LES TRANSFORMATEURS ÉLECTRIQUES - Dunod

1 Michel LambertLES TRANSFORMATEURS LECTRIQUESF onctionnement, mise en uvre et 12/3/16 2:10 PM Dunod Toute reproduction non autoris e est un d lit. Dunod , 20165 rue Laromigui re, 75005 978-2-10-072224-2 Toutes les marques cit es dans cet ouvrage sont des marques d pos es par leurs propri taires 22/3/16 2:10 PMIII Dunod Toute reproduction non autoris e est un d des mati resAvant propos IXIntroduction 11 Les TRANSFORMATEURS dans les r seaux Les TRANSFORMATEURS THT/HTB Pr sentation g n rale Le tertiaire de stabilisation Les autotransformateurs d interconnexion Les TRANSFORMATEURS HTB/HTA ou THT/HTA Pr sentation g n rale La mise la terre du neutre du r seau HTA Les TRANSFORMATEURS des centrales de production Les TRANSFORMATEURS de distribution HTA/BT Pr sentation g n rale Les TRANSFORMATEURS sur poteaux Les TRANSFORMATEURS TPC sur poteau Les postes en cabine Les TRANSFORMATEURS des services auxiliaires HTA/BT Les TRANSFORMATEURS HTA/BT des postes de livraison Les TRANSFORMATEURS et les r gimes de neutre L imp dance homopolaire d un transformateur Les TRANSFORMATEURS de mise la terre Les TRANSFORMATEURS de point neutre Les g n rateurs homopolaires

2 32/3/16 2:10 PMIVLes TRANSFORMATEURS lectriques2 Les composants et les caract ristiques Pr sentation g n rale des mat riels Les TRANSFORMATEURS isol s dans un di lectrique liquide Les TRANSFORMATEURS de type sec Les caract ristiques essentielles Les tensions Le rapport de transformation triphas La tenue di lectrique des enroulements La puissance assign e L intensit assign e Le couplage des enroulements Les indices horaires La tension de court-circuit La puissance de court-circuit Les imp dances La partie active d un transformateur Le circuit magn tique Le circuit magn tique et les d s quilibres homopolaires Le couplage des enroulements Pr sentation g n rale Les raisons d un choix Les couplages et les r gimes de neutre Les indices horaires Le syst me de r frig ration d un transformateur Les origines de l chauffement d un transformateur Les cons quences Les syst mes de refroidissement Les d fauts de refroidissement Les

3 Conditions de d marrage Les r gleurs en charge des TRANSFORMATEURS Principe g n ral d un r gleur en charge Cas d un r glage sur le neutre Cas d un r glage c t ligne 74 Dunod Toute reproduction non autoris e est un d 42/3/16 2:10 PMVT able des mati Les s lecteurs de prises Le rupteur La commande du r gleur Le r glage de la tension sur les TRANSFORMATEURS HTA/BT Pour conclure ce chapitre 793 L insertion du transformateur Le raccordement des TRANSFORMATEURS Les connexions en c bles nus ou gain s Les tubes en alliage d aluminium Les c bles CEI 60502-2 / NFC 33-220 Les postes sous enveloppe m tallique (PSEM) L insertion des TRANSFORMATEURS dans le poste La s curisation de l ouvrage La protection contre les risques d incendie Les sch mas d exploitation Le sch ma de base Le sch ma deux TRANSFORMATEURS Les sch mas trois TRANSFORMATEURS La commande des TRANSFORMATEURS 1134 Les protections des TRANSFORMATEURS Pr sentation du dispositif Les protections contre les surtensions La coordination de l isolement Les surtensions temporaires Les surtensions front raide Les sp cifications des mat riels Les protections La protection des neutres en THT G n ralit s concernant les plans de protection Principes g n raux Organisation Les protections d exploitation Le contr le des tensions secondaires 133 Dunod Toute reproduction non autoris e est un d 52/9/16 6.

4 59 PMVILes TRANSFORMATEURS La protection de surexcitation Les protections contre les surcharges La protection de point neutre La d tection des d fauts internes d isolement Les protections install es au primaire Les protections internes Le relais Buchholz La protection DMCR La protection du compartiment r gleur La protection de masse cuve La protection diff rentielle longitudinale La protection de terre restreinte (64 REF) La d tection des d fauts d origine externe Les protections install es au secondaire Les protections install es au primaire Les protections des mat riels associ s Les automatismes Cas o D1 et D2 sont des disjoncteurs Cas o D1 et D2 sont des sectionneurs rupture brusque 1715 L exploitation des TRANSFORMATEURS Les consignes d exploitations Les r gimes de charge L adaptation aux charges La mise en parall le des unit s La ma trise des courants d enclenchement Le traitement des incidents Le contr le des acc s 1846 La maintenance des TRANSFORMATEURS G n ralit s concernant la maintenance La maintenance d un ouvrage haute tension L organisation de la maintenance Les conditions de mise en uvre d une maintenance 192 Dunod Toute reproduction non autoris e est un d 62/3/16 2.

5 10 PMVIIT able des mati La maintenance des TRANSFORMATEURS La surveillance des TRANSFORMATEURS Les niveaux de maintenance Les anomalies typiques La surveillance des huiles L valuation de la teneur en PCP/PCT Pour conclure ce chapitre 2027 Les mod les quivalents et les courants de court-circuit Les TRANSFORMATEURS deux enroulements Transformateur 62,5 kV/21 kV de 20 MVA Transformateur 62,5 kV/21 kV de 36 MVA La configuration des mod les La mod lisation par d faut des TRANSFORMATEURS Les TRANSFORMATEURS trois enroulements Mod lisation dans le syst me direct Mod lisation dans le syst me inverse Mod lisation dans le syst me homopolaire L tude des courants de court-circuit Les param tres Les puissances de court-circuit Les calculs des courants de court-circuit Les sch mas des liaisons la terre 2428 tudes compl mentaires Le calcul des courants des courants de court-circuit Les rapports de transformation Calculs des courants de court-circuit tude d un d faut la terre maintenu L v nement La simulation de l avarie Analyse des r sultats Analyse de l v nement du 15/01/2015 264 Dunod Toute reproduction non autoris e est un d 72/3/16 2.

