Un changeur de prises de transformateur est un mécanisme qui ajuste le nombre de spires actives d'un enroulement sur un transformateur afin de corriger sa tension de sortie sans remplacer l’appareil. Comme la tension d'alimentation et le courant de charge dérivent tous deux dans le temps, un transformateur construit pour un rapport unique et exact sortirait constamment des tolérances. Les prises lui donnent la flexibilité de rester dans la cible.
Le rapport de tension d’un transformateur est fixé par son rapport de spires, mais les conditions environnantes ne le sont pas. La tension d’alimentation au primaire d’un réseau peut être quelques pourcents au-dessus ou en dessous de la valeur nominale selon l’heure de la journée, la charge du circuit d’alimentation et la distance au poste. Du côté secondaire, la tension s’affaisse en charge lourde en raison de l’impédance des enroulements et remonte lorsque la charge diminue. Si un transformateur n’avait qu’un seul rapport, la tension secondaire dériverait en dehors de la plage attendue par les équipements connectés, les variateurs et les systèmes de contrôle.
Les prises résolvent ce problème en permettant à un technicien ou à un système de contrôle d’ajouter ou d’enlever des spires d’un enroulement, généralement l’enroulement haute tension parce qu’il supporte moins de courant pour une puissance donnée, ce qui rend le sélecteur de prises et les contacts de commutation plus petits, moins coûteux et soumis à moins d’usure par arc. Retirer des spires au primaire augmente la tension secondaire pour une entrée donnée, ajouter des spires la diminue. La plupart des transformateurs de distribution sont livrés avec cinq positions de prises par pas de 2,5 %, deux au-dessus de la valeur nominale et deux en dessous (couramment appelées prises « pleine capacité »), de sorte que l’unité peut être ajustée à la tension d’alimentation réelle sur site plutôt qu’à une valeur théorique inscrite sur la plaque signalétique.
Un changeur de prises hors-circuit, également appelé changeur de prises sans charge ou changeur de prises hors tension (DETC selon la terminologie IEEE), ne peut être repositionné que lorsque le transformateur est complètement hors tension et isolé. C’est un sélecteur mécanique simple, souvent un interrupteur rotatif actionné par une poignée externe ou une liaison amovible à l’intérieur de la cuve, sans capacité d’interrompre le courant de charge en toute sécurité.
Il s’agit de la configuration standard sur la plupart des transformateurs de distribution et une grande partie des transformateurs de puissance industriels de petite et moyenne taille, car le rapport n’a besoin d’être réglé qu’une fois ou rarement, généralement lors de la mise en service ou après un changement documenté et durable de la tension d’alimentation. Tenter de déplacer un changeur de prises hors-circuit sous charge provoquera un arc entre les contacts du sélecteur et peut détruire le mécanisme, donc la consignation et la vérification de la mise hors tension sont obligatoires avant toute intervention.
Un changeur de prises sous charge, également appelé load tap changer (LTC), modifie le rapport d’enroulement pendant que le transformateur reste sous tension et supporte la charge. Cela est important partout où une coupure pour retarer l’appareil est inacceptable : transformateurs de poste, transformateurs élévateurs de générateur et grands transformateurs industriels alimentant des process continus.
Un OLTC ne peut pas simplement rompre le contact avec une prise et établir le contact avec la suivante. Cela ouvrirait soit le courant de l’enroulement, soit, si le nouveau contact est établi avant la rupture de l’ancien, mettrait momentanément en court-circuit les spires entre les deux prises. Il est composé de deux parties coopérantes :
Le commutateur de dérivation fonctionne dans l’huile ou, dans des conceptions récentes, dans un interrupteur sous vide ou en environnement SF6 pour contenir l’énergie d’arc, et sur les unités remplies d’huile le compartiment du dérivateur est typiquement isolé de l’huile du réservoir principal afin que la contamination due à la commutation ne se propage pas. Les pas d’un OLTC sont également généralement plus fins que ceux des prises hors-circuit, couramment de l’ordre d’environ 0,6 à 1,25 % par pas (une conception de type ANSI largement utilisée utilise des pas de 0,625 % sur 33 positions pour couvrir environ ±10 %), offrant une régulation plus douce et une plage plus large sur beaucoup plus de positions de prise qu’un changeur hors-circuit.
