fermentation des déchets organiques, vapeur, turbine, alternateur

énergie géothermique 

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chaleur du sous sol, vapeur, turbine alternateur CG Holding Belgium NV Services Division

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6

2

Paramètres définissant l’energie

electrique



Différence de potentiel ou tension : [V] Courant : [A] Puissance apparente = k x ddp x crt : [VA] Puissance active = k x ddp x crt x cos Φ : [W] Puissance réactive = k x ddp x crt x sin Φ : [VAR]



Fréquence : [Hz]

   

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7

Production de l’énergie : centrale thermique classique

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8

Production de l’énergie : centrale hydroélectrique

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9

3

Centrale nucléaire Centrale nucléaire de DOEL 2839 MW

Centrale nucléaire de TIHANGE 3024 MW

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10

Sché ma de distribut ion de l’ energie

400 kV

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11

Transformateur

 



Alternateur (ex : 1500 MVA, 20 kV, 43 kA) Elever la tension pour diminuer le courant Transformateur élévateur



Transport de l’énergie à 400, 220, 150, 70 et 36 kV Transformateur abaisseur Autotransformateur Type concentrique (core type)



Type cuirassé-imbriqué (shell type)

 



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12

4

(Auto)tra nsformateurs du

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résea u belge

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13

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14

Category : General

15

Transformateur type core

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Transformateur type shell

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5

Paramètres défi nissant un transfo rmate ur

      

Puissance assignée Nombre de phases Rapports de transformation Fréquence Groupe de couplage Niveau d’isolement Mode de refroidissement

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Paramètres défi nissant un transfo rmate ur



   


Exemple de paramè tres



    

16

(2)

Echauffements de l’huile supérieure/du cuivre moyen/du point chaud Niveau de bruit Tension de court-circuit (Pertes à vide ou pertes fer) (Pertes cuivre ou pertes en charge)

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

(1)

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17

(1)

35/50 MVA Triphasé 150+-10x1,5%/16,4 kV 50 Hz YNd11 CF750 FI325 – CF450 FI185 / CF95 FI38 ONAN/ONAF

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18

6

Exemple de paramè tres

    

(2)

60/65/78 K Lw : 68 dB(A) en ONAN 22,5 % au rapport 150/16,4 kV base 50 MVA 19,7 kW 220 kW au rapport 150/16,4 kV base 50 MVA

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19

Com posa nts d’ un tra nsforma teur 

Partie active   

   

Circuit magnétique Enroulements Isolants

Cuve Huile Traversées Equipement      

Changeur de prises en charge ou hors circuit Refroidissement Conservateur Coffret des auxiliaires Coffret de commande du CPC Appareils de mesure et de protection

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20

Partie active c ore vue c ôté BT

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21

7

Partie a ctive core vue c ôté HT

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22

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23

Partie active she ll

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Circuit magnétique





Canaliser vers l’enroulement secondaire (et tertiaire éventuel) le flux magnétique produit par l’excitation de l’enroulement primaire Assemblage de tôles magnétiques à haute perméabilité de section 

circulaire : tfo core (concentrique)



rectangulaire : tfo shell (cuirassé-imbriqué)

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24

8

Circuit magnétique type core 3 noyaux

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25

Circuit magné tique type core 5 noya ux

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26

Circuit ma gné tique she ll 3 noya ux

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27

9

Circuit ma gné tique she ll 5 noya ux

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28

Enroulements



Permettre le transfert de la puissance du primaire vers le secondaire et le tertiaire éventuel tout en modifiant la tension Bobine constituée d’un nombre de spires réparties dans plusieurs galettes en série Section de la spire constituée de plusieurs fils.



Leur nombre et leurs dimensions dépendent de la valeur du courant Forme des galettes :





 

circulaire : tfo core rectangulaire : tfo shell

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29

Enrouleme nt transformateur typ e core

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30

10

Montage des enroulements sur le circ uit magnétique

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31

Galette transformateur she ll

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32

Enrouleme nt transformateur type she ll

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33

11

Enroul ements dans la cuve inféri eure

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34

Isolants



Isolants solides à base de cellulose   



Isolation entre spires et isolation des connexions Isolation entre enroulements Isolation entre enroulements et masse

Isolant liquide 

Huile

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35

Huile



Deux rôles : 



Isolant en remplaçant tous les espaces d’air par de l’huile Agent de refroidissement en véhiculant vers les réfrigérants les calories dégagées par la partie active

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36

12

Cuve 

Plusieurs rôles: 





Réservoir d’huile Assurer la résistance au court-circuit (pour transformateur shell uniquement) Maintenir à l’ intérieur de la cuve la majorité du flux de fuite produit par le courant dans les enroulements

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37

Transformateur (vue extérieure)

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38

Traversées





Permettre de connecter le transformateur au réseau d’une part et à l’utilisateur d’autre part Raccordées aux extrémités des enroulements    

Traversées huile-air Traversées huile-huile dans une boîte à câble(s) Traversées huile-SF6 (liaison avec bus duct SF6) Traversées embrochables

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39

13

Traversé es huile-a ir

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40

Traversée huile -hu ile dans une boîte à câble

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41

Traversé e huile -SF6 et bus duct SF6

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42

14

Trave rsées embro chables

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43

Changeur de prises



Changeur de prises en charge 





Permet de modifier le rapport de transformation lorsque le transformateur est en fonctionnement Commande électrique

Changeur de prises hors circuit 



Permet de modifier le rapport de transformation uniquement lorsque le transformateur est hors tension Commande manuelle

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44

Changeur de pris es en charg e

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45

15

Change ur de prises hors circuit (tfo

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Category : General

Change ur de prises hors circuit (tfo

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shell)

46

core)

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47

Refroidissement 

Radiateurs   



Aéroréfrigérant(s) 



ONAN : sans ventilateur ONAF : avec ventilateur(s) OFAF ou ODAF : avec ventilateur(s) et pompe(s)

OFAF ou ODAF : avec ventilateur(s) et pompe(s)

Réfrigérant(s) à eau 

OFWF ou ODWF : avec pompe(s) à huile et pompe(s) à eau

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48

16

Radiateur et ventilateur

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49

Batte rie de radia teurs et ventilate urs

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Aér oréf ri géran t

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50

Category : General

51

(1)


17

Aér oréf ri géran t

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Aéro réf ri g érant

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(2)

52

Category : General

53

Category : General

54

(3)


Réfrigé rant à eau

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(1)


18

Réfrigéra nt à eau

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Réfrigé rant à eau

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(2)

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55

Category : General

56

(3)


Conservateur 









Absorber les modifications du volume d’huile dues aux variations de température Sécheur d’air pour empêcher l’humidité de l’air de pénétrer dans l’huile Ballon en nitrile pour empêcher le contact de l’air avec l’huile Niveau d’huile pour indiquer le niveau en fonction de la température et donner une alarme en cas de niveau trop bas Deux compartiments si changeur de prises en charge

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57

19

Conservateur sans ballon en nitrile

1.

Conse rvat eur

2.

Paroi desé parat ion

3.

Indica teurdenivea u

4-5. 6.

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Vanne sd’arrêt Rela is Bucchol z

7.

Rela isRS200 1

8.

Cuv edurupte

9.

Vannedesiphonna

ur ge

10.

Vannedepurgeet deremplis

11.

Sécheur d’air

12.

Vannedepurge

13.

Orif i cederempliss

14.

T ubedesécurité

sage

age

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58

Conservateur avec ballon en nitrile

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59

Ap par eil s de mes ur e et d e pro tectio n    

    

Niveau d’huile Thermomètre Relais Buchholz Relais de protection du CPC Image thermique Thermostat Soupape de surpression cuve Soupape de surpression CPC Divers

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Category : General

60

20

Niveaux d' huile

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61

Thermomètre e t thermo stat

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62

Category : General

63

Image thermiqu e

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21

Relais Buccholz et relais de protection du CPC

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64

Category : General

65

Soupape de surpression

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Coffre t des auxilia ires







Appareillage de commande et de protection des ventilateurs et pompes Borniers de raccordement des contacts des appareils de mesure et de protection Résistance de chauffage

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66

22

Coffret de commande du changeur de prises 





Moteur permettant au changeur de prises de modifier sa position Accessoires nécessaires à la commande, à la protection et à la régulation du système Commande manuelle par boutons poussoir et par manivelle (en cas de disparition de tension)



Résistance de chauffage

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67

Coffret des auxiliaires et coffret de commande

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68

Tension et courant alternatifs

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69

23

Rappel de phy sique 









Fonction se reproduisant identiquement à elle-même à des intervalles de temps toujours les mêmes : f(t) = f(t + T) La période T est le temps séparant deux moments successifs où la fonction se présente sous des aspects identiques La fréquence f est le nombre de fois par seconde où la fonction se présente sous des aspects identiques, d’où la relation f = 1/T

Fonction périodique alternative 





Fonction périodique qui e st tantôt positive, tantôt négative dans l’ intervalle de la période et qui a une valeur moyenne nulle Si la fonction ne s’ annule que deux fois par période, on parlera d’une alternance positive et d’une alternance négative

Fonction périodique alternative symétrique  

Fonction périodique alternative où f(t + T/2) = - f(t) Cas particulier : fonction sinusoïdale

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Rappel de phy sique 

(1)

Fonction périodique

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70

(2)

Fonction périodique y

T

1

0



1

x

t

Fonction périodique alternative y

A 1

0

1

t

x

B



Fonction périodique alternative symétrique y

A t + T/2

1

0

1

t

x

t

B

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FEM alternative sin usoïdale 

71

(1)

Une bobine tournant à vitesse constante dans un champ magnétique uniforme est le siège d’une force électromotrice alternative sinusoïdale dont la valeur instantanée est donnée par la formule : et = E maxsin t avec

 = 2 f

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72

24

FEM alternative sin usoïdale

(2)

Représentation de la force électromotrice



e E max

T/2

T t

Emax

Pour rappel:



T=1/f phénomène périodique alternatif symétrique

 

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73

Courant alternatif sinusoïdal 



Si on applique une charge aux bornes de la bobine, celle-ci est parcourue par un courant alternatif La sinusoïde représentative du courant est décalée par rapport à la sinusoïde représentative de la tension 

De 0 si la charge est purement résistive (fig a) De /2 en retard si la charge est purement inductive (fig b)



De /2 en avance si la charge est purement capacitive (fig c)



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74

Valeur efficace 

Par définition, la valeur efficace d’ un courant alternatif sinusoïdal est la valeur du courant continu qui développerait la même quantité de chaleur que le courant alternatif dans une résistance donnée pendant un temps donné 



√

Ieff = I max/ 2

Par analogie, on dira que l a valeur efficace de la force électromotrice est donnée par : 



