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CG Power Systems Belgium NV
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Transformateurs de distribution
Your partner in energy solutions
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Les unites de fabrication de CG Power Systems Transformateurs de Distribution
sont situées à Mechelen (Belgique) et Cavan (Irlande).
La gamme de produits inclut:
>> Transformateurs Bio-SLIM®
>> Transformateurs SLIM®
>> Transformateurs de distribution auto-protégés
>> Transformateurs de distribution Steepwave
>> Transformateurs de distribution métal amorphe
>> Transformateurs triphasés de type poteau/cabine
>> Transformateurs triphasé immergés
>> Transformateurs monophasés
>> Sous-Stations compactes
>> Unités padmount
Ireland
CG Power Systems Ireland Ltd.
Belgium
CG Power Systems Belgium NV
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Construction d’un transformateur de distribution
Matériaux
Le transformateur est composé de deux unités actives : le noyau magnétique et
les enroulements. En terme de métier, dans l‘industrie des transformateurs, la
dénomination « partie active » signifie généralement l’ensemble du noyau et des
enroulements. La partie passive, dans le cas de transformateurs immergés, est leur
système de refroidissement. Il comprend d‘une part le liquide de refroidissement
(de l’huile minérale, du liquide silicone ou des esters synthétiques ou naturels) et
d‘autre part la cuve.
Le noyau est réalisé en tôles en silicium magnétiques très fines à cristaux orientés,
laminées à froid. Le noyau des transformateurs à pertes à vide normales est réalisé
en tôles magnétiques classiques, la tôle CGO (Conventional Grain-Oriented),
tandis qu‘une tôle de qualité supérieure, la tôle HiB (à haute perméabilité), généralement affinée par domaine (p.ex. traitée au laser), est utilisée pour les transformateurs à pertes à vide réduites. Les épaisseurs de ces tôles sont de 0,23 à 0.35 mm.
Des pertes à vide extrêmement réduites sont obtenues en utilisant exclusivement
des noyaux enroulés constitués de tôles en métal amorphe. Ce ruban de métal
présente des caractéristiques très spécifiques - ainsi son épaisseur qui ne dépasse
pas 0,025 mm - et nécessite donc une conception appropriée pour une utilisation
exclusive dans les noyaux enroulés.
L’âme du transformateur le noyau magnétique
Le noyau magnétique est optimisé, tant pour la découpe des tôles que pour le
matériau utilisé, en fonction des caractéristiques à vide spécifiées et du niveau
de bruit imposé. Une rationalisation extrême de la forme ainsi que du système de
serrage permet à CG Power Systems de produire un noyau aux dimensions et aux
pertes à vide réduites. Le résultat de cette démarche est une utilisation optimale de
matériaux et d’énergie dont bénéficient l’environnement, le consommateur et aussi
le constructeur.
Le noyau magnétique doit être construit de telle sorte que les pertes par hystérésis
ou courants de Foucault soient réduites au minimum. Ceci est obtenu en utilisant
des feuillards en acier au silicium, un acier doux spécial contenant 3,5 % de silice,
à faible hystérésis et à la résistivité élevée. La dissipation de puissance réactive
peut être réduite si l’on diminue autant que possible l’induction en minimisant la
distance (gap) entre les colonnes et les culasses.
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Le noyau magnétique
Découpe et méthode d’empilage des tôles du noyau
L’optimisation de la coupe et de l’empilage des tôles permet d’obtenir un minimum
de perturbations du flux magnétique au niveau des passages de la colonne vers la
culasse.
Les tôles sont coupées sous un angle de 45°, ce qui permet au flux magnétique de
s’écouler au maximum dans le sens du laminage, qui est la trajectoire privilégiée
du flux tout en ayant les pertes les plus limitées possibles. La méthode de chevauchement des empilages des tôles peut être simple ou multiple.
La méthode d’empilage multiple ou step-lap présente des avantages supplémentaires en limitant le courant à vide et le niveau du bruit. Comme cette technique
de production est un peu plus complexe, les noyaux step-lap sont fabriqués de
préférence par des machines de coupe et d’empilage complètement automatiques.
