Les prises de transformation permettent d’ajuster le rapport de tournage du transformateur afin que la tension secondaire reste dans la plage requise lorsque la tension d’alimentation ou les conditions de charge changent. Les changeurs de prises hors circuit sont utilisés lorsque le réglage peut être effectué après la mise hors tension du transformateur, tandis que les changeurs de prises en charge régulent la tension sans interrompre le service. Ce guide explique comment fonctionnent les positions des prises des transformateurs, comment les changeurs de prises hors circuit et en charge diffèrent, où ils sont utilisés, comment sélectionner le bon type et quelles erreurs de maintenance ou de fonctionnement doivent être évitées.
Que sont les prises de transformateur ?
Les prises de transformateur sont des points de connexion sur un enroulement de transformateur qui permettent de modifier le nombre de spires d’enroulement actifs. Changer la position de prise ajuste le rapport de rotation du transformateur, ce qui augmente ou diminue la tension secondaire. Dans la plupart des transformateurs de puissance et de distribution, des prises sont placées sur l’enroulement haute tension car il transporte moins de courant, réduisant la contrainte sur les contacts du changeur de prises et améliorant la fiabilité.
Comment fonctionnent les prises de transformateur
La tension du transformateur est basée sur la relation entre les spires des enroulements primaire et secondaire. Le rapport de base du transformateur est :
VP / VS = NP / NS
Où :
• VP = tension primaire
• VS = tension secondaire
• NP = virages de remontage primaire
• NS = virages secondaires à remontage
Une prise de transformateur modifie le nombre de spires d’enroulement actifs connectées dans le circuit. Lorsque la prise sélectionnée modifie le nombre effectif de spires, le rapport de rotation du transformateur change également. Cela permet au transformateur d’augmenter ou de diminuer la tension secondaire sans modifier la construction de base, la fréquence d’entrée ou la charge connectée.
Changer la prise ne modifie pas la conception nominale du transformateur. Cela modifie le nombre de spires d’enroulement actives dans le circuit, ce qui modifie légèrement le rapport de tension. C’est pourquoi les changeurs de prises sont utilisés pour la correction de tension, pas pour la conversion de tension à large plage.
Exemple typique de positions de prise et d’ajustement de tension
Les prises des transformateurs sont disposées en petits pas en pourcentage autour du rapport de rotations nominal afin que la tension de sortie puisse être ajustée sans modifier la conception du transformateur. La position centrale correspond à la prise nominale ou nominale, tandis que les autres positions augmentent ou diminuent le nombre effectif de spires d’enroulement actifs. Les réglages courants de prise incluent ±2,5 % et ±5 %, tandis que les transformateurs de puissance plus grands peuvent inclure des plages plus larges telles que ±7,5 % ou ±10 %.
| Position de prise | Quand il est utilisé | Effet sur la tension secondaire |
|---|---|---|
| +5 % | La tension d’entrée est inférieure à la normale | Augmente la tension secondaire plus près de la valeur nominale |
| +2,5 % | La tension entrante est légèrement basse | Fournit une légère augmentation de tension |
| Prise nominale de 0 % | La tension d’alimentation est proche de la normale | Maintient le rapport nominal du transformateur |
| −2,5 % | La tension entrante est légèrement élevée | Fournit une légère diminution de tension |
| −5 % | La tension d’entrée est plus élevée que la normale | Abaisse la tension secondaire plus près de la valeur nominale |
Chaque prise modifie le rapport du transformateur d’un pourcentage fixe au lieu d’assurer un réglage continu de la tension. Les changeurs de prises hors circuit nécessitent que le transformateur soit débranché avant de sélectionner une autre prise, tandis que les commutateurs de prises en charge peuvent se déplacer manuellement ou automatiquement entre les prises adjacentes tant que le transformateur reste en service.
Par exemple, si un transformateur 11 kV / 415 V reçoit une tension primaire inférieure à la normale lors de périodes de charge élevée, la tension secondaire peut tomber en dessous de la plage requise. Se déplacer vers une position de prise positive aide à augmenter la tension secondaire. Si la tension primaire devient trop élevée, une position de prise négative peut être utilisée pour réduire la tension secondaire.
Types de changeurs de prises
Un changeur de prises est le mécanisme qui sélectionne la position de prise du transformateur. Il permet au transformateur d’ajuster son rapport de tournage afin que la tension secondaire puisse être augmentée ou diminuée selon les conditions du système. Les deux principaux types sont les changeurs de prises hors circuit et les changeurs de prises en charge.
Changeur de prises hors circuit
Un changeur de prises hors circuit, également appelé commutateur de prises hors charge, ne peut être utilisé que lorsque le transformateur est complètement désactivé. Comme aucun courant ne circule dans les contacts lors de la commutation, le mécanisme est plus simple, l’usure des contacts est réduite et les besoins d’entretien sont moindres.