Eeff = E max/√2

Les valeurs efficaces s’ écriront couramment sans l’indice « eff »

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75

25

Représentation vectori elle d’ un phénomène sinusoïdal 

La fonction sinusoïdale e t de fréquence f peut être représentée par un vecteur de module E max tournant dans le sens anti-horlogique avec une vitesse angulaire constante  = 2 f

e EMAX

A

EMAX

α

= ωt

et α

O

t

C

EMAX

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Système triphasé 

α

et = Emax sin  t

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76

(1)

Si on remplace la bobine unique par 3 bobines identiques décalées de 120 °, on obtiendra 3 tensions alternatives sinusoïdales de même valeur e fficace et de même fréquence, mais déphasées l’une par rapport à l’ autre de 120 °

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Syste me tripha se 

AC = OA x sin

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77

(2)

On peut représenter les 3 tensions sinusoïdales par 3 vecteurs de même module décalés de 120° et tournant dans le sens anti-horlogique à une vitesse angulaire uniforme  = 2 f V 1

V3 V2 

Les valeurs instantanées des tensions s ont différentes dans chaque phase

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78

26

Couplage étoile

(1)

IU = IUN , IV = IVN et IW = IWN

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Couplage étoile

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79

(2)

U

UV



VW

U

WU

U





U

UN



U U



VN

U

WN



U

VN

WN

UN

UUV, VW, WU : tension de ligne ou tension entre phases ou tension composée UUN, VN, WN : tension de phase ou tension simple

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Category : General

80

Couplage triangle

I I U



I I V



I I W

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UV

VW



I



WU

I



I

WU

UV

VW

Category : General

81

27

Tension - Coura nt - Pui ssa nce Si les tensions et les courants sont équilibrés dans les trois phases, on a les relations suivantes : Couplageétoile

Couplagetriangle

Tensions

U  3 L

Tensions x

U

U



Courants

I

L

 I

I

Puissance assignée

S  3 N

L

 U

Courants

x

U

L

L



3

x

I



Puissance assignée x

I

L

S  N

3

x

U

L

x

I

L

Courant de neutre

I

N

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 0


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Représentation vectorielle tensions et courants cos en couplage étoile

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Category : General

Représentation vectorielle tensions et courants cos en couplage triangle

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82

= 0,8

83

= 0,8

84

28

Rappe l thé orique sur le trans forma teur

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Category : General

Rappel thé orique sur le transfor mateur 

(1)

Fonction du transformateur ou de l’ autotransformateur 





85

élever la tension délivr ée par l’alternateur pour pouvoir transporter l’énergie à distance (transformateur) abaisser la tension délivrée par une ligne de transport pour l’ adapter aux besoins du consommateur ((auto)transformateur)

Constitution du transformateur ou de l' autotransformateur  

circuit magnétique qui va véhiculer le flux d’un enroulement à l’autre enroulements (2 ou 3) par lesquels l’énergie va transiter dans un transformateur, tous les enroulements d’ une même phase sont électriquement séparés dans un autotransformateur, les enroulements primaire et secondaire ont en commun un certain nombre de spires et sont toujours couplés en étoile 



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Rappel théo rique sur le transfor mateur 

86

(2)

Principes de base : 

Loi de Faraday (1791-1867) : 





Une variation de flux au travers d’une spire crée une force électromotrice. Inversement, une fém variable dansu ne spire crée une variation de flux au trave rs de celle-ci e = - d /dt et siN spir es : e = - N x d /dt

Loi de Lenz (1804-1865) : 

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La fém induite par la variation de flux est d’un sens tel qu’elle fera circuler un courant qui pro duira un flux magnéti que s’opposant au flux qui lui a donnén aissance ou, plus simplement, la direction de la fém induite est telle qu’elle s’oppose à la cause qui lui a don né naissance


Category : General

87

29


(3)

Principe de fonctionnement 

 

Le primaire 1 reçoit l’énergie d’une source sous une tension U alternative sinusoidale

1

Le secondaire 2 fournit l’énergie au récepteur sous une tension U 2 Si le transformateur est idéal (sans pertes) : U2 = U1 x n2/n1 l’énergie “reçue”est égale à l’énergie “fournie”. la puissance secondaire est donc égale à la puissance primaire et U1I1 = U 2I2   

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(4)

Comment s’effectue cette transformation 









Lorsqu’une tension alternative U 1 est appliquée aux bor nes A 1A0 du primaire, un courant alternatif circule dans celui-ci Ce courant crée un flux variable alternatif qui va parcourir le circuit magnétique (loi de Faraday) Ce flux variable induit une fém dans l’enroulement primaire et une fémdans l’enroulementsecon daire Si le secondaire est raccordé sur une charge, un courant circule également dans l’enroulement secondaire Le courant se condaire sera opposé au courant primaire (loi de Lenz)

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88

89

(5)

Fonctionnement du transformateur à vide(1) 

A vide, l’ enroulement primaire est parcouru par un courant I 0 qui est constitué de deux composantes : 





composante magnétisante I en phase avec le flux de magnétisation  et décalée de /2 en arrière sur la tension composante wattée wI en phase avec la tension appliquée et due à la som me des pe rtes Joule RI02 dans l’enroulement primaire (négligeables) et des pertes par hystérésis et par courantsde Foucault dans le circuit magnéti que exemple : 50 MVA 70/16, 4 kV P0 = 19,3 kW  Iw=0,039%I n I0 = 0,11%In   0 = 69,2°  

I = 0,103%In R. Manderlier


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90

30




le primaire est le siège d’une fém E 1



la valeur - E 1 s’ appelle fcém et est égale à la tension appliquée U 1









le seco ndaire est le sièg e d’une fém E2 égale à n 2/n 1 x E1 la tension secon daire U 2 est égale à la fém secondaire E 2 les deuxfém E 1 et E2 sont en phase et décalées de /2 en arrière sur le flux  le rapport de transformation est égal au rapport des fém

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(6)

Fonctionnement du transformateur à vide (2)

91

(7)

Fonctionnement du transformateur en charge (1) 

 



dû à la charge, le secondaire est parcouru par un courant I 2 opposé au courant primaire I 1 (loi de Lenz) les courants I 1 et I2 créent un flux de fuite f 1 et f2 la fcém dans le primaire - E 1 est inférieureà U1 à cause de la chute ohmique et de la chute inductive dans le primaire la tension seco ndaire U 2 est inférieure à la fém E 2 à cause de la chute ohmique et de la chute inductive dans le secondaire

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92

(8)

Fonctionnement du transformateur en charge (2) diagramme de Kapp

Remarque : le dessin n’e st pas fai t à l’ échelle

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93

31


(9)

Fonctionnement du transformateur en charge (3) diagramme de Kap p où le prim aire a tourné de 180°et a ét é ramené à l’ échelle du secondaire

Remarque : le dessin n’e st pas fai t à l’ échelle

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94


(10)


 

Diagramme de Kapp où le prim aire a tour né de 180°et a été ramené à l’échelle du secondaire et où on a négligéla vale ur de 0I Triangle de Kapp Chute de tension au secondaire er<< ex

uc c≈ ex

Remarque : les de ssins ne sontpas fait s à l’ échelle

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95

(11)


Chute de tension au secondaire pour tfo à 2 enroulements 2 U  er cos  ex sin  1 ex cos  er sin

200

où U = chute de tension secondaire en % sur base S n (kVA)

er = 100 x pertes Cu (kW) sur base S n (kVA) /Sn (kVA) ex = tension de crt-crt (%) sur base S n (kVA) cos Ø = facteur de puissance de la charge secondaire 

Chute de tension pour tfo à 3 enroulements : voir CEI 60076-8

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96

32

Exemple 1 de plaque signalé tique

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97

Exemple 2 de plaque signalé tique

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98

Exemple 3 de plaque signalétique

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99

33

Exemple 4 de plaque signalétique

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100

Comparaison des transformateurs concentrique (type core) et cuirassé-imbriqué (type shell)

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101

Sommaire



Vue extérieure transformateur type core



Vue extérieure transformateur type shell

 

Vues intérieures détaillées tfo type core Vues intérieures détaillées tfo type shell



Coupe verticale tfo type core Coupes horizontale et verticale tfo type shell



Tableau de comparaison



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102

34


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Transformateurs type co

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103

re

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104

avec cuve en deux pa rti es


Category : General

105

35


R. Manderlier



R. Manderlier

avec cuve en deux pa rti es

Category : General

106

avec cuve en deux p arties


Category : General

107


Autotransformateur 450 MVA 400/230 kV

R. Manderlier


Category : General

108

36


Transformateur 1100 MVA R. Manderlier


Category : General

109


Banc d’autotransformateurs monophasés de 333 MVA 525 kV R. Manderlier


Category : General

110

Category : General

111


R. Manderlier


37

Partie act ive tfo core vue côté HT

R. Manderlier


Category : General

112

Partie active tfo core vue côté BT

R. Manderlier


Category : General

113

Circuit magnétique type core (3 noyaux)

R. Manderlier


Category : General

114

38

Circuit magné tique type core (5 noyaux)

R. Manderlier


Category : General

115

Category : General

116

Enroulements type core

R. Manderlier


Montage e nrou lements su r CM

R. Manderlier


Category : General

117

39

Vue exté rie ure tfo type sh ell

R. Manderlier


Localisation vannes

R. Manderlier

Category : General

118

à disque inférie ures


Category : General

119

Cuve s supéri eure e t inférie ure tfo type shell

R. Manderlier


Category : General

120

40

Vues ext érieure / inté rie ure tfo she ll

R. Manderlier


Category : General

121

Category : General

122

Bobina ge galet te

R. Manderlier


Mise à dime nsions de la gale tte

R. Manderlier


Category : General

123

41

Galette terminée

R. Manderlier


Category : General

124

Category : General

125

Category : General

126

As semb lag e gr ou pe

R. Manderlier


Groupe termin é

R. Manderlier


42

Groupe avec ronde lle à cales vu du côté supé rieur

R. Manderlier


Category : General

127

Gro upe avec ronde lle à cales vu du côté infé rieu r

R. Manderlier


Category : General

128

Phases comprim ées avant sécha ge

R. Manderlier


Category : General

129

43

Redressement d' u ne phase

R. Manderlier


Category : General

130

Placeme nt d’ une pha se dans la cuve inférieure

R. Manderlier


Category : General

131

Enrou leme nts dans la cuve infé rieur e

R. Manderlier


Category : General

132

44

Phases assemblées dans la cuve inférieure

R. Manderlier


Category : General

133

Montage circuit magnétique 3 noyaux

R. Manderlier


Montage circuit magnetique

R. Manderlier


Category : General

134

5 noya ux

Category : General

135

45

Parti e active she ll

R. Manderlier


Category : General

136

Vue supérie ure des phase s

R. Manderlier


Category : General

137

Montage cuv e supérieure

R. Manderlier


Category : General

138

46

Montage cuv e sup érieure

R. Manderlier


Category : General

139

Category : General

140

Montage cuv e sup érieure

R. Manderlier


Montage cuv e supérieure

R. Manderlier


Category : General

141

47

Notions de coupe dans la fenê tre Notions de coupe dans la fenêtre dans un dans un tra nsformat eur type core et dans transformateur type core et dans un un transformate ur type shell transformateur type shell