Forme de la section du noyau
La grande majorité des transformateurs de distribution construits par CG Power
Systems ont un noyau de section ovale. Pour ce faire, la section circulaire traditionnelle du noyau assemblée en gradin est complétée par une section centrale
rectangulaire. Une grande flexibilité est ainsi donnée aux concepteurs, leur donnant
la possibilité de construire, pour chaque projet, la section idéale du noyau, et cela,
tout en maintenant une standardisation poussée des matériaux et de leurs dimensions. Cette méthode combine les bénéfices d‘une section de noyau rectangulaire
(simplicité de fabrication) avec ceux d‘une section de noyau circulaire (résistance
excellente aux court-circuit des enroulements).
Le noyau, caractéristiques principales :
>> La coupe des extrémités des tôles du noyau, selon un angle de 45°,
permet un écoulement optimal du flux magnétique
>> Le concept de la section centrale ovale a pour conséquence d’optimiser
la section du noyau
>> La méthode d’empilage multiple (“step-lap stacking pattern”) des tôles
du noyau permet de réduire le niveau du bruit
>> Le choix des tôles magnétiques est déterminé par le niveau spécifié des
pertes à vide
>> La simplicité de la construction du support et du serrage du noyau
contribue à un design compact.
Système de serrage
En utilisant des presse-culasses simples (flasque), en métal profilé et des bandes
de serrage métalliques, CG Power Systems a rendu inutiles la fixation des culasses
par boulons de serrage (qui perturbent le flux magnétique) et l’utilisation de tirants
entre la culasse supérieure et la culasse inférieure (qui nécessitent des cuves plus
importantes).
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Les enroulements
Construction d’un transformateur de distribution
Les enroulements basse tension
Les autres avantages des enroulements en feuillard sont :
Les enroulements basse tension de transformateurs de distribution sont généralement constitués de conducteurs en formes de bandes de cuivre ou d‘aluminium
(feuillard). L‘avantage du feuillard est que dans le cas d‘une éventuelle dissymétrie
des ampères-tours survenant dans l‘enroulement HT, celle-ci est automatiquement
compensée dans le feuillard BT par une circulation de courant interne de valeur
adéquate.
Cela réduit ainsi, de façon minimale, les forces axiales qui se manifestent en cas
de court-circuit (jusqu‘à près de 10 % des forces apparaissant dans les enroulements classiques), ce qui permet une simplification considérable de la fabrication
du système de support axial.
>> Mise en place grandement simplifiée des canaux de refroidissement;
>> Distribution plus homogène de la chaleur sur la hauteur du feuillard;
>> Les techniques de bobinage semi-automatique sont applicables.
Le design est adapté aux caractéristiques thermiques, électriques et chimiques de
chaque type de conducteur, de sorte que les deux versions possibles - cuivre ou
aluminium - sont de qualité et de rendement équivalents.
Entre deux spires, n‘apparaît une tension maximale que de quelques dizaines de
volts. Ainsi, l‘isolation nécessaire entre les spires (feuillards) peut se limiter à une
ou deux feuilles de papier kraft fin ou de Nomex® (1). En conformité avec les
spécifications, ce papier peut-être enduit en surface d‘une résine époxy thermodurcissable adhésive qui se polymérisera lors du processus de séchage.
Les matériaux isolants entre les parties basse et haute tension sont bobinés directement sur l‘enroulement en feuillard basse tension, faisant ainsi partie intégrante
de l‘ensemble. Cette technique renforce la capacité du transformateur à supporter
les court-circuit.
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L’enroulement haute tension
Avantages principaux d’un enroulement en couches :
L’enroulement haute tension est pratiquement toujours un enroulement en couches
longues. Le conducteur en cuivre ou en aluminium comprend un ou plusieurs fils
de section ronde ou rectangulaire, émaillés ou guipés avec du papier isolant ou du
Nomex® (1).
>> Il s’agit d’un enroulement simple permettant le bobinage en continu et
semi-automatique
>> La propagation de surtension transitoire dans l’enroulement est facilement
calculable et contrôlable
>> Les canaux axiaux de refroidissement sont de conception simple et faciles
à mettre en place
>> Les prises de réglage sont mises en place à tout endroit entre les différentes couches.