| Aspect | Hors-circuit (DETC/NLTC) | Sous charge (OLTC/LTC) |
|---|---|---|
| Fonctionne sous tension | Non, le transformateur doit être hors tension | Oui, change les prises sous charge |
| Mécanisme | Sélecteur rotatif simple ou liaison amovible | Sélecteur de prises plus commutateur de dérivation avec impédance de transition |
| Taille de pas typique | Plus grossière, couramment 2,5 % | Plus fine, couramment autour de 0,6 à 1,25 % |
| Usage typique | Transformateurs de distribution, de nombreuses unités industrielles | Transformateurs de poste, transformateurs élévateurs de générateur, départs nécessitant une régulation continue |
| Fréquence d’ajustement | Rare, généralement à la mise en service | Fréquente, peut être plusieurs fois par jour sous contrôle automatique |
| Normes applicables | IEEE C57.131, IEC 60214-1 | IEEE C57.131, IEC 60214-1, IEC 60214-2 |
IEEE C57.131 et IEC 60214-1 couvrent à la fois les changeurs de prises hors tension et les changeurs de prises sous charge dans la même norme, tandis que l’IEC 60214-2 fournit des recommandations d’application pour choisir l’un ou l’autre type par rapport aux exigences de la 60214-1 ou de la C57.131.
Sur les transformateurs de poste et de départ, l’OLTC est généralement piloté par un relais de régulation automatique de tension plutôt que par une personne. Le relais compare la tension secondaire mesurée à une consigne cible et ne commande un changement de prise que lorsque la tension sort d’une bande définie pendant plus d’un délai prédéterminé. Cela évite les oscillations de la commande, où le mécanisme poursuit chaque fluctuation mineure et s’use prématurément.
Beaucoup de schémas de régulation utilisent aussi la compensation de la chute de tension en ligne, qui estime la chute de tension le long du départ jusqu’au centre de charge et ajuste la consigne afin que les clients en bout de ligne voient une tension acceptable même si le relais mesure aux bornes du transformateur.
Les mécanismes OLTC entraînés par moteur accumulent une usure significative après des milliers d’opérations. Les contacts du commutateur de dérivation et les résistances de transition sont des pièces d’usure, et l’huile de l’OLTC dans les conceptions à résistances nécessite typiquement des prélèvements périodiques et des analyses des gaz dissous, car les sous-produits d’arc s’accumulent dans ce compartiment plus rapidement que dans la cuve principale.
Des contacts lâches ou dégradés au changeur de prises génèrent un échauffement localisé bien avant qu’ils ne provoquent un défaut franc, la même signature de défaillance qui apparaît sur des connexions surchargées et des départs déséquilibrés traités dans les problèmes de qualité de l’énergie en atelier. Suivre cette tendance thermique par rapport à la charge et à la position de prise est aussi une extension naturelle des programmes de contrôles thermographiques de routine, et toute dégradation d’isolement en résultant relève du même mode de défaillance que l’essai de résistance d’isolement vise à détecter tôt.
Fabrico lit l’état des machines et l’OEE directement sur la ligne, incluant le type d’anomalies thermiques et électriques qui précèdent une défaillance du changeur de prises ou du transformateur, et oriente automatiquement un ordre de travail dès que la vision par ordinateur détecte ce que les seuls capteurs ont tendance à manquer. Il est fabriqué dans l’UE avec résidence des données dans l’UE et détient les certifications ISO 27001, ISO 20000-1 et ISO 9001. Réservez une démonstration Fabrico.
Non. Il n’a aucun mécanisme pour interrompre le courant de charge en toute sécurité ; le déplacer sous charge peut provoquer un arc et endommager le sélecteur. Le transformateur doit d’abord être mis hors tension et isolé.
Basculer le courant de charge directement entre deux prises adjacentes ouvrirait soit le circuit momentanément, soit mettrait en court-circuit les spires entre elles. Le commutateur de dérivation, travaillant avec des résistances de transition ou un réacteur, relie brièvement les deux prises afin que le transfert de courant s’effectue proprement sans aucun de ces problèmes.
Typiquement l’enroulement haute tension, car il supporte un courant plus faible pour une même puissance nominale, ce qui permet de concevoir des sélecteurs de prises et des contacts de commutation plus petits et moins coûteux.
Cela varie selon l’application et l’amplitude des variations de tension de la source et de la charge. Un OLTC de poste sous contrôle automatique peut effectuer plusieurs prises par jour, c’est pourquoi le nombre d’opérations et l’usure des contacts sont suivis par rapport au programme d’entretien du fabricant.
Connexion
Blog