R. Manderlier


Category : General

Vues inté rieures tfo type core

R. Manderlier


(1)

Category : General

Vue intérieure tfo type core

R. Manderlier


142

143

(2)

Category : General

144

48

Vue inté rieure tfo type core

R. Manderlier


(3)

Category : General

145

Coupe verticale complète type core

R. Manderlier


Category : General

Coupe dans la fenêtre type core

R. Manderlier


146

(1)

Category : General

147

49

Coupe dans la fe nêtr e type core

R. Manderlier


(2)

Category : General

148

Vues inté rieures tfo type sh ell

R. Manderlier


Category : General

149

Category : General

150

Vue inté rieure tfo type she ll

R. Manderlier


50

Coupe horiz ontal e tfo shell monopha sé

R. Manderlier


Category : General

151

Coup e horizonta le tfo shell triphasé 3 noyaux

R. Manderlier


Category : General

152

Coup e horizonta le tfo shell triphasé 5 noyaux

R. Manderlier


Category : General

153

51

Coupe da ns la fe nêtre tfo she ll

Enr. HT isolementg radué

R. Manderlier

Enr. HTpleini solement


Category : General

154

Pourqu oi incl ine r les gale ttes ?

40

40

40

40

40

Si e est l’épa isseurd’une galette, la longueurd u groupe est de - avec galettes droites : 6 x e + 5 x 40 = (6 x e + 200) mm - avec galettes inclinées : 40

16

40

R. Manderlier

40

16

40

6 x e + 3 x 40 + 2 x 16 = (6 x e + 152) mm

40


Category : General

155

co upe d ans la fe nêtre she ll un peu plus e n LaLa coupe détail ... dans la fenêtre shell un peu plus en détail …

R. Manderlier


Category : General

156

52

Coupes horiz ontale e t verticale tfo type shell

R. Manderlier


Category : General

157

Category : General

158

Category : General

159

Coupe horiz ontal e tfo shell

R. Manderlier


Détail spire tf o she ll

R. Manderlier


53

Croisement dans le faisceau

R. Manderlier


Category : General

160

Category : General

161

Category : General

162

Cales incliné es

R. Manderlier


An neau de g ard e

R. Manderlier

(1)


54

An neau de g ard e

R. Manderlier

(2)


Category : General

163

Category : General

164

Ecra n anti- corona

R. Manderlier


Coupe vert icale tfo type shell

R. Manderlier


Category : General

165

55

Détail d’ une coupe verti cale she ll

R. Manderlier


Category : General

Compo rtemen t au court-circuit tfo

R. Manderlier


166

type core

Category : General

167

Effo rts de court circu it da ns u n tfo type shell

FAC : Efforts axiaux sur cuve FACM Efforts axiaux sur circuit magnétique

R. Manderlier

1.

Shunts magnétiques

2.

Raidisseur intérieur cuve supérieure

3.

Isolation entre HT et BT

4.

Calage bois

5.

Circuit magnétique

6.

Raidisseur extérieur cuve inférieure

7.

Shunts magnétiques


Category : General

168

56

Résumé des différence s essentielle s entre transformate urs core e t shell (1) CORE

SHELL

CIRCUIT MAGNETIQUE SECTION

CIRCULAIRE

RECTANGULAIRE

AXE DES NOYAUX

VERTICAL

HORIZONTAL

GALETTES

CIRCULAIRES

RECTANGULAIRES

FORME DISPOSITION SCHEMA

CYLINDRIQUE CONCENTRIQUE SIMPLE

PARALLEPIPEDIQUE ALTERNEE COMPLEXE

ENROULEMENTS

STRUCTURE ISOLANTE R. Manderlier

SIMPLE

COMPLEXE


Category : General

169

Résumé des différence s essentielle s entre transformate urs core e t shell (2) CORE CUVE

EN 1 ou 2 PARTIE(S)

SHELL EN DEUX PARTIES

DIMENSIONNEMENT DE LA CUVE NON ET DU CIRCUIT MAGNETIQUE POUR LA RESISTANCE AU COURT CIRCUIT

OUI

ACCESSOIRES

IDEM

IDEM

POSITIONNEMENT DES VANNES A AU NIVEAU DU DISQUE INFERIEURES COLLECTEUR INFERIEUR DU RADIATEUR

R. Manderlier


Category : General

AU BAS DE LA CUVE INFERIEURE

170

Problème s à résoudre lors de la conce ption d’ un transforma teur

R. Manderlier


Category : General

171

57

Introduction



Problèmes diélectriques



Problèmes thermiques



Problèmes mécaniques

R. Manderlier


Category : General

172

Problèmes diélectriques

R. Manderlier


Category : General

173

Problèm es diéle ctriques 



En service, le transformateur est soumis à des surtensions d’origine externe : 

surtensions atmosphériques



surtensions dynamiques



surtensions de manoeuvre

Pour la définition détaillée de ces différentes surtensions, on se reportera utilement à l’exposé : Protection des transformateurs contre les surtensions.ppt

R. Manderlier


Category : General

174

58


En fin de fabrication, le tfo est soumis à des essais définis dans les normes CEI 60076-1 et 3 et destinés à vérifier la bonne tenue du transformateur ainsi que la conformité avec les spécifications du client



Essais au choc de foudre en onde pleine et parfois en onde coupée Essais au choc de manoeuvre



Essais de courte durée à fréquence industrielle par tension



induite avec mesure éventuelle des DP Essais de longue durée à fréquence industrielle par tension induite avec mesure des DP





Essais à tension appliquée (50 Hz, 1’ )

R. Manderlier


Category : General

175


Le constructeur doit donc: 

pouvoir calculer les différents types de sollicitations     



dans les enroulements eux-mêmes entre les enroulements entre les enroulements et la masse entre les connexions entre les connexions et la masse

dimensionner l’isolation en conséquence

R. Manderlier


Distribution de pot 

176

entie l

A fréquence industrielle et au choc de manoeuvre:  



Category : General

la distribution est linéaire les sollicitations entre spires, entre galettes, entre enroulements (connexions) et entre enroulements (connexions) et masse se calculent facilement

Au choc de foudre:   



la distribution n’est pas linéaire la distribution varie en fonction du temps à l’instant initial, la distribution dépend uniquement des capacités de l’enroulement par après, la distribution dépend de la self des enroulements

R. Manderlier


Category : General

177

59

Choc de foudre en onde plei ne Lightning impulse: wave shape Û Front time ( T1 ) 100%

= 1,2 s ± 30 %

Half value time ( T2) = 50 s ± 20 %

90%

Tolerance Û

= ±3%

50%

30%

T’ T

T’ =

0,3 T1 = 0,5

T1

T1 =

1/0,6 T = 1,67 T

t

T

T2

KZ-VT-T14-03E

R. Manderlier


Category : General

178

Choc de foudr e en o nde coupé e dans la q ueue Lightning impulse: chopped wave Û 100% 90%

Front time ( T1)

= 1,2 s ± 30 %

Chop time ( Tc)

= 4 s ± 2s

Overswing to = max. 30 % opposite polarity

30%

0% T’

t

T T1 TC

-30%

R. Manderlier

KZ-VT-T14-05E


Category : General

179

Choc de foudre en onde coupée dans le front

Essai effectué uniquement suivant normes américaines (steep front wave test) R. Manderlier


Category : General

180

60

Capacités et inductances Distribution of electrostatic capacitance and inductance

L

Cs

L

Cs

L

Cs

L

Cs

Cp

Cp

Cp

Cp

L: inductance Cs:seriecapacitan ce Cp: parallel capacitance

KZ-VT-T14-13E

R. Manderlier


Category : General

181

Category : General

182

Category : General

183

Représentation des capacités

R. Manderlier


Dist ribution a l’ instant initi al

R. Manderlier


61

Dist ribution transitoire

et finale

Voltage distribution in f(time) after impact % Voltage to earth as % of applied test voltage 100 90 80 70 60 t4

50

t1 < t2 < t 3 < t4

t3

40 t1

30

t2

20 10

0

50

100

% Distance from line end KZ-VT-T14-15E

R. Manderlier


Category : General

184

Enroule ments en ga lettes continues e t à haute capa cité série

R. Manderlier


Category : General

Enroule ments en galette s continues et à

6 12 24

haute ca pacité série

1

1 7

185

1 7

13

12

R. Manderlier


12

6 13

13

Category : General

186

62

Problèmes thermiques

R. Manderlier


Category : General

187

Prob lème s thermique s 









tension assignée  PERTES A VIDE ( pertes par hystérésis et par courants de Foucault + pertes RI 02 négligeables) courant assigné  pertes RI 2 + flux de fuite flux de fuite  courants de Foucault dans toutes les parties métalliques  pertes supplémentaires pertes RI 2 + pertes supplémentaires = PERTES DUES A LA CHARGE PERTES TOTALES = PERTES A VIDE + PERTES DUES A LA CHARGE

R. Manderlier


Category : General

188

Problèm es thermiques 

Le constructeur doit donc: 



pouvoir calculer le flux de fuite, les pertes supplémentaires et les échauffements qui en résultent Assurer l’évacuation des pertes totales de manière que les températures atteintes par les différents composants (huile, bobinages, isolants, autres parties métalliques) soient compatibles avec la tenue des matériaux et avec les limites imposées par les normes

R. Manderlier


Category : General

189

63

Limi tes d’ échauffe ment selon CEI 60076-2  

Echauffement de l’ huile au sommet : 60 K Echauffement moyen des enroulements  



    



pour refroidissement ONAN, ONAF, OFAF ou OFWF : 65 K pour refroidissement ODAF ou ODWF : 70 K

Ces échauffements sont définis en tenant compte d’ une température ambiante de l’ air de : -25 °C : température minimum 20 °C : température moyenne annuelle 30 °C : température moyenne mensuelle du mois le plus chaud 40 °C : température maximum Si le transformateur est refroidi par eau, la température de l’ eau à l’ entrée du réfrigérant sera ≤ 25 °C