L’isolation entre les couches est assurée par du papier kraft imprégné à la résine ou
par du Nomex® (1). La résine époxy adhésive spéciale, enduite en motifs gaufrés
à losange sur le papier isolant, durcit pendant le séchage, liant les enroulements en
un seul bloc tout en gardant des canaux pour l’imprégnation d’huile.
L’enroulement haute tension est bobiné directement sur l’enroulement basse
tension, y incluant la structure isolante entre BT/HT, ce qui assure une solidité
mécanique excellente, une rigidité et une compacité maximales.
La solidité mécanique est essentielle car de très importantes forces de répulsion
radiales se manifestent en cas de court-circuit. L’effet mécanique de ces forces est
moins important dans des enroulements circulaires puisqu’ils ont la forme idéale
pour compenser les forces radiales. En revanche, dans les enroulements à section
rectangulaire, il sera plus important. CG Power Systems a développé un concept
unique de noyaux et d’enroulements ovales (voir l’illustration ci-dessus). Cette
méthode associe les bénéfices d’une section de noyau rectangulaire (simplicité de
fabrication) avec ceux d’une section de noyau circulaire (résistance excellente des
enroulements aux court-circuit).
(1)Nomex® est un procédé d’isolation à haute température utilisé dans les transformateurs de ligne
ignifugés SLIM® et Bio-SLIM® conformes à la norme IEC 60076-14.
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La partie active
Construction d’un transformateur de distribution
Le montage du noyau et des enroulements en «partie active»
peut se dérouler selon deux procédures différentes :
Lorsque les enroulements sont réalisés sur un mandrin, ils sont transférés, avec les
noyaux en forme de E, de leurs ateliers respectifs vers le département d‘assemblage. Là, ils sont glissés sur les colonnes du noyau. Le circuit magnétique est
ensuite fermé par entrelacement des feuillards de la culasse supérieure avec les
feuillards des colonnes du noyau.
Lorsque les enroulements sont directement bobinés sur le noyau (gamme typique
<1000 kVA), les trois colonnes du noyau sont positionnées sur une table basculante. Les culasses, supérieure et inférieure, sont alors insérées de la même façon
et avec la même précision que ci-dessus.
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Les isolateurs de traversée sont montés sur le couvercle, qui est alors assemblé sur
la «partie active». Ensuite, toutes les connexions sont faites entre les enroulements
et les isolateurs. Les systèmes de connexion sont robustes et choisis de façon à
garantir un transfert solide et de basse résistance entre les matériaux conducteurs.
Les transformateurs sont souvent équipés d’un commutateur hors tension (OCTC).
Celui-ci permet d’augmenter ou de diminuer le nombre de spires lorsque le
transformateur est hors tension. Le but est de corriger une tension d’alimentation
instable en changeant de prise, afin de maintenir la valeur nominale de la basse
tension en sortie.
Le commutateur hors tension est toujours monté du côté de la haute tension du
transformateur puisque le courant y est le plus faible. Dans le cas de transformateurs à double haute tension, il est nécessaire d’intégrer un autre commutateur
inverseur pour changer de tension. Les commutateurs de réglage et commutateurs
inverseurs sont commandés soit par câble soit par axe fixe.
Les rapports de transformation de la «partie active» sont ensuite testés. L‘assemblage est séché dans une étuve pendant un temps spécifique afin d‘évaporer
l‘humidité des matériaux d’isolation. Le temps de séchage dépend de la quantité
des matériaux d’isolation, elle-même fonction de la puissance du transformateur et
des tensions.
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La cuve
Construction d’un transformateur de distribution
Construction
La grande majorité des cuves des transformateurs de distribution est fabriquée
avec des ailettes de refroidissement. Comme pour des radiateurs, les ailettes ont
pour but d‘augmenter la surface de contact de la cuve avec l‘air de refroidissement.
Toutefois, dans des design hermétiquement fermés, les ailettes offrent une certaine
latitude au niveau de la dilatation et de la contraction du liquide lors des cycles
d‘échauffement et de refroidissement, suite à la charge et à la température ambiante. Ainsi, la cuve permet un remplissage intégral et une fermeture hermétique.
