Comment fonctionne un transformateur immergé dans l’huile ?

Dans le monde de la distribution d’énergie électrique, les transformateurs jouent un rôle essentiel dans l’augmentation ou la diminution de la tension lorsqu’elle circule sur les réseaux électriques. Parmi les différents types de transformateurs, le transformateur immergé dans l’huile est l’un des plus couramment utilisés en raison de sa durabilité, de son efficacité et de sa capacité à fonctionner dans des conditions de haute tension. Mais comment fonctionne réellement un transformateur immergé dans l’huile ? Qu’est-ce qui rend si crucial un transport fiable de l’électricité ? Dans cet article, nous explorerons les principes de fonctionnement des transformateurs immergés dans l'huile, leurs composants et pourquoi ils sont indispensables dans les systèmes de distribution d'énergie modernes.

Qu'est-ce qu'un transformateur immergé dans l'huile ?

Un transformateur immergé dans l'huile est un type de transformateur dans lequel les enroulements et le noyau sont immergés dans l'huile. L'huile remplit plusieurs fonctions importantes : elle agit comme un isolant, aidant à prévenir les pannes électriques, et également comme un liquide de refroidissement, dissipant la chaleur générée pendant le fonctionnement. Ces transformateurs sont généralement utilisés dans les applications moyenne et haute tension, notamment les centrales électriques, les sous-stations et les installations industrielles, où la demande d'une distribution d'énergie fiable est élevée.

Le Composants de base d'un transformateur immergé dans l'huile

Pour comprendre le fonctionnement d'un transformateur immergé dans l'huile, il est important de se familiariser d'abord avec ses composants de base :

• Cœur: Le noyau du transformateur est constitué de plaques d’acier laminées empilées pour former un chemin magnétique. Le noyau fournit un chemin au flux magnétique généré par le courant traversant l’enroulement primaire.

  
  

• Enroulements : Il existe deux ensembles d'enroulements (primaire et secondaire) en cuivre ou en aluminium. L'enroulement primaire est connecté à la tension d'entrée, tandis que l'enroulement secondaire est connecté au circuit de sortie. Le nombre de tours dans chaque enroulement détermine le rapport de transformation de tension.

  
  

• Réservoir d'huile : Le noyau et les enroulements du transformateur sont immergés dans de l'huile isolante qui remplit le réservoir. L'huile est essentielle à la fois à des fins d'isolation et de refroidissement, car elle absorbe la chaleur générée par les pertes électriques du transformateur.

• Relais Buchholz : Il s'agit d'un dispositif de sécurité qui détecte l'accumulation de gaz ou le mouvement d'huile dans le transformateur, ce qui peut indiquer des problèmes tels qu'une surchauffe ou des défauts.

• Réservoir Conservateur : Un conservateur est un réservoir de stockage monté au-dessus du réservoir principal du transformateur, qui permet à l'huile de se dilater et de se contracter en fonction des changements de température. Il aide à maintenir le niveau d’huile et à garantir le bon fonctionnement du transformateur.

  
  

• Radiateurs : Ce sont des ailettes métalliques fixées sur les côtés de la cuve du transformateur. Les radiateurs aident à dissiper la chaleur du transformateur et à garder l'huile froide, évitant ainsi la surchauffe.

Le principe de fonctionnement d'un transformateur immergé dans l'huile

Le principe de fonctionnement d'un transformateur immergé dans l'huile est basé sur l’induction électromagnétique. Ce principe permet de transférer l'énergie d'un circuit à un autre en créant un champ magnétique. Voici un aperçu étape par étape du fonctionnement du transformateur :

• Alimentation en courant alternatif (AC) : Lorsqu'un courant alternatif (AC) est fourni à l'enroulement primaire (côté entrée), il crée un champ magnétique autour de l'enroulement. Le courant change continuellement de direction, provoquant une fluctuation du champ magnétique.

  
  

• Induction de champ magnétique : Le champ magnétique généré par l'enroulement primaire traverse le noyau et induit une tension dans l'enroulement secondaire. Selon la loi d'induction de Faraday, le champ magnétique changeant provoque la circulation d'un courant électrique dans l'enroulement secondaire.

  
  

• Transformation de tension : La tension induite dans l'enroulement secondaire dépendra du rapport de spires entre les enroulements primaire et secondaire. Si l'enroulement secondaire a plus de tours que l'enroulement primaire, le transformateur est un transformateur élévateur (augmente la tension). A l'inverse, si l'enroulement secondaire a moins de spires, il s'agit d'un transformateur abaisseur (réduit la tension).

  
  

• Transfert d'énergie : L'énergie électrique est transférée de l'enroulement primaire à l'enroulement secondaire via le champ magnétique du noyau, et cette énergie est ensuite disponible pour alimenter la charge connectée. Le processus est continu et rapide, permettant une distribution efficace de l’énergie.