L’altitude sera ≤ 1000 m

R. Manderlier


Category : General

190

Corrections éventue lles aux limi tes d' échauffement 

En fonction de la température du m ilieu réfrigérant 



En fonction de l' altitude 





Si une d es températures spécifiées précédemment est dépassée, diminuer les échauffements de la même valeur arrondie au degré supérieur

.. AN : diminuer les échauffements de 1 K par 400 m d' augmentation d' altitude au-dessus de 1000m et arrondir à la valeur entière supérieure .. AF : diminuer les échauffements de 1 K par 25 0 m d' augmentation d' altitude au-dessus de 1000m et arrondir à la valeur entière supérieure

On mentionnera sur la plaque sign alétique que les échauffements ont été corrigés

R. Manderlier


Category : General

191

Types de refroidissement 

Radiateurs   



Aéroréfrigérant(s) 



ONAN : sans ventilateur ONAF : avec ventilateurs OFAF : avec ventilateurs et pompe(s)

OFAF ou ODAF : avec ventilateur(s) et pompe(s)

Réfrigérant(s) à eau 

OFWF ou ODWF : avec pompe(s) à huile et pompe(s) à eau

R. Manderlier


Category : General

192

64

Refroidissement ONAN/ONAF core

R. Manderlier


Category : General

193

Refroidissement ODAF core (An cien design)

R. Manderlier


Category : General

194

Refroidissement ODAF core (Design actuel)

R. Manderlier


Category : General

195

65

Refroidissement ODAF core

R. Manderlier


(Design actuel)

Category : General

196

Category : General

197

Category : General

198

Refroidissement ODAF core

R. Manderlier


Refroidisse ment shell

R. Manderlier


66

Refroidissement shell O NAN

R. Manderlier


Category : General

199

Refroidissement shell ONAN/ONAF/OFAF

R. Manderlier


Category : General

200

Problèmes mecaniques

R. Manderlier


Category : General

201

67

Problèm es meca niques



Calcul des éléments constitutifs de l’appareil pour résister 





aux contraintes statiques dues aux masses importantes mises en jeu aux contraintes dynamiques dues au transport et aux tremblements de terre éventuels

Assurer la bonne tenue du transformateur aux efforts de court-circuit

R. Manderlier


Category : General

202

Tenue au court-circuit



Le constructeur doit donc pouvoir calculer 

  



les courants de court-circuit les efforts de court-circuit les contraintes générées par ces efforts

pouvoir limiter ces contraintes à des valeurs acceptables par les différen ts matériaux

R. Manderlier


Category : General

203

Al lu re d u c ou ran t d e co ur t-ci rcui t

R. Manderlier


Category : General

204

68

All ure d u co urant et de l’ eff or t d e cour t-c ir cui t

R. Manderlier


Efforts de cou rt-circuit dans un tfo

R. Manderlier


Category : General

205

type core

Category : General

206

Ordre de gra ndeur des efforts de court-circuit [kN]

Fradial Faxial

10000

1000

300

1

10

100

Apparent power [MVA] (Transformateur type concentrique)

R. Manderlier


Category : General

207

69

Effo rts de court-c ircuit rad iau x dans un tfo type co re

R. Manderlier


Category : General

208

Effo rts de court-c ircuit a xiau x dans un tfo type co re

R. Manderlier


Category : General

209

Effo rts de court circu it da ns u n tfo type shell

FAC : Efforts axiaux sur cuve FACM Efforts axiaux sur circuit magnétique

R. Manderlier

1.

Shunts magnétiques

2.

Raidisseur intérieur cuve supérieure

3.

Isolation entre HT et BT

4.

Calage bois

5.

Circuit magnétique

6.

Raidisseur extérieur cuve inférieure

7.

Shunts magnétiques


Category : General

210

70

Initia tion à l’autotransformate ur

R. Manderlier


Category : General

211

Définition 



Un autotransformateur est un transformateur particulier où les enroulements HT et BT ne sont pas électriquement séparés mais où ils partagent en commun une partie des spires Les enroulements HT et BT sont pratiquement toujours couplés en étoil e



Les points neutres HT et BT étant communs, les régimes de neutre des réseaux HT et BT seront donc identiques

R. Manderlier


Category : General

212

Transformateur / Autotransformateur

L’ enroulement vert s’appelle « enroulement série» L’ enroulement bleu/vert s’appelle «e nroulement commun» R. Manderlier


Category : General

213

71

Coupe dans la fenêtre Transformateur

Autotransformateur

Enroulement bleu = Enroulement BT

Enroulement bleu = Enroulement commun

Enroulement vert = Enroulement HT R. Manderlier

Enroulement vert = Enroulement série


Category : General

Utilisation de l’ autotransformateur







(1)

Dans la plupart des cas, l’ autotransformateur est utilisé pour interconnecter deux réseaux différents afin d’ assurer entre eux un transfert de puissance important L’ autotransformateur travaille en « abaisseur » si se fait uniquement delelatransfert HT versde la puissance BT L’ autotransformateur travaille en « élévateur » si le transfert de puissance se fait uniquement de la BT vers la HT

R. Manderlier


Category : General

Utilisation de l’ autotransformateur 

214

215

(2)

L’ autotransformateur peut être équipé d’ un enroulement t ertiaire soit purement de c ompensation soit alimentant des auxiliaires ou un réseau TBT  





Dans le cas d’ un tertiaire de compensation, l’autotransformateur peut indifféremment travailler en «élévateur» ou en «abaisseur» sans restriction Dans le cas d’ un tertiaire chargé et dans le cas d’ un fonctionnement en «élévateur», il faudra prendre des précautions particulières pour le dimensionnement de l’enroulement «commun»

R. Manderlier


Category : General

216

72

Puissance traversante et puissance massiq

ue

(1)

Transformateur

Puissance traversante :

P U I U I T

1

1

2

2

Puissance massique : U I U I P  2 1

1

2

2

M

D’ où :

P P M

R. Manderlier

T


Category : General

217


ue

(2)

Puissance traversante :

Autotransformateur

P T  U 1  I1  U 2  I 2

Puissance massique :       P  U U I2 U I I 1

2

1

2

2

1

M

P

M



U I  U I  U I 1

1

2

2

1

2

2

2

2



U I 2

1

2

P  P  U I M

T

2

1

P  P  U  PU

T

M

T

2

1

D’ où P R. Manderlier

M



U  U P U 1

2

T

1


Category : General


218

ue

(3)

Dans le cas d ’ un autotransformateur avec tertiaire et changeur de prises, on aura :  P U U U MAX

M

MAX

MIN



P P 2

TERT

T

où : UMAX : tension maximum côté HT(*) UMIN : tension minimum côté BT

(*)

PTERT : puissance de l’ enroulement tertiaire : en tenant compte de la gamme de réglage du changeur de prises éventuel (*)

R. Manderlier


Category : General

219

73

Tension de court c irc uit équivalente en transformateur Autotransformateur

Transformateur «équivalent»

PT

PM’=PM

PM= PT x (U1-U2)/U1

PT’= PM’= PT x (U 1-U2)/U1

U1 / U2

(U1-U2)/U2 Ucc’= Ucc x PT/PT’

Ucc R. Manderlier


Category : General

220

Exemple de calcul 

Autotransformateur GECOLI 94.4.6525     

236/156±12%/16,1 kV 300/300/50 MVA PT = 300 MVA PTERT = 50 MVA UMAX = 236 kV UMIN = 156 x 0.88 = 137.3 kV



Ucc = 12% au rapport 236/156 kV base 300 MVA



-

P M '



236 137.3  300  50 150 MVA 236 2

-U cc  12 

R. Manderlier

300  35 . 4 % 300  236  156 236


Category : General

Fonctionnement en abaisseur avec





221

tertiaire

La somme arithmétique d es puissances secondaire (MT) et tertiaire ne peut pas dépasser la puissance primaire (HT) Le courant IC dans l’ enroulement commun est au maximum égal au courant assigné IC/N quelle que soit la charge de l’ enroulement tertiaire

R. Manderlier


Category : General

222

74

Fonctionnement en élévateur avec tertiaire







La somme arithmétique des puissances secondaire (HT) et tertiaire ne peut pas dépasser la puissance primaire (MT). Dans un tel cas, le courant dans l’ enrouleme nt commun IC va dépasser le courant assigné IC/N dès que l’ enroulement tertiai re commence à être chargé Il faudra donc en tenir compte lors du dimensionnement de l’ enroulement commun et lors du dimensionnement de la réfrigération OU il faudra préciser que le courant dans l’ enroulement commun I C ne peut dépasser en aucun cas l e courant assigné I C/N

R. Manderlier


Localisation des

Category : General

enrouleme nts de réglage

223

(1/2)

Réglage côté MT par exemple 400/150+-15% kV

a) Variable flux regulation, b) àd ) Constant flux egulation r R. Manderlier


Category : General

Localisation d es enroulements de réglage

224

(2/2)

Réglage côté HT par exemple 400+-15%/150 kV

a) Variable flux regulation, b) àd ) Constant flux egulation r R. Manderlier


Category : General

225

75

Enroulements d e réglage pour changeur de prises en charge

R. Manderlier


Category : General

226

Category : General

227

Category : General

228

Enroulements de réglage (Y)

R. Manderlier


Enroul ements de réglage (D)

R. Manderlier


76

Direct / Inversion / Préséle ctio n et réglage fin

a : réglage en direct b : réglage par inversion c : réglage avec présélection et réglage fin

R. Manderlier


Category : General

229

Types d ’ enroulements de réglage les plus utilisés

a : réglage par inversion

b : réglage avec présélection et réglage fin

R. Manderlier


Category : General

Disposition des échelons dans un enroule ment de réglage fin

NON

R. Manderlier


230

(1/2)

OUI

Category : General

231

77

Disposition des échelons dans un enroulement de réglage fin

(2/2)

43 2 1

Exemple d’enroulement de réglage fin comportant 4 échelons de 5 spires

4’ 3’ 2’ 1’

R. Manderlier


Category : General

232

Réglage avec présélection et réglage fin (+-15%)

a : pos max b : pos moy avec présélecteur en service c : pos moy avec réglage fin en service d : pos min R. Manderlier


Category : General

233

Réglage par inv ersion (+-15%)

a : pos max b : pos moy avec inverseur en concordant c : pos moy avec inverseur en discordant d : pos min R. Manderlier


Category : General

234

78

Pertes maximum da ns l’ enrouleme nt HT  

Gamme de réglage : +-15% Pertes à évacuer de l’ enroulement HT ~ RI2 ~ kNI2  



Puissance constante sur toutes les prises : les pertes sont maximum à la position minimum (-15%)  



N : nombre de spires parcourues p ar le courant I : courant correspondant à la prise la plus défavorable

Pertes avec inversion : k*1.15*1.18 2 = k*1.60 Pertes avec PS etRF : k*0.85*1.182 = k*1.18