Ce procédé présente indiscutablement des avantages au niveau de la prolongation
de la durée de vie et de la réduction de l‘entretien du transformateur.
Exceptionnellement, par exemple, en cas de faibles puissances et de limitations
dimensionnelles très contraignantes, la faible dimension empêche les ailettes de
remplir leur fonction, et le type à remplissage intégral est remplacé par celui à
matelas de gaz pour compenser la dilatation du liquide. Ce matelas de gaz garde la
pression interne dans les normes autorisées par les spécifications de la cuve. De
temps à autre, certains clients choisissent l‘option d‘un conservateur d‘huile monté
sur le couvercle de la cuve du transformateur. Ce conservateur fonctionne comme
un vase d‘expansion qui permet de résorber les variations du volume de liquide
de refroidissement dues à son échauffement. Le conservateur est équipé d‘un
indicateur de niveau, d‘un évent et d‘un sécheur d‘air. Ainsi, seul de l‘air sec peut
entrer en contact avec le liquide de refroidissement et ce, seulement sous pression
atmosphérique. Si le sécheur d’air est insuffisamment entretenu, il peut devenir
moins efficace et l’air humide peut entrer en contact avec le liquide de refroidissement.
Fonctions de la cuve :
>> Réservoir du liquide de refroidissement et d’isolation
>> Surface de refroidissement pour dissiper la chaleur des pertes
>> Enveloppe de sécurité mise à la terre protective
>> Blindage contre l’émission de champs magnétiques générés par le
courant circulant dans les conducteurs.
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Les transformateurs hermétiques présentent indiscutablement
des avantages par rapport aux transformateurs équipés d’un
conservateur :
>> Pas de contact entre le liquide isolant et l’air : ce qui maintient la caractéristique
diélectrique du liquide
>> Moins d’entretien : par exemple pas de contrôle du sécheur d’air, pas de suivi de
présence d‘eau dans l‘huile, ...)
>> Ils sont plus économiques
>> Volume réduit et davantage d’espace pour les connexions dans des installations
compactes
>> Dispositifs de sécurité plus simples que ceux équipant les transformateurs à
conservateur.
Construction
Le fond, le cadre supérieur, les parois avec ailettes et les parois plates sont
assemblées sur un bâti de soudage rotatif puis soudés ensemble. L‘ingéniosité de
nos concepteurs, le savoir-faire de soudeurs hautement qualifiés, la ténacité des
matériaux utilisés, les tests de fuite individuels, effectués au cours de la fabrication
ainsi que les tests de fatigue de modèles courants se combinent pour garantir une
qualité de nos cuves sans fuites.
Refroidissement
Dans les transformateurs, des pertes sont générées par effet Joule, par hystérésis
et par courants de Foucault. Ce qui entraîne une augmentation de la température
des enroulements et du noyau. La valeur d‘équilibre de la température est atteinte
lorsque, dans un même laps de temps, la quantité de chaleur produite équivaut à
celle qui est évacuée.
Le refroidissement est optimisé en fonction de la température maximale autorisée
par l‘isolation et de la chaleur totale à évacuer, elle-même dépendante du niveau
des pertes du transformateur.
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La cuve
Construction d’un transformateur de distribution
Traitement de surface et peinture de la cuve
Après avoir été soudées, les cuves sont grenaillées afin d’éliminer toute la calamine, les graisses et autres impuretés préparant ainsi la surface pour que la
peinture adhère parfaitement. De la peinture séchant à l’air est alors appliquée
selon des techniques de pistolage ou de flottation. L’application électrostatique de
peintures en poudre constitue une technique alternative utilisée principalement
pour les couvercles de cuves et les boîtes à câbles, et également dans certaines
usines CG, pour des cuves entières. Cette technique nécessite un décapage
chimique préalable à l’application de la poudre.
Dans les deux cas, l’épaisseur totale des différentes couches de peinture (minimum
100 microns) garantit une protection efficace contre la corrosion. ce qui s’avère
souvent nécessaire quand il s’agit de transformateurs de type poteau ou de ceux
qui sont montés sur une plate-forme et sont exposés, en permanence et sans
aucune protection, aux rigueurs climatiques. La galvanisation est également
indiquée quand le transformateur est installé dans un environnement industriel
fortement pollué. À la demande du client, les cuves peuvent être galvanisées.