Ce type convient aux transformateurs dont le réglage de tension n’est effectué que lors de l’installation, de l’inspection, de la maintenance ou des changements saisonniers de charge. Il est couramment utilisé dans les transformateurs de distribution, les bâtiments commerciaux, les réseaux ruraux et les systèmes industriels à charges stables, mais sa principale limitation est que l’alimentation doit être interrompue avant le changement de robinet.
Changeur de prises en charge
Un changeur de prises en charge peut changer la position des prises pendant que le transformateur reste sous tension et continue de fournir de l’énergie. Il utilise des composants de commutation spéciaux pour transférer le courant entre les prises adjacentes sans interrompre le service ni provoquer un court-circuit.
Ce type est souvent contrôlé par un régulateur automatique de tension, qui surveille la tension de sortie et ordonne au changeur de prises d’augmenter ou de baisser la prise lorsque la tension reste en dehors de la plage autorisée. Une bande morte et un délai de temps empêchent les commutations inutiles, ce qui le rend adapté aux postes de transformation, aux grandes usines industrielles, aux systèmes d’énergie renouvelable, aux centres de données et à d’autres installations nécessitant une régulation continue de la tension.
| Article | Changeur de prises hors circuit | Changeur de prises en charge |
|---|---|---|
| Conditions de fonctionnement | Le transformateur doit être dé-alimenté | Le transformateur peut rester sous tension |
| Réglage de tension | Réglage manuel ou peu fréquent | Réglage manuel ou automatique |
| Interruption de service | Obligatoire | Non obligatoire |
| Structure | Plus simple | Plus complexe |
| Coût | Plus bas | Plus élevé |
| Entretien | Maintenance réduite | Nécessite une inspection et un entretien réguliers |
| Utilisation typique | Transformateurs de distribution, systèmes à charge stable | Postes électriques, usines industrielles, installations critiques |
| Meilleur pour | Correction occasionnelle de tension | Régulation continue de tension |
Applications des changeurs de prises de transformateur
| Application | Problème de tension | Type de changeur de prises adapté |
|---|---|---|
| Réseaux de distribution | Variations de tension d’alimentation avec la distance et la demande de charge | Hors circuit ou en charge, selon les besoins de régulation |
| Postes de transport | Changements de tension du réseau lors de la variation de charge et de production | Changeur de prises en charge |
| Installations industrielles | Les moteurs, fours, compresseurs et charges importantes provoquent des fluctuations de tension | Changeur de prises en charge |
| Bâtiments commerciaux | Changements quotidiens de charge liés au CVC, aux ascenseurs, à l’éclairage et aux équipements | Changeur de tournolets en charge pour les installations critiques |
| Systèmes d’énergie renouvelable | La variation des productions solaires et éoliennes affecte la stabilité de la tension | Changeur de prises en charge |
| Systèmes électriques ruraux | Variation saisonnière ou de tension d’alimentation | Changeur de prises hors circuit si l’ajustement est peu fréquent |
Comment choisir entre un changeur de prises hors circuit et un commutateur de prises en charge
Choisissez un changeur de prises hors circuit lorsque le réglage de tension n’est nécessaire qu’occasionnellement et que le transformateur peut être débranché en toute sécurité avant de changer la position des prises. Cette conception convient aux systèmes avec des charges relativement stables, des conditions de tension prévisibles et des arrêts planifiés acceptables. Elle est couramment utilisée dans les transformateurs de distribution, les bâtiments commerciaux, les réseaux ruraux et les systèmes industriels où le réglage des prises est principalement effectué lors de l’installation, de l’inspection, de la maintenance ou des changements saisonniers de charge.
Choisissez un changeur de prises en charge lorsque le transformateur doit réguler la tension tout en restant sous tension. C’est la meilleure option pour les systèmes présentant des variations fréquentes de tension, une demande de charge variable ou des charges qui ne supportent pas une coupure de courant. Les changeurs de prises en charge sont couramment utilisés dans les sous-stations, les grandes usines industrielles, les systèmes d’énergie renouvelable, les centres de données, les hôpitaux et d’autres installations critiques. Ils offrent une meilleure régulation de la tension, mais nécessitent aussi un contrôle plus complexe, un coût plus élevé et un entretien régulier.
Maintenance et dépannage des changeurs de prises de transformateurs
Les changeurs de prises hors circuit nécessitent généralement une inspection plus simple car ils ne sont pas commutés sous charge. Les changeurs de prises en charge nécessitent un entretien plus régulier car les contacts d’interrupteur, les entraînements moteur, les chambres à huile ou à vide, et les circuits de commande fonctionnent tant que le transformateur reste en service.