Puissance décroissante la tension en d essous 0.95 UN : les pertes sont avec maximum à la position –5%de  

Pertes avec inversion : k*1.05*1.05 2 = k*1.16 Pertes avec PS etRF : k*0.95*1.052 = k*1.05

R. Manderlier


Category : General

235

Choix du type d’enroulements de réglage 

Avantage présélecteur et réglage fin



Inconvénients présélecteur et r églage fin



 



deux enroulements de réglage variation relativement importante de la te nsion de court-cicuit de la prise minimum à la prise maximum

Avantages inversion  



moins de pertes à évacuer

un seul enroulement de réglage variation faible de la tension de court-circuit de la prise minimum à la prise maximum

Inconvénient inversion 

pertes à évacuer nettement plus importantes

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Category : General

236

Symbo les de coup lage suiva nt norme CEI

R. Manderlier


Category : General

237

79

Désignation du mode de coup lage des enrouleme nts



Enroulement ayant la plus haute tension   



Autre(s) enroulement(s)  





Y : si couplé en étoile D : si couplé en triangle Z : si couplé en zigzag y : si couplé en étoile d : si couplé en triangle z : si couplé en zigzag

Exemple 

150 kV étoile/16,4 kV triangle : Yd

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Category : General

238

Coupla ge étoil e et couplage tria ngle

R. Manderlier


Category : General

239

Couplage zigzag

U

U1

V1

W1

U2

V2

W2

N V

W

R. Manderlier


Category : General

240

80

Désignation du mode de coup lage des enrouleme nts 

Point neutre sorti  



Exemple 



enroulement ayant la plus haute tension : N autre(s) enroulement(s) : n

150 kV étoile neutre sorti/16,4 kV triangle : YNd

Autotransformateur  

Ya : primaire et secondaire avec neutre non sorti YNa : primaire et secondaire avec neutre sorti

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Category : General

Déphasage entre deux enroulements 

(1)

Le déphasage entre deuxenroul ements est l’ écart angulaire entre les vecteurs représentant les fém entre le point neutre réel ou fictif et les bornes homologues des deux enroulements. Les vecteurs sont supposés tourner dans le sens anti-horlogique

R. Manderlier


Category : General

Déphasage entre deux enroulements 

241

242

(2)

Le déph asage s’exprime par un ind ice horairequi est l’ heure indiquée sur le cadran d’une horlogeoù : 



aiguille des minutes sur 12 h = vecteur fém entre le point neutre (réel ou fictif) et la borne de lign e 1U de l’enroul ement haute tension aiguille des heures (indice horaire) = vecteur fém entre le point neutre (réel ou fictif) et la borne de ligne 2U de l’enroulement BT



si l’aiguille des heur es se posi tionne sur12 h = indic e 0



pour tfo à 3 enroulements, l’aiguille des minutes est toujours celle de l’enroulement ayant la plus haut e tension

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Category : General

243

81

Dépha sage ou indi ce hora ire

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Category : General

244

Symbole de coupla ge 

Symbole :  



combinaison de lettres et d’indice(s) horaire(s) modes de connexion des différents enroulements par ordre de tension décroissante déphasages respectifs des enroulements par rapport à l’enroulement ayant la plus haute tension



Exemples 



YNd11, Dyn11, YNyn0d5, YNad11

Tertiaire non sorti 

YNyn0+d, YNa+d

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Category : General

245

Exemple s de symbole de couplage

R. Manderlier


Category : General

246

82

Symboles YNd1, YNd5, YNd7, YNd11

R. Manderlier


Category : General

247

Illustration du c ouplage triangle en d11 2W

2U

2V

Phase W

0

R. Manderlier

1

1

1

Phase V

0


Phase U

0

Category : General

Sym bole s de c oupla ge CEI

R. Manderlier


248

(1)

Category : General

249

83

Sym bole s de c oupla ge CEI

R. Manderlier


(2)

Category : General

250

Category : General

251

Marche en para llèle

R. Manderlier


Marche en par allè le 

Définition 





transformateurs reliés au même réseau côté HT et côté BT transformateurs à 3 enroulements reliés en parallèle sur 2 enroulements uniquement

Conditions de marche en parallèle    

symboles de couplage ) rapports de transformation ) doivent être compatibles tensions de court-circuit ) rapport des puissances entre 0,5 et 2

R. Manderlier


Category : General

252

84

Compatib ilité des symbole s de coupla ge 



Si les indices horaires sont identiques, les tfos peuvent fonctionner en parallèle si les bornes homologues sont reliées entre elles Si les indices horaires sont différents, on distingue 4 groupes de couplage :    

groupe 1 : indices horaires 0, 4 et 8 groupe 2 : indices horaires 2, 6 et 10 groupe 3 : indices horaires 1 et 5 groupe 4 : indices horaires 7 et 11

R. Manderlier


Category : General


253

(2)

Dans un même groupe, les tfos peuvent marcher en parallèle s’ils sont connectés comme indiqué ci-après

R. Manderlier


Category : General


(1)

254

(3)

Un tfo du groupe 3 peut marcher en parallèle avec un tf o du groupe 4 s’ils sont connectés comme indiqué ci-après

R. Manderlier


Category : General

255

85

Compa tibilité des rap ports de transforma tion (1)





Les rapports de transformation doivent être égaux à la tolérance près : 

+- 0,5 % si Ucc



+- 1/10 de Ucc (%) à la prise principale si Ucc

≥5%

5%

Si les rapports de transformation sont différents : 

 

à vide, courant de ci rculation entre les 2 tf os dû à la différence entre les fém secondaires courant limité par la somme des impédances des 2 tfos courant inductif, donc décalé de /2 en arr ière sur la fém, car les impédances sont pratiquement purement selfiques

R. Manderlier


Category : General

256

Compa tibilité des rap ports de transforma tion (2)



Exemple : 

 



2 tfos avec Ucc = 5% et sur rapports de +0,5% et de –0,5% donc sur fém de 1% Ic = (100/5+5) x (1/100) x In = 10% In en charge, ce courant inductif se combine vectoriellement avec le courant de charge influence d’autant plus faible que le cos de la charge est élevé :   

R. Manderlier

100,5%In à cos 1 105%In à cos 0,9 107%In à cos 0,8


Category : General

Compa tibilité des tensions de court-circuit 

257

(1)

Les tensions de court-circuit en % doivent être égales sur base de la puissance assignée de chaque transformateur à la tolérance près : +-7,5% si Ucc ≥ 10% +-10% si Ucc 10% et ce afin d’utiliser au maximum la puissance de chaque transformateur.  





Deux tfos différant uniquement par la puissance et ayant le même Ucc auront, si on néglige la chute ohmi que, la même chute de tens ion, donc la même tension en charge lorsqu’ils fonctionnent à leurs puissances assignées ou au même pourcentage de leurs puissances assignées. Partantdu principe que 2 transf ormateurs en paral lèle ontla même tension en charge les deux transformateurs ci-avant se répartir ont donc la charge au proratade leurs puissances assignées respectives puisque pour la même charge relative en % , chaque tfo aura la même chute de tensio n, donc la même tension en cha rge.

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Category : General

258

86

Compa tibilité des tensions de court-circuit





(2)

Pour la même raison, si les deux transfos diffèrent en plus par leurs tension de court-circuit, celui qui a le plus petit Ucc sera d’ abord chargé à sa pleine puissance alors que l’ autre transfo ne sera chargé qu’ à une fraction de sa puissance Cette fraction est égale au rapport de la plus petite à la plus grande tension de chutes court-circuit. C’est donc en effet cette condition que les de tension, lesà tensions en charge, seront identiques

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Category : General

Compa tibilité des tensions de court-circuit









259

(3)

Sn1 et Sn2 : puissances assignées Ucc1 et Ucc2 : tensions de court-circuit en % sur base Sn1 et Sn2 et avec Ucc1 Ucc2 Ptotale = Sn1 + Sn2 x Ucc1/Ucc2 Pour informations complémentaires sur la marche en parallèle, voir norme CEI 60076-8

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Category : General

260

Category : General

261

Essa is électr iques

R. Manderlier


87

Essa is suivant CEI 60076-1 

Essais individuels  



  

(à effectuer sur chaque transformateur)

Mesure de la résistance ohmique des enroulements Mesure du rapport de transformation et contrôle du déphasage Mesure de l’impédance de court-circuit et des pertes dues à la charge Mesure des pertes et du courant à vide Essais diélectriques individuels (CEI 60076-3) Essais sur les changeurs de prises

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Category : General

Essa is suivant CEI 60076-1



262

(2)

Essais de type

(à effectuer sur un transformateur représentatifd’une série)  

Essais d’échauffement Essais diélectriques de type (CEI 6007 6-3)

R. Manderlier


Category : General

Essa is suivant CEI 60076-1 

(1)

263

(3)

Essais spéciaux (à effectuer de commun accord entr e le client et le constructeur)   

     

Essais diélectriques spéciaux (CEI 60076-3) Détermination des capacités Caractéristiques de transmission de tension transitoire Mesure des impédances homopolaires Essai de tenue au court-circuit Détermination des niveaux de bruit Mesure des harmoniques du courant à vide Mesure de la puissance absorbée par les moteurs Mesure de la résistance d’isolement et/ou de la tg 

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Category : General

264

88

Essa is diéle ctriques (CEI 60076-3)



Choc de manoeuvre (CM) sur bornes de ligne Choc de foudre (CF) sur bornes de ligne Choc de foudre (CF) sur borne de neutre Tension appliquée à fréquence industrielle (FI) Tension induite courte durée à fréquence industrielle (FI CD)



Tension induite longue durée à fréquence industrielle (FI LD)

   







sans ou avec mesure des décharges partielles

avec mesure des décharges partielles

Remarque : si ces essais sont d’ application, ils seront exécutés dans l’ordre cidessus, sauf convention contraire

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Category : General

265

Essais dielectriques suivan t tablea u 1 de CEI 6 0076-3 Essais Catégorie d’ enroulement

Tension la plus élevée pourle matériel Um (kV)

Chocde foudre (CF)

Chocde manoeuvre (CM)

Longue duréeF I (FI LD)

Courte duréeFI (FI CD)

Tension appliquée FI

Um ≤ 72,5

Type (note 1)

Non applicable

Non applicable (note 1)

Individuel

Individuel

72,5 < Um ≤ 170

Individuel

Non applicable

Spécial

Individuel

Individuel

170 < Um < 300

Individuel

Individuel (note 2)

Individuel

Spécial (note 2)

