1. Introduction
Pour la sélection, l'appel d'offres et l'évaluation opérationnelle à long terme du 11kVtransformateurs de distribution immergés dans l'huile, les pertes à vide et les pertes de charge sont deux paramètres techniques principaux. Ils déterminent directement la consommation d'énergie du transformateur pendant son cycle de vie, l'échauffement, la dépense électrique et la classe d'efficacité énergétique. De nombreux ingénieurs en approvisionnement et personnel de maintenance de la distribution ont tendance à confondre les origines physiques, les approches de calcul et les limites standard de ces deux catégories de pertes. Les pertes à vide sont des pertes constantes générées en continu une fois le transformateur sous tension. Les pertes de charge sont des pertes variables augmentant avec la charge de sortie. Cet article explique systématiquement le mécanisme de génération, les formules de calcul et les procédures de test pour les pertes à vide et en charge des transformateurs immergés dans l'huile de 11 kV. Il interprète également les valeurs limites, les conditions de test et les tolérances d'acceptation selon les principales normes CEI et GB, aidant ainsi les professionnels de l'ingénierie dans le calcul de la consommation d'énergie, la comparaison des solutions et l'acceptation des équipements.
2. Définition et principe de la perte à vide (Core Loss)
La perte à vide, également connue sous le nom de perte dans le noyau, fait référence à la perte de puissance active mesurée lorsque la fréquence nominale et la tension nominale sont appliquées sur un enroulement tandis que l'autre enroulement est maintenu en circuit ouvert sans charge. Une fois le transformateur connecté au réseau et magnétisé, les pertes à vide consomment continuellement de l'énergie 24 heures sur 24, indépendamment du courant de charge.
La perte à vide comprend la perte par hystérésis et la perte par courants de Foucault. La tension alternative magnétise et démagnétise périodiquement le noyau de fer. Les domaines magnétiques à l'intérieur des tôles d'acier au silicium se retournent à plusieurs reprises et créent de la chaleur de friction, produisant une perte d'hystérésis. Le flux magnétique alternatif induit des courants de circulation à l’intérieur des tôles d’acier, générant des pertes par courants de Foucault. Moderne 11kVtransformateurs immergés dans l'huileadopter largement l'acier au silicium à grains orientés laminés à froid (CRGO). Des stratifications plus fines et un recuit optimisé réduisent la perte spécifique du noyau. Une légère perte de cuivre dans l’enroulement d’excitation lors des tests à vide est négligeable pour les calculs techniques.
Formule d'ingénierie pour la perte à vide :
La perte à vide comprend la perte par hystérésis et la perte par courants de Foucault. La tension alternative magnétise et démagnétise périodiquement le noyau de fer. Les domaines magnétiques à l'intérieur des tôles d'acier au silicium se retournent à plusieurs reprises et créent de la chaleur de friction, produisant une perte d'hystérésis. Le flux magnétique alternatif induit des courants de circulation à l’intérieur des tôles d’acier, générant des pertes par courants de Foucault. Moderne 11kVtransformateurs immergés dans l'huileadopter largement l'acier au silicium à grains orientés laminés à froid (CRGO). Des stratifications plus fines et un recuit optimisé réduisent la perte spécifique du noyau. Une légère perte de cuivre dans l’enroulement d’excitation lors des tests à vide est négligeable pour les calculs techniques.
Formule d'ingénierie pour la perte à vide :
- P0=K0×p0×Gcore
- P0 : perte à vide en watts
- K0 : facteur de fabrication du noyau (1,1 ~ 1,3, affecté par les joints de stratification et les contraintes d'usinage)
- p0 : Perte spécifique dans le noyau de l'acier au silicium (W/kg, valeur d'usine du matériau)
- Gcore : poids total du noyau en kg
3. Définition et principe de la perte de charge (perte de cuivre)
La perte de charge, communément appelée perte de cuivre, est une perte variable générée lorsque le courant circule dans les enroulements du transformateur. Lors des tests standard, l'enroulement basse tension est court-circuité tandis que le courant nominal est injecté du côté haute tension ; La perte de puissance active est mesurée à la température de référence de 75 degrés. La perte de charge comprend principalement la perte de résistance de l'enroulement \\(I^2R\\) et les pertes parasites supplémentaires. Les pertes supplémentaires comprennent les pertes par courants de Foucault dans les conducteurs et les pertes de flux parasites dans les composants structurels métalliques tels que les réservoirs, les pinces et les cadres de noyau.
La perte de charge est proportionnelle au carré du courant de charge. À charge partielle, la perte de charge diminue rapidement. Dans des conditions de pleine charge ou de surcharge, la perte de charge augmente fortement et entraîne une augmentation significative de la température.
4. Spécifications des tests de perte et interprétation standard
Mesure de perte pour 11kVtransformateurs immergés dans l'huilesuit les normes de la série CEI 60076 pour les projets internationaux. Les marchés nationaux adoptent les normes GB1094, GB/T6451 et GB20052 Valeurs minimales autorisées d'efficacité énergétique et de niveaux d'efficacité énergétique pour les transformateurs de puissance, qui sont obligatoires pour les tests de routine en usine et l'acceptation sur site.
4.1 Conditions d'essai CEI 60076
Pour le test à vide : appliquez la tension nominale et la fréquence nominale, circuit ouvert de l'enroulement secondaire. Pour le test de perte de charge : enroulements court-circuités, injecter le courant nominal, convertir les résultats mesurés en température de référence de 75 degrés. La CEI 60076-19 spécifie les règles d'évaluation de l'incertitude pour la mesure des pertes pour la vérification en usine.