| Type de changeur de prises | Focus sur la maintenance |
|---|---|
| Changeur de prises hors circuit | Condition du contact, poignée mécanique, mécanisme de verrouillage, position correcte du prise |
| Changeur de prises en charge | Commutateur dériveur, contacts, entraînement moteur, chambre à huile ou à vide, réglages AVR, indication de position |
Dépannage
| Problème | Cause possible | Action recommandée |
|---|---|---|
| La tension de sortie reste trop élevée ou trop basse | Mauvaise position de prise ou mauvais réglage AVR | Vérifier la position du prise et le circuit de détection de tension |
| Le changeur de prises fonctionne trop souvent | La bande morte de l’AVR est trop étroite ou la détection de tension est instable | Ajustez la bande morte et le délai temporel |
| Le changeur de prises ne bouge pas | Entraînement moteur, alimentation de contrôle, relais ou défaut mécanique | Inspecter le circuit de commande et le mécanisme d’entraînement |
| L’indication de position de tap est incorrecte | Défaillance de liaison, indicateur ou capteur | Recalibrage ou indication de position de réparation |
| Surchauffe des contacts | Contacts usés ou forte commande de commutation | Inspecter et remplacer les contacts |
| Contamination du pétrole | Sous-produits d’arc ou vieillissement de l’isolation | Tester, filtrer ou remplacer l’huile |
| Fonctionnement bruyant | Usure mécanique ou pièces lâches | Inspectez les engrenages, arbres et la quincaillerie de fixation |
Erreurs courantes de conception et de fonctionnement des changeurs de prises
| Erreur | Pourquoi cela pose problème | Meilleure pratique |
|---|---|---|
| Sélection de la mauvaise position de prise | Produit une tension de sortie incorrecte | Vérifiez la tension système avant de régler la prise |
| Actionnement d’un changeur de prises hors charge sous tension | Peut endommager les contacts et les pièces de commutation | Dé-démarrer le transformateur avant de changer les prises |
| Utilisation de positions de prise non approuvées | Peut dépasser les limites de conception des transformateurs | Utiliser uniquement les réglages approuvés par le fabricant |
| Réglage de la bande morte de l’AVR trop étroite | Provoque des opérations de tap inutiles | Utilisez une bande morte appropriée et un délai de temps |
| Retard de maintenance | Augmentation du risque d’usure et de défaillance | Suivez le programme de maintenance |
| Ignorer l’état de l’huile | Réduit la performance de l’isolation | Effectuer des tests d’huile réguliers |
| Oublier des erreurs de position | Peut causer un réglage de tension incorrect | Vérifier l’indication de position lors de l’inspection |
| Choisir le mauvais type de changeur de prises | Peut ne pas répondre aux exigences de régulation de tension ou de continuité de service | Adapter le type de changeur de prises aux conditions de fonctionnement |
Foire aux questions [FAQ]
Q1. Pourquoi les prises de transformateur sont-elles généralement installées sur l’enroulement haute tension plutôt que sur l’enroulement basse tension ?
Les prises de transformateur sont normalement placées sur l’enroulement haute tension car il transporte un courant inférieur à celui de l’enroulement basse tension. Un courant plus faible réduit les arcs et les contraintes électriques sur les contacts du changeur de prises, améliorant la fiabilité de la commutation et prolongeant la durée de vie des composants. Cela simplifie également la conception du changeur de prises et réduit les besoins en maintenance.
Q2. Comment les changeurs de prises en charge empêchent-ils les coupures de courant lors du changement de position des prises ?
Les changeurs de prises en charge utilisent un sélecteur de prises, un commutateur de dérivation et une résistance de transition ou un réacteur pour transférer le courant de manière fluide entre les prises adjacentes. Ces composants contrôlent temporairement le chemin du courant lors de la commutation, évitant les courts-circuits et évitant l’interruption de l’alimentation électrique. Cela permet la régulation de la tension pendant que le transformateur reste sous tension.
Q3. Quels facteurs déterminent si un changeur de prises hors circuit ou en charge est le meilleur choix ?
La décision dépend de la variation de tension, des caractéristiques de charge, de la capacité de maintenance et de la compatibilité des coupures de courant. Les changeurs de prises hors circuit conviennent aux systèmes avec des charges stables et des réglages peu fréquents, tandis que les changeurs de prises en charge sont préférés lorsque la tension change fréquemment et que la puissance continue est requise.
Q4. Pourquoi des réglages incorrects des taps peuvent-ils réduire les performances du transformateur au lieu de les améliorer ?
Choisir la mauvaise position de prise peut produire une tension de sortie trop élevée ou trop basse pour l’équipement connecté. Cela peut réduire l’efficacité, augmenter le stress de l’équipement, provoquer une surchauffe ou créer une mauvaise régulation de la tension dans tout le système électrique. Les réglages des prises doivent toujours correspondre à la tension d’alimentation réelle et aux conditions de fonctionnement.
Q5. Quelles tâches de maintenance ont le plus d’impact sur la fiabilité des changeurs de prises ?
Les tâches d’entretien les plus importantes incluent l’inspection des contacts d’interrupteur pour l’usure, la vérification du fonctionnement fluide du disque mécanique, le test de l’huile isolante, la vérification des circuits de contrôle et de protection, ainsi que la confirmation de la bonne indication de position du robinet. L’entretien régulier aide à prévenir les pannes imprévues, réduit les dommages au contact et maintient une régulation précise de la tension.