Individuel

Um ≥ 300

Individuel

Individuel

Individuel

Spécial

Individuel

Isolation uniforme

Isolation uniforme et isolation non uniforme

Um : tension efficacee ntrephasesmaximum pou r laquelle l’isolation de l’enroulement est conçuecôté ligneou neutre A une valeur de Um correspondent plusieursni veaux de tensionde tenue (CM, CF ,FI) normalisés Le choixdu niveau dépendde la sévéritédes conditionsde surtensionprévisible s et de l’importan ce de l’install ation Note1 : dans certain s pays, pourles transfor mateurs où Um ≤ 72,5 kV, les es saisCF sont prescritscomme des essaisindividu elset les essaisFI LD sont prescritscomme des essaisi ndividuelsou commedes essaisde type Note2 : si l’essaiFI CD est spécif ié, l’essaiCM n’estpas nécessair e. Il convient quececi soit claire mentspécifié dansle document d’appel d’offres

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Category : General

266

But des essai s dié lectr iques 

Le but des différents essais est de vérifier la bonne tenue des enroulements et de ce qui est connecté aux enroulements en fonction des différentes sollicitations



Tenue d’ un enroulement par rapport à la terre Tenue d’ un enroulement par rapport aux autres enroulements Tenue à l’ intérieur de l’ enroulement Tenue des traversées connectées à l’ enroulement



Niveau acceptable de décharges partielles

 



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Category : General

267

89

Essa is electr iques            

Résistances ohmiques des enroulements Rapport de transformation Symbole de couplage Tension de court-circuit et pertes en charge Pertes à vide et courant à vide Choc de manoeuvre Choc de foudre Tension appliquée et tension induite Renouvellement des essais diélectriques Résistances d’isolement Tangente delta Bibliographie

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Category : General

Résis tance des e nrou lements 

 

Vérification des enroulements Calcul des pertes Joule Calcul de la température d’enroulement en fin d’essai d’ échauffement

Principe de la mesure   

Alimenter l’enroulement à tension continue Mesurer la tension et le courant Calculer la résistance R = V/I

R. Manderlier


Category : General


(1)

Utilité 



268

269

(2)

Cas particuliers 



enroulement étoile avec point neutre non sorti R = V/I enroulement triangle R = 3V/2I

R. Manderlier


Category : General

270

90


Précautions 









Raccorder les connexions du voltmètre directement aux bornes de l’enroulement Alimenter avec un courant assez faible pour ne pas échauffer l’enroulement Ne prendre les mesures que lorsque le courant est tout à fait stabilisé Relever la température de l’ enroulement au moment de la mesure Déconnecter le voltmètre avant chaque enclenchement ou coupure du courant

R. Manderlier


Rapport de transformation 

 

Category : General

et déphasage

271

(1)

Rapport entre le nombre de spires de chaque paire d’enroulements Rapport indépendant de la tension et de la fréquence Le décalage angulaire (déphasage) de l’enroulement BT par rapport à l’enroulement HT est indiqué dans le symbole de couplage

R. Manderlier



(3)

Category : General

et déphasage

272

(2)

La mesure du rapport de transformation et le c ontrôle du symbole de couplage pour une paire d’enroulements se fait 



soit simultanément en utilisant un pont de mesure digital Tettex ou équivalent et en y raccordant toutes les bornes de la paire d’ enroulements à contrôler soit individuellement pour la paire d’enroulements à contrôler par la méthode  

R. Manderlier

des deux voltmètres pour le rapport de transformation du voltmètre pour le décalage angulaire


Category : General

273

91

Rapport d e transformation et d éphasa ge 

R. Manderlier


Category : General


Méthode des deux voltmètres



Précautions









(3)

Vérification par pont de mesure digital

274

(1)

Alimentation en 230 V côté HT en mesurant au même moment les tensions côté HT et côté BT

bien raccorder les bornes homologues comme indiqué sur le schéma précédent toujours alimenter par l’enroulement ayant la plus haute tension

Cas Ydparticuliers neutre non sorti : valeur 





mesurée à diviser par 2 Dy neutre non sorti : valeur mesurée à multiplier par 2 court-circuiter la phase du triangle non alimentée

R. Manderlier


Sym bole de coupla ge 

Category : General

275

(1)

Vérification par la méthode du voltmètre



Raccorder entre elles une borne HT avec la borne homologue BT (1V avec 2V par exemple) Alimenter la HT avec une tension triphasée (220 V) Mesurer les tensions entre bornes



Tracer le diagramme des tensions





R. Manderlier


Category : General

276

92

Sym bole de coupla ge

R. Manderlier


(2)

Category : General

277

Tension de court-c irc uit et pe rtes dues a la charge (1) 

Tension de court-circuit 



Pertes dues à la charge  

 

tension qu’il faut appliquer sur un enroulement pour faire passer le courant assigné dans une paire d’enroulementlorsque le deuxième enroulement est court-circuité pertes dues à la charge = pertes Joule + pertes supplémentaires pertes mesurées au wattmètre lorsqu’on applique sur un enroulement la tension de court-c ircuit et que l’autre enroulement est court-circuité

Les deuxvaleu rs sont garanties à 75 o C suivant CEI Pour un transformateur à 3 enroulements, la tension de courtcircuit et les pertes en charge sont toujours garanties et mesurées par paire d’ enroulements

R. Manderlier


Category : General

278


Variation des pertes avec la température  



pertes joule (RI 2) augmentent avec la température pertes supplémentaires diminuent avec la température

Tension de court-circuit 





exprimée pour une paire d’enroulements en % de la tension assignée des enroulements sur base de la puissan ce assignée de la paire d’enroulements Ucc % = 100 x Ucc (mesuréee n V pour In)/Un (V) somme vectorielle de la chute ohmique e r et de la chute inductive e x (triangle de Kapp) Ucc % = (e r2 + ex2)1/2 la variation du Ucc avec la température est négligeable

R. Manderlier


Category : General

279

93


Principe de la mesure



Remarques   

toujours effectuer les mesures par paire d’enroulements effectuer les mesuresaussi viteque possible noter la température de l’huile au niveaudu couvercle et au bas de la cuve

R. Manderlier


Category : General

280


Calcul des pertes dues à la charge à 75 o C 

Données  



Résistance des enrouleme nts à la température Pertes dues à la charge à la température 2 (1)

1

Calcul      

R. Manderlier

Résistance des enrouleme nts à la température 2 Pertes RI 2 à la température 2 (2) Pertes supplémentaires à la température 2 = (1) - (2) Pertes RI 2 à 75o C (3) Pertes supplémentaires à 75 o C (4) Pertes dues à la charge à 75 o C = (3) + (4)


Category : General

281

Tension de court-c irc uit et pe rtes dues a la charge (5)

GSU transformer 550 MVA 400 kV R. Manderlier


Category : General

282

94

Pertes et coura nt a vide

(1)

Pertes à vide





    

pertes mesurées au wattmètre lorsqu’on applique sur un enroulement sa tension assignée à fréquence assignée, les autres enroulements étant à circuit ouvert et la tension étant sinusoidale pertes par hystérésis (k1.f.B1.6) pertes par courants de Foucault (k2.f2.B2) pertes RI02 dues au courant à vide (négligeables) pertes diélectriques (négligeables) ne dépendent pratiquement pas de la température

Courant à vide



   

peut être différent dans les 3 pha ses valeur moyenne des 3 phases à comparer à la valeur garantie exprimé en % de In sur base puissance assignée I0 % = 100 x √ 3 x Un x I0 valeurmoy.des3 phases/Sn

R. Manderlier


Pertes et coura nt a vide 

Category : General

283

(2)

Principe de la mesure

R. Manderlier


Choc de foudre

Category : General

(1)



Onde de choc onde pleine et onde coupée



Générateur de choc 



284

charge un gro upe de capacités en parallèle et les décharge en série forme de l’onde est déterminée par les constantes du générateur et par l’ impédance de la charge

R. Manderlier


Category : General

285

95

Choc de foudre

R. Manderlier


Choc de foudre



(2)

Category : General

286

(3)

Raccordement du transformateur  

  

essai de chaque enroulement phase par phase raccorder le générateur de choc à la borne de ligne de la phase de l’enroulement à essayer raccorder toutes les autres bornes à la terre effectuer la séquence d’essai recommencer l’opération avec les autres bornes

R. Manderlier


Choc de foudre

R. Manderlier

Category : General

287

Category : General

288

(4)


96

Choc de foudre 

 



1 onde pleine d’ amplitude 50% 3 ondes pleines d’ amplitude 100%

Séquence d’essai à l’ onde pleine et à l’ onde coupée     



(4)

Séquence d’ essai à l’ onde pleine

1 onde pleine d’amplitude 50% 1 onde pleine d’amplitude 100% 1 onde coupée d’ amplitude 50% 2 ondes coupées d’amplitude 110% 2 ondes pleine d’amplitude 100%

Sanction de l’essai 

Si tous les oscillos en onde pleine (et en onde coupée) sont comparables, l’essai est réputé satisfaisant

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Category : General

289

Tension appliquée et tension induite 

Tension appliquée à une fréquence ≥ 80% fn 





Tension induite à une fréquence ≥ 100Hz 







vérification de l’isolation des enroulements et des bornes vis à vis de la masse durée : 1 min

vérification de l’isolation entre spires, entre galettes, entre enroulements, entre enroulements et masse, entre bornes et entre bornes et masse durée à lade pleine tension d’ essai : 120 x f n/fe sec avec un minimum 15 sec durée à tension d’ essai réduite : de 5 à 60 min p our mesure des décharges partielles si d’ application

Les tensions d’ essai U 1 (appliquée et induite) sont définies en fonction de Um et données dans les tableaux 2 et 4 et reprises dans les tableaux D.1 et D.2 de la norme CEI 60076-3

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Category : General

290

Essai par tension appliquée Ustart ≤ 1/3 U1 Vitesse de montée (descente) en tension : aussi rapide que la mesure le permet Maintenir latension d’essai U 1 pendant 60 sec A la fin de la durée d’essai : réduire la tension aussi vite que possible àune valeur < 1/3 U1 avant de la couper

Sur les enroulements àisolatio n non uniforme, l’ essai est réalisé avec la tension d’essai prescrite pour le point neutre

R. Manderlier


Category : General

291

97

Essai par te nsion in duite 

Essai par tension induite FI CD (§ 12.1 à 12.3 de CEI 60076-3) 

Les transformateurs triphasés à isolation uniforme seront soumis à un essai en trip hasé avec point neutr e de l’ enroulement Y à la terre sans mesure des DP si Um ≤ 72,5 kV avec mesure des DP notamment à 1,3 Um si Um > 72,5 kV Les transformateurs triphasés à isolation non uniforme et, en général, avec Um ≤ 170 kV, sero nt soumis à un essa i monophaséeffect ué 3 fois avec poin t neutre isolé et avec mesure des DP no tamment à 1,5 Um / √3 à un essa i triphaséavec poi nt neutr e à la terr e et avec mesur e des DP notamment à 1,3 Um  









Essai par tension induite FI LD (§ 12.1 et 12.4 de CEI 60076-3) 

Les transformateurs triphasés à isolation uniforme ou non uniforme et, en général, avec Um > 170 kV, seront soumis soit, dans la plupartd es cas, à un essai monophasé effectué 3 fois avec point neut re à la terre et avec mesure des DP no tammentà 1,5 Um / √3 soit, plus rarement à un essai triphasé avec point neutre à la terre et avec mesure des DP 



R. Manderlier


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292

Essai à FI CD en triphasé sans mesure de s DP

R. Manderlier


Category : General

293

Séquence et sanction de l’ essai

Exemple - pour un enroulementà isolation uniforme de 70 kV vec a U m = 72,5 kV, le tableau 2 donne une valeur U1 de 140 kV pour la tension induite de courte durée entre phases (et la même valeur pour la tension appliquée). - si on travaille à une fréquence de 125 Hz, la durée C sera égale à 120 x 50 / 125 = 48 sec - Ustart ≤ 1/3 U1 Sanction de l’ essai - l’ essai est satisfaisant s’ il ne se produit aucun effondrement de la tension d’ essai

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294

98

Essai à FI CD en triphasé avec mesure des DP

Ce schéma d’essai est valable o pur un enroulement àisolation uniforme avecU aussi bienque pour un enroulement à isolation non uniforme

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m

> 72,5 kV

295

Séque nce de l’ essai FI CD triphasé

≥

Cette séquence est valable pour un enroulement àisolation uniforme avec Um > 72,5 kV aussi bien que pour un enroulement à isolation non uniforme

Exemple - Enroulement 150 kV à isolation non uniforme avec U

m

côté ligne = 170 kV et 325 kVde tension induite

- Le diagramme ci-dessus donne évolution l’ de la tension entre phase et neutre (terre) fonctiondu en temps - U2 = 1,3 Um√ 3 = 130 kV soit 225 kVentre phases suivant tableau D.2 (tableauD.1 siolation is uniforme) - Ustart ≤ 1/3 x 130 kV = 45 kVsoit 80kV entre phases - 1,1 Um/ √3 = 110 kV soit 190 kV entre phases - U1 = 325 kV /√3 soit 325 kV entre phases - C = 48 sec avec f e = 125 Hz R. Manderlier


Category : General

296

Sanction de l’ essai FI CD triphasé 

L’ essai est satisfaisant si :  

Il n’ y a pas d’ effondrement de la tension d’ essai Le niveau permanent de la charge apparente à U2 pendant ≤





la deuxième période de 5 min est 300 pC pour toutes les voies de mesure Le niveau de décharges partielles ne montre pas une tendance à la croissance continue à la tension U2. Il convient de négliger les pointes élevées de décharges partielles se produisant occasionnellement Le niveau permanent de la charge apparente n’ excède pas 100 pC à 1,1 U m √3

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Category : General

297

99

Essai à FI CD en monophasé avec mesure de s DP

R. Manderlier


Category : General

298

Séque nce de l’ essai FI CD monophasé

Exemple - Enroulement 150 kV à isolation non uniforme avec U

m

côté ligne = 170 kV et 325 kVde tension induite

- Le diagramme ci-dessus donne évolution l’ de la tension entre 1U et terre (1V 1W) et en fonction du temps - Ustart ≤ 1/3 x 145 kV soit 50 kV - 1,1 U m / √3 = 110 kV - U2 = 1,5 Um √3 = 145 kV (tableau D.2) - U1 = 325 kV - C = 48 sec avec f e = 125 Hz R. Manderlier


Category : General

299

Sanction de l’ essai FI CD monophasé 


Il n’ y a pas d’ effondrement de la tension d’ essai Le niveau permanent de la charge apparente à U2 ≤





pendant deuxième période de 5 min est 500 pC pour toutes leslavoies de mesure Le niveau de décharges partielles ne montre pas une tendance à la croissance continue à la tension U2. Il convient de négliger les pointes élevées de décharges partielles se produisant occasionnellement Le niveau permanent de la charge apparente n’ excède pas 100 pC à 1,1 U m √3

R. Manderlier


Category : General

300

100

Essai à FI LD en monophasé avec mesure des D P

R. Manderlier


Category : General

301

Séque nce de l’ essai F I LD monophasé

Exemple - Enroulement 400 kV à isolation non uniforme avec U m côté ligne = 420 kV et tension induite 630 kV - Le diagramme ci-dessus donne évolution l’ de la tension entre 1U et 1N (terre)nefonction du temps - U2 = 1,5 Um √3 = 365 kV soit 1,5 x 365 kV = 545 kVentre phases (1U vis-à-vis de 1V et de 1W) - Ustart ≤ 1/3 x 365 kV soit 120 kV - 1,1 Um / √3 = 265 kV - U1 = 1,7 Um / √3 = 410 kV soit 1,5 x 410 kV = 620 kV entre phases (1U vis-à-vis de 1V et de 1W) - C = 48 sec avec f e = 125 Hz R. Manderlier


Category : General

302

Sanction de l’ essai F ILD monophasé








Il n’ y a pas d’ effondrement de la tension d’ essai Le niveau permanent des déchar ges à U2 pendant la période de 30 ou de 60 min est ≤ 500 pC L’ évolution des décharges partielles ne montre pas une tendance à la croissance continue à la tension U2 . Il convient de négliger les pointes élevées de décharges partielles se produisant occasionnellement Le niveau permanent des décharges partielles n’ excède pas 100 pC à 1,1 U m √3

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Category : General

303

101

Renouvellement des essais di électriques



Pour des transformateurs qui ont été réparés : 



les essais diélectriques doivent être renouvelés à des niveaux d’essai de 80 % des valeurs d’srcine, sauf convention contraire et sous réserve que l’isolation interne n’ait pas fait l’objet de modification par contre, les essais à tension induite de longue durée (FI LD) doivent toujours être répétés à 100 % du niveau srcinal

R. Manderlier


Category : General

Résista nces d’ isoleme nt 

(1)

But de l’essai  



304

Contrôle du séchage des enroulements Absence de mise à la masse ou de contact avec un autre enroulement

Remarques importantes 



Les valeurs mesurées dépendent de la température d’où ramener les valeurs à 20 o C pour les besoins de comparaison Les valeurs absolues dépendent des dimensions donc de la puissance et du niveau d’ isolement : donc ne comparer que des tranfos semblables

R. Manderlier


Category : General










305

(2)

La résistance d’isolement est d’autant plus faible que l’humidité de la structure isolante est élevée Dans un même tfo, la résistance d’isolement sera d’autant plus faible que la surface de bobinage en présence de la masse est plus importante Pour tfo à 3 enroulements, la résistance d’isolement du bobinage du milieu sera plus faible parce que les deux autres bobinages seront à la masse pendant la mesure Pour enroulement à isolation graduée, c’est la classe du point neutre qui détermine la mesure En conclusion, prudence dans l’interprétation des mesures

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Category : General

306

102




enroulement essayé : court-circuiter toutes ses bornes et y appliquer 5000 V/masse avec Megger autres enroulements : court-circuiter et raccorder à la masse HT/MT + BT + masse MT/HT + BT + masse BT/HT + MT + masse



HT + MT + BT/masse





 

  

noter la température de l’huile prendre la mesure après 1 min d’a pplication de la tension ramener les valeurs mesurées à 20 o C (la résistance diminue lorsque la température augmente)

R. Manderlier


Category : General

Résistance d’ isolement 

307

(4)

Précautions  



transfo rempli d’huile sèche et de bon ne qualité ne pas mesurer dans une ambiance humide ou poussièreuse ramener à 20 o C les valeurs mesurées par la formule R20°C = K1 x R °C

T°C

70

60

50

40

35

30

25

20

15

10

5

K1

32

16

7,85

4

2,8

2

1,4

1

0,7

0,5

O,36

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Résistance d’ isolement



(3)

Principe de l’essai

Category : General

308

(5)

o

Résistances minimum acceptables à 20 C 10 M/kV avec 400 M  minimum  

kV de l’enroulement ayant la plus haute tension

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Category : General

309

103

Tange nte delt a d’ un isola nt



(1)

Un isolant placé dans un champ électrique alternatif est le siège de pertes diélectriques dépendant de :    

la nature et de l’état d’humidité de l’isolant la valeur du champ électrique la fréquence la température

R. Manderlier


Category : General

Tange nte delt a d’ un isola nt

310

(2)

si on applique une tension U sur un isolant, le courant I T qui en résulte est purement capacitif si l’isolant est idéal. Dans la pratique, il est décalé en avant sur la tension U d’un angle    

la composante résistive IR est en phase avec la tension U et la composante capacitive IC est décalée de  en avant sur la tension U 



facteur de puissance de l’isolation : cos  cos  = pertes diélectriques/puissance apparente



angle de pertes :  = 90 – 



facteur de dissipation : tang 



si  suffisamment petit : tang  = cos 



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Category : General

Tange nte delt a du tra nsforma teur 

(1)

But de l’essai 



311

Contrôle du degré d’humidité de la structure isolante en cours de traitement, en fin de fabrication et en service.