Valeurs limites de 4,2 Go et tolérance d'acceptation
GB/T6451 fournit des valeurs de référence à vide et avec perte de charge pour 11 kVtransformateurs de distribution immergés dans l'huileà différentes capacités nominales. GB20052 définit les classes d'efficacité énergétique de classe 1, classe 2 et classe 3. Les séries S11, S13 et S22 présentent des améliorations progressives de l'efficacité. Les modèles S22 à très faible perte adoptent un acier CRGO de haute qualité pour une réduction remarquable des pertes à vide.
Tolérance d'acceptation : la perte à vide mesurée ne doit pas dépasser +5 % de la valeur standard ; la perte de charge mesurée ne doit pas dépasser +10 % de la valeur standard. Les résultats d'essais dépassant ces tolérances sont considérés comme non conformes.
4.1 Conditions d'essai CEI 60076
Pour le test à vide : appliquez la tension nominale et la fréquence nominale, circuit ouvert de l'enroulement secondaire. Pour le test de perte de charge : enroulements court-circuités, injecter le courant nominal, convertir les résultats mesurés en température de référence de 75 degrés. La CEI 60076-19 spécifie les règles d'évaluation de l'incertitude pour la mesure des pertes pour la vérification en usine.
Valeurs limites de 4,2 Go et tolérance d'acceptation
GB/T6451 fournit des valeurs de référence à vide et avec perte de charge pour 11 kVtransformateurs de distribution immergés dans l'huileà différentes capacités nominales. GB20052 définit les classes d'efficacité énergétique de classe 1, classe 2 et classe 3. Les séries S11, S13 et S22 présentent des améliorations progressives de l'efficacité. Les modèles S22 à très faible perte adoptent un acier CRGO de haute qualité pour une réduction remarquable des pertes à vide.
Tolérance d'acceptation : la perte à vide mesurée ne doit pas dépasser +5 % de la valeur standard ; la perte de charge mesurée ne doit pas dépasser +10 % de la valeur standard. Les résultats d'essais dépassant ces tolérances sont considérés comme non conformes.
5. Paramètres clés affectant les valeurs de perte
La perte à vide dépend principalement du matériau du noyau, de la densité du flux magnétique et de la qualité de l'empilage. Une densité de flux plus élevée augmente la perte de noyau. L'acier au silicium de qualité supérieure réduit les pertes spécifiques. Les bavures et les contraintes mécaniques lors de la découpe et de l'assemblage du noyau augmentent le coefficient de fabrication et augmentent les pertes à vide.
La perte de charge est déterminée par le matériau du bobinage, la section du conducteur et le contrôle du flux parasite. Les enroulements en cuivre ont une résistance inférieure à celle des enroulements en aluminium à capacité égale. Une section de conducteur plus grande réduit la résistance, mais augmente le coût du matériau et les dimensions globales du transformateur. Les pertes supplémentaires parasites sont des éléments de contrôle critiques pour les plus gros transformateurs de 11 kV. Les concepteurs appliquent un blindage magnétique et une disposition optimisée des enroulements pour supprimer le flux parasite.
La perte de charge est déterminée par le matériau du bobinage, la section du conducteur et le contrôle du flux parasite. Les enroulements en cuivre ont une résistance inférieure à celle des enroulements en aluminium à capacité égale. Une section de conducteur plus grande réduit la résistance, mais augmente le coût du matériau et les dimensions globales du transformateur. Les pertes supplémentaires parasites sont des éléments de contrôle critiques pour les plus gros transformateurs de 11 kV. Les concepteurs appliquent un blindage magnétique et une disposition optimisée des enroulements pour supprimer le flux parasite.
6. Application pratique d’ingénierie pour les paramètres de perte
Lors de l'évaluation des offres pour 11kVtransformateurs, les acheteurs doivent non seulement comparer le prix d'achat initial, mais également effectuer une analyse du coût du cycle de vie (LCC). Les pertes à vide persistent 24 heures, ce qui est critique pour les sites sous tension continue avec une faible charge moyenne. Les pertes de charge varient en fonction des conditions de charge et sont très importantes pour les zones de distribution présentant une charge diurne élevée et une charge nocturne légère.
Le point de chargement économique se produit lorsque la perte à vide est égale à la perte de charge, ce qui permet d'obtenir l'efficacité maximale du transformateur. Sur la base des paramètres de perte, les ingénieurs de maintenance peuvent calculer la plage de charge de fonctionnement optimale, coordonner la stratégie de commutation de plusieurs transformateurs de distribution parallèles et réduire le gaspillage global d'énergie du réseau.
Le point de chargement économique se produit lorsque la perte à vide est égale à la perte de charge, ce qui permet d'obtenir l'efficacité maximale du transformateur. Sur la base des paramètres de perte, les ingénieurs de maintenance peuvent calculer la plage de charge de fonctionnement optimale, coordonner la stratégie de commutation de plusieurs transformateurs de distribution parallèles et réduire le gaspillage global d'énergie du réseau.
7. Conclusion
Les pertes à vide et les pertes de charge sont des indicateurs essentiels pour évaluer l'efficacité énergétique et les performances de fonctionnement économique de 11 kV.transformateurs immergés dans l'huile. La perte à vide est constante et régie par le matériau de base et le processus de fabrication. La perte de charge est variable, proportionnelle au carré du courant de charge et déterminée par la résistance de l'enroulement et le flux parasite. Des formules standards permettent une estimation rapide de la consommation d’énergie. Les normes CEI 60076 et GB20052 définissent des environnements de test unifiés, des valeurs limites et des tolérances d'acceptation. Lors des appels d'offres, de la sélection des équipements et de la maintenance du réseau de distribution, une compréhension précise de ces deux catégories de pertes aide les ingénieurs électriciens à contrôler les coûts de l'électricité à long terme, à sélectionner des niveaux d'efficacité énergétique correspondant aux conditions de travail et à minimiser les pertes opérationnelles du réseau électrique.