La couleur standard est RAL 7033 (vert) ou bleue pour la ligne Bio-SLIM®.
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Ligne de peinture à la pointe de la technologie
Notre usine d‘Irlande est équipée d‘une installation de peinture ultramoderne où
les techniques de triphosphatation, de cataphorèse et d‘application tribostatique de
poudre sont appliquées Cette combinaison de techniques de traitement de surface
est l‘une des plus avancées du secteur. La qualité de ce traitement est comparable à
celle des peintures requise par l‘industrie automobile pour les carrosseries de voiture
modernes. Des essais effectués par des laboratoires indépendants ont démontré,
qu‘après ce traitement, les cuves supportaient sans problème le test du brouillard
salin de 2000 heures, en conformité avec les normes internationales en vigueur.
L’équipement standard des cuves comporte :
>> Les œillets d’amarrage sur le cadre supérieur pour fixer le transformateur lors du
transport
>> Les anneaux de levage sur le couvercle pour soulever le transformateur entier et/
ou uniquement la partie active
>> Le châssis soudé avec galets de roulement pour les déplacements dans deux
directions perpendiculaires (base de roulement)
>> L’orifice de remplissage sur le couvercle (peut aussi servir pour le montage
d’une soupape de surpression)
>> Les bornes de mise à la terre sur le couvercle et le fond de la cuve ou le châssis
>> Le doigt de gant prévu pour recevoir un thermomètre, soudé sur le couvercle et
remplit d’huile
>> La vanne de vidange soudée en dessous de la cuve (convient également pour la
prise d’échantillons d’huile)
Il est possible de compléter cet équipement de base avec d’autres dispositifs de
contrôle et de sécurité.
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Finition et essais
Construction d’un transformateur de distribution
Mise en cuve de la partie active
Après séchage complet dans l‘étuve, la «partie active» subit un dernier contrôle de
qualité complet avant d’être placée dans la cuve. Le couvercle est ensuite boulonné
ou soudé sur le cadre supérieur, en fonction des desideratas du client. Les deux
techniques de fixation sont équivalentes. Nous conseillons une exécution soudée
pour les transformateurs remplis de silicone, alors que nous n‘avons pas de préférence dans le cas d‘autres liquides.
Remplissage
Les transformateurs sont remplis sous un vide profond dans une cloche sous
vide avec du liquide prétraité (filtré, séché et dégazé). Cette technique garantit
une imprégnation optimale des matériaux d’isolation par le liquide réfrigérant de
telle sorte que la structure isolante acquiert une rigidité diélectrique maximale.
La plupart des transformateurs sont remplis avec de l’huile minérale standard
conforme aux recommandations de la norme CEI 60296. Dans certains cas, les
transformateurs sont remplis de liquide silicone (suivant la norme CEI 60836) ou
d’esters organiques synthétiques (suivant la norme CEI 61099) Ce liquide, très pur,
sert à la fois de liquide de refroidissement et de moyen d’isolation.
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Montage des dispositifs de protection
Les instruments de protection ainsi que les autres accessoires sont installés sur
le transformateur après les essais de routine. Le transformateur subit alors une
dernière inspection générale. Une plaque signalétique est ensuite fixée à la cuve.
Le transformateur est maintenant prêt pour l‘emballage et le transport.
Emballage et transport
Quand le transport se fait par la route, des poutres en bois sont attachées aux deux
profils en U de la base de roulement ou du châssis. Elles permettent de fixer le
transformateur sur le plateau du camion. Le transport par conteneur se fait suivant
une procédure similaire. À la demande express du client - souvent en cas de transport maritime - les transformateurs sont placés dans des caisses en bois solides.
Essais
Chaque transformateur est soumis à une série de mesures de routine et
de tests au banc d’essai.
>> Mesure de rapports de transformation.
>> Vérification du couplage.
>> Mesure de la résistance des enroulements haute et basse tension.
>> Essai diélectrique par tension appliquée pendant une minute sur
l‘(es)enroulement(s) haute et basse tension (1 minute à la tension de
tenue nominale et