6 10 PMVIIILes TRANSFORMATEURS Le transformateur et les harmoniques G n ralit s Les harmoniques et les composantes sym triques Les harmoniques et les TRANSFORMATEURS Les effets des harmoniques multiples de trois L harmonique 3 et le couplage des TRANSFORMATEURS La mise en parall le des TRANSFORMATEURS tude de la r partition des charges tude des courants de court-circuit 275En conclusion 283 Index 285 Dunod Toute reproduction non autoris e est un d 82/3/16 2:10 PMIXA vant propos la fin du xixe si cle l lectricit a cess d tre une science pour devenir dans les pays industrialis s une technique. L nergie lectrique a d abord t durant quelques d cennies produite et distribu e sous une tension commune en cou-rant continu basse tension. De ce fait, elle tait produite l endroit o elle tait consomm e. Puis les besoins augmentant, il est arriv un moment o ce mode de production et de distribution n a plus t adapt la demande.

7 Il a fallu alors chercher des ressources l o elles taient abondantes et peu ch res. La production d lectricit par la houille blanche (l hydro lectricit ) s est alors d velopp e entra nant sa suite le d veloppement des industries m tallurgiques et lectrochimiques. Plus tard, l acheminement de cette nergie bon march vers les grands centres urbains et dans des zones o l activit conomique tait en expansion a n cessit l utilisation de techniques courant alternatif d abord en monophas puis par la suite en polyphas . En effet, les r seaux courant conti-nu de l poque ne permettaient pas de transporter de grandes puissances sur des distances histoire aurait pu tre toute autre sans le transformateur lectrique qui est apparu et a t d velopp dans la deuxi me moiti du xixe si cle (le premier transformateur triphas a t construit en 1889). Aujourd hui, il est difficile d imaginer un r seau lectrique ou un appareil de conversion de l lectricit sans est de constater que ces appareils ont permis de transporter ou d achemi-ner l nergie lectrique partout o le besoin s en faisait sentir tout en ma trisant les pertes par effet Joule.

8 Celles-ci ne peuvent en effet tre ma tris es qu la condition que la puissance optimale transit e sur une distance soit coh rente du point de vue conomique avec une tension de service. Seul le transformateur est capable d assurer cette fonction dans des conditions conomiquement accep-tables. Le d ploiement des TRANSFORMATEURS a eu des cons quences importantes pour l industrie et pour la qualit de vie des populations. titre d exemple les TRANSFORMATEURS ont permis le d veloppement des r seaux haute tension qui ont t l origine de l lectrification rurale. Dunod Toute reproduction non autoris e est un d 92/3/16 2:10 PMXLes TRANSFORMATEURS lectriquesAfin de r pondre aux demandes des usagers et aux augmentations de puissance qui en d coulaient, les r seaux de distribution se sont tendus avec pour corol-laire l augmentation continue des tensions de service sur les r seaux de distri-bution haute tension. C est ainsi que la tension de service sur les r seaux de distribution haute tension a t d cupl e pour atteindre 30 kV en France la fin des ann es 1960.

9 Dans le m me temps la tension des r seaux basse tension a t multipli e par deux. Face aux demandes sans cesse croissantes des usagers, les TRANSFORMATEURS des r seaux de distribution ont donc t (et sont encore) la variable d ajustement des r seaux de lement le besoin de rapprocher les zones de production des zones de consommation a t l origine de la cr ation d un r seau de transport qui s est peu peu toff pour couvrir le territoire fran ais et s interconnecter aux autres r seaux europ ens. L encore la tension de service du r seau de transport fran- ais a t d cupl e en cinquante ans passant de 45 kV 420 kV. En France, avec l av nement du grand r seau de transport 400 kV, les anciens ouvrages 45, 63, 90 et 225 kV ont t d class s pour devenir des r seaux de r partition caract re r gional. Le besoin de s ret dans l approvisionnement en nergie et dans le fonctionnement du syst me lectrique a fait le ailleurs la puissance appel e par les sites industriels tant de plus en plus grande, les postes de livraison ont d tre dot s de moyens de transformation pouvant la fois servir d interface avec les r seaux publics, alimenter les pro-cessus industriels et limiter la transmission des perturbations.

10 Aujourd hui avec le d veloppement de la production d centralis e et notamment des fermes oliennes, l interface du poste de livraison avec les r seaux publics est r alis e par un ou plusieurs TRANSFORMATEURS dont les puissances unitaires ne cessent de cro tre pour atteindre, en 225 kV, une centaine de la commission lectrotechnique internationale, un transformateur de puissance est un appareil statique plusieurs enroulements qui, par induction lectromagn tique, relie deux syst mes lectriques diff rents mais de m me fr -quence. Cette pr sentation qui a le m rite d tre compr hensible ne r siste pas l examen des pratiques du moment. En effet, si l utilisation d un transformateur est li e la recherche de l efficacit nerg tique et la s ret d approvisionne-ment, il existe aujourd hui bien d autres raisons motivant l insertion d un trans-formateur dans un r seau. qui s adresse ce livre ?Ce livre a t con u l intention des professionnels, concepteurs ou exploitants des r seaux d nergie lectrique haute tension.