Remarques importantes 



Les valeurs mesurées dépendent de la température d’où ramener les valeurs à 20 o C pour les besoins de comparaison La tangente delta dépend de la fréquence et est indépendante de la puissance et de la classe d’isolement

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Category : General

312

104

Tange nte delt a du tra nsforma teur

(2)

Principe de l’essai







    



enroulement essayé : court-circuiter toutes ses bornes et les raccorder au pont de Schering à 500V autres enroulements : court-circuiter et raccorder à la masse HT/MT + BT + masse MT/HT + BT + masse BT/HT + MT + masse HT + MT + BT/masse noter la température de l’huile et la fréquence de mesure ramener à 20 o C les valeurs mesurées (la tangente augmente avec la température)

R. Manderlier


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313

Tange nte delt a du tra nsforma teur 

Précautions   

ne pas mesurer dans une ambiance hum ide mesure sensible au champ électrique ramener à 20 o C les valeurs mesurées par la formule tg 20°C = tg T°C/K2

T°C

70

60

50

40

35

30

25

20

15

10

5

K2

1,56

1,27

1.10

1,02

1,01

1,00

1,00

1,00

1,00

1,02

1,03

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Tange nte delt a du tra nsforma teur



(3)

314

(4)

o

Tangente delta à 20 C et à 50 Hz   

transformateur neuf : entre 0,3 et 0,7 % transformateur en service : entre 1 et 2% Une valeur > 2 % requiert un examen immédiat

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315

105

Tangente delta de l’ huile

(1)

But de l’ essai



Contrôle de la qualité isolante de l’ huile en réception, après traitement, après r emplissage et en service



Remarques importantes



Les valeurs mesurées augmentent avec l a température La valeur de référence est mesurée à 90 o C svt CEI 60247 et 61620 La valeur augmente en service avec la pollution de l’ huile due à la décomposition des isolants







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Category : General

Tangente delta de l’ huile 

316

(2)

Tangente delta de l’ huile à 90o C et à 50 Hz 





Huile neuve:

≤

0,005 (CEI 60296)

Huile neuve dans tfo neuf avant essais ou avant mise en service: ≤ 0,005 (critères Pauwels) Huile neuve dans tfo neuf avant essais ou avant mise en service: ≤ 0,01 si Um  



≤

0,015 si Um

≤

170kV (CEI 60422) 170kV (CEI 60422)

Huile en service:  

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≤ ≤

0,2 si Um 1,0 si Um

≤

170kV (CEI 60422) 170kV (CEI 60422)


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317

Bibliographie

  

Norme CEI 60076-3 (2000-03) + corrigendum 1 (2000-12) Testing Power Transformer.ppt de Rudy Van den Bosch J & P Transformer Book de M.J. Heathcote (édition 2007)

R. Manderlier


Category : General

318

106

Gaz disso us et comp osé s fura nique s

R. Manderlier


Category : General

319

Gaz dissous et composé s fura nique s dans l’huile





Les décharges électriques et les contraintes thermiques dans l’huile ou dans le papier produisent différents gaz (ainsi que des composés furaniques s’il y a dégradation du papier) La vitesse de production des gaz est étroitement liée à l’énergie libérée dans le défaut



L’analyse des gaz dissous dans l’huile est un examen essentiel permettant de détecter des défauts latents dans le transformateur

R. Manderlier


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320

Gaz diss ous et com posé s fura niqu es dans l’hu ile 

Les gaz les plus significatifs produits par la décomp osition de l’huile sont les suivants: Hydrogène H2 MéthaneCH 4 Ethane C2H6 Ethylène C 2H4     



Acétylène C 2H2

Les gaz les plus significatifs produits par la décomp osition de la cellulose sont les suivants: Monoxyde de carbone CO Dioxyde de carb one CO2  



Le composé furanique le plus courant produit par la décomposition de la cellulose s’ appelle : 2-furfuraldéhyde 

R. Manderlier


Category : General

321

107

Gaz typi que s prod uits par un défa ut 

HUILE     



H2  décharges partielles CH4  point chaud température peu élevée +- 250o C C2H6  point chaud température élevée +- 300o C C2H4  point chaud température plus élevée +- 500o C C2H2  arcs électriques température très élevée +- 800à 1200o C

CELLULOSE  



CO2 et CO  décomposition de la cellulose Le CO2 est déjà dégagé par le vi eillissement normal du papierà des températures 100o C. Le CO est également dégagé par le vieillissement normal du papier mais à des températures 100o C. 

  

Le dégag ement de ces deux gaz dépend également de la pré sence d’oxygène et de la teneur en eau du papier

Température  105o C : vitesse de dégradati on importante Température  300o C : dégradatio n et carbonisation totales Rappel : dégagement d’eau et de dérivés furaniques

R. Manderlier


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322

Interpr étation de l’a nalyse des ga z dissous



ANSI : “ ... it must be recognized that analysis of these gases and interpretation of their significance is at this time not a science, but an art subject to variability.”

R. Manderlier


Category : General

323

Code CEI 60599 

Basé sur 3 rapports de gaz:   



C2H2/C2H4 CH4/H2 C2H4/C2H6

OnPD endécharges déduit 6 types de défauts: partielles      

D1 décharges de faible énergie D2 décharges de haute énergie T1 défauts thermiques  300o C T2 défauts thermiques 300 à 700 o C T3 défauts thermiques  700o C

R. Manderlier


Category : General

324

108

Table au d’interprétation

R. Manderlier


CEI 60599

Category : General

325

Category : General

326

Défauts typique s

R. Manderlier


Rapports de ga z particuliers 

CO2/CO < 3 



O2/N2 < 0,3 



Implication probable du papier dans le défaut  analyse des dérivés furaniques A l’équilibre ce rapport étant proche de 0,5 on peut donc suspecter une consommation excessive d’oxygène d’où oxydation de l’huile et / ou vieillissement du papier

C2H2/H2 > 2 

Suspecter un manque d’étanchéité de la cuve CPC

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327

109

Concentrations typiques des différe nts gaz dans les transforma teurs de puissance, ex primée s en µl/l

C2H2

tous les transformateurs

sans CPC avec CPC communiquant

R. Manderlier

H2

50 -150

CH4

30 -130

C2H4

60 -280

C2H6

CO

CO2

20 -90

400 600

3800 – 14000

2 -20 60 280


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328

Vite sses typiques d’ accroisse ment de gaz dans les tra nsforma teurs de puissance, exprimée s en µl/l/année

C2H2

tous les transformateurs

35 -132

sans CPC

0 -4

avecCPC communiquant

21 37

R. Manderlier

H2

CH4

10 -120

C2H4

32 -146


C2H6

CO

CO2

5 -90

260 1060

1700 10000

Category : General

329

Comm ent interp réter une AGD svt CEI 



Si la concentration et si la vitesse d’accroissement de tous les gaz sont inférieures aux valeurs typiques, le matériel est réputé sain Si au moins un des gaz a une concentration et une vitesse d’accroissement supérieures aux valeurs typiques, calculer les différents rapports svt le tableau d’interprétation et en déduire le type de défaut potentiel. En fonction des résultats, augmenter éventuellement les fréquences d’analyse.



Si tous les gaz ont une concentration et une vitesse d’accroissement supérieures aux valeurs typiques, envisager éventuellement une inspection.

R. Manderlier


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330

110

Code LBE (LABORELEC)



Basé sur les quantités individuelles de 3 gaz, sur la quantité totale d’hydrocarbures gazeux en C1 et C2 et sur 1 rapport de gaz:     

H2 C2 H2 CO (CH4+ C2H4+ C2H6+ C2H2)

CH4/H2

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331

Code LBE (suite) 

On en déduit 4 niveaux de concentration de gaz, dont un normal et 9 types de défaut:             

niveau A: concentration normale niveau B: concentration assez élevée niveau C: concentration élevée niveau D: concentration très élevée 1-décharges partiell es dans l’huile 2-arcs grêles dans l’huile 3-arcs grêles et/ou gaz au commutateur 4-dégradation thermique de l’huile 5-dégradation thermique de l’huile et du papier 6-dégradation thermique de l’huile et/ou gaz du CPC 7-dégradation thermique de l’huile et du papier/ou gaz du CPC 8-arcs dans l’huile et/ou gaz du CPC 9-dégradation thermique du papier

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Category : General

332

Fréque nce norma le d’a nalyse svt LBE 

Sn  150 MVA :



60  Sn ≤ 150 MVA:   



tous les 6 mois

Un  150 kV : tous les 6 mois 70  Un ≤ 150 kV : tous les ans 36  Un ≤ 70 kV : tous les 2 ans

15  Sn ≤ 60 MVA : tous les 2 ans

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Category : General

333

111

Norme s CEI applica bles au transformate ur

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Category : General

334

Normes CEI 60076 applicables au transformateur (1 ) 

La norme CEI 60076 comprend les parties 1 à 15 relatives aux transformateurs de puissance   

 

  

  



CEI 60076-1 (2000-04) : Généralités CEI 60076-2 (1997-06) : Echauffements CEI 60076-3 (2000- 03) : Niveaux d’isolement, essai s diélectriques et distances dans l’air CEI 60076-3 (2000-12) : Corrigendum CEI 60076-4 (2002-06) : Guide pour les essais au choc de foudre et au choc de manoeuvre CEI 60076-5 (2006-02) : Tenue au court-circuit CEI 60076-6 (2007-12) : Bobines d’inductance CEI 60076-7 (2005-12) : Guide de charge pour transformateur immergé dans l’huile CEI 60076-8 (1997-10) : Guide d’application CEI 60076-10 (2001-05) : Détermination des niveaux de bruit CEI 60076-10-1 (2005-10) : Détermination des niveaux de bruit – Guide d’application

(dernière mise à jour de la diapositive: 04/2010)

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335

Normes CEI 60076 applicables au transfor mateur (2) 

La norme CEI 60076 comprend les parties 1 à 15 relatives aux transformateurs de puissance (suite)  









CEI 60076-11 (2004-05) : Transformateurs de type sec CEI 60076-12 (2008-11) : Guide de charge pour transformateurs de puissance du type sec CEI 60076-13 (2006-05) : Transformateurs auto-protégés immergés dans un liquide diéle ctrique CEI 60076-14 (2009-05) : Conception et application des transformateurs de puissance imme rgés dans un liquide utili sant des matériaux isolants haute tempér ature CEI 60076-15 (2008-02) : Transformateurs de puissance à isolation gazeuse

(dernière mise à jour de la diapositive: 02/2010)

R. Manderlier


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336

112

Aut res nor mes CEI appl ic ables au tr ansf or mat eur (1) CEI 60137 (2008-0 7) : Traversées isolées pour tensions alternatives supérieures à 1000 V CEI 60214-1 (2003-02) : Changeurs de prises – Prescriptions de performance et méthodes d’essai CEI 60214-2 (2004-10) : Changeurs de prises – Guide d’application CEI 60296 (2003-11) : Fluides pour applications électrotechniques – Huiles minérales isolantes neuves pour transformateurs et appareillage de connexion CEI 60422 (2005-10) : Huiles minérales isolantes dans les matériels électriques – Lignes directrices pour la maintenance et la surveillance CEI 60599 (2007-0 5) : Matériels électriques imprégnés d’huile minérale





 





en service – des Guide l’ interprétation de l’analyse gazpour dissous et des gazlibres CEI 60616 (1978-01) : Marquage des bornes et prises de transformateurs d de puissance



(dernière mise à jour de la diapositive : 02/2010)



R. Manderlier


Category : General

337

Aut res nor mes CEI appl ic ables au tr ansf or mat eur (2) 







CEI 61378-1 (1997-09) : Transformateurs de conversion Transformateurs pour applications industrielles CEI 61378-2 (2001-02) : Transformateurs de conversion Transformateurs pour application CCHT CEI 61378-3 (2006-04) : Transformateurs de conversion Guide d’ application

(dernière mise àjour de la diapositive : 02/2010)

R. Manderlier


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338

Merci pour votre attention

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339

113

01_Formation Générale Au Transformateur de Puissance (03-2011) CEGELEC Algerie

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