  
  

• Refroidissement et isolation par huile : Lorsque l’énergie électrique circule dans les enroulements et le noyau, elle génère de la chaleur en raison de la résistance des matériaux. C’est là que la conception immergée dans l’huile joue un rôle crucial. L'huile isolante absorbe cette chaleur et empêche la surchauffe du transformateur. L'huile fournit également une isolation électrique, empêchant les pannes électriques et garantissant le fonctionnement sûr du transformateur.

• Circulation de l'huile et dissipation de la chaleur : L'huile circule à l'intérieur du transformateur, évacuant la chaleur du noyau et des enroulements vers les radiateurs. Les radiateurs augmentent la surface d’échange thermique et aident à dissiper la chaleur dans l’environnement. L'huile continue de couler, refroidissant le transformateur et maintenant la température de fonctionnement requise.

Principaux avantages des transformateurs immergés dans l'huile

L'utilisation d'huile dans ces transformateurs offre plusieurs avantages qui les rendent idéaux pour diverses applications, notamment dans les systèmes de transmission de puissance à grande échelle :

• Refroidissement efficace : La capacité de l'huile à absorber et à dissiper la chaleur est cruciale pour le fonctionnement efficace du transformateur. Sans refroidissement adéquat, les enroulements et le noyau pourraient surchauffer, entraînant une panne. L'huile garantit que le transformateur maintient une température stable, même sous de lourdes charges.

  
  

• Excellente isolation : L'huile agit comme un isolant, empêchant les courts-circuits et les pannes électriques à l'intérieur du transformateur. Il réduit le risque d'accident et garantit un fonctionnement sûr, même dans des environnements à haute tension.

  
  

• Durée de vie plus longue : Les transformateurs immergés dans l’huile ont tendance à avoir une durée de vie plus longue que les transformateurs de type sec. L'huile empêche l'accumulation d'humidité à l'intérieur du transformateur, ce qui peut provoquer de la rouille ou une dégradation du noyau et des enroulements.

  
  

• Efficacité supérieure : Les propriétés de refroidissement et d’isolation de l’huile contribuent à l’efficacité globale du transformateur. Il garantit une perte d'énergie minimale pendant le processus de transformation de tension et permet au transformateur de fonctionner avec une efficacité optimale.

  
  

• Adaptabilité aux Hautes Tensions : Les transformateurs immergés dans l'huile sont généralement utilisés dans les applications haute tension, telles que les sous-stations et les centrales électriques, où ils traitent de grandes quantités d'énergie électrique. Les propriétés isolantes de l'huile aident ces transformateurs à supporter des tensions plus élevées sans risque d'arc électrique.

Maintenance des transformateurs immergés dans l'huile

Bien que les transformateurs immergés dans l’huile soient conçus pour être durables, un entretien régulier est crucial pour garantir qu’ils continuent de fonctionner efficacement. Voici quelques pratiques de maintenance clés pour les transformateurs immergés dans l’huile :

• Surveillance de la qualité de l'huile : La qualité de l'huile isolante doit être régulièrement contrôlée. Au fil du temps, l’huile peut se dégrader en raison d’une oxydation ou d’une contamination, ce qui pourrait compromettre ses propriétés isolantes. Des tests d'huile réguliers sont effectués pour garantir que l'huile est exempte d'humidité et d'autres contaminants.

  
  

• Inspection du système de refroidissement : Les radiateurs et le système de refroidissement doivent être inspectés pour détecter tout blocage ou dommage susceptible d'affecter la circulation de l'huile. Une bonne circulation de l'huile garantit que le transformateur reste à une température sûre.

• Détection des fuites : Il est important d'inspecter le transformateur pour déceler toute fuite dans le réservoir d'huile ou le conservateur. Les fuites peuvent entraîner une perte d’huile, ce qui peut entraîner une surchauffe ou une isolation insuffisante.

• Contrôles des relais Buchholz : Le relais Buchholz doit être testé périodiquement pour garantir qu'il peut détecter des défauts ou une accumulation de gaz dans le transformateur. Si un défaut se produit, le relais signalera une alarme pour éviter d'autres dommages.

  
  

• Contrôle général : Une inspection régulière de l'ensemble des composants du transformateur, y compris le noyau, les enroulements et le réservoir d'huile, est essentielle pour identifier toute usure ou tout problème potentiel pouvant nécessiter une réparation.

Conclusion

Les transformateurs immergés dans l’huile sont un élément essentiel du système de distribution d’énergie électrique, garantissant que l’électricité est transmise de manière efficace et sûre sur de longues distances. Leur capacité à fournir une excellente isolation et un excellent refroidissement les rend idéaux pour les applications haute tension, telles que celles trouvées dans les centrales électriques et les installations industrielles. En comprenant le fonctionnement des transformateurs immergés dans l'huile, leurs composants et les avantages qu'ils offrent, les fabricants et les ingénieurs peuvent garantir que ces dispositifs essentiels continuent de fonctionner de manière optimale, garantissant ainsi le bon fonctionnement des systèmes électriques pour les années à venir.

Pour les entreprises et les industries à la recherche de transformateurs fiables, durables et efficaces, investir dans des transformateurs immergés dans l’huile est un choix judicieux qui s’avère rentable à long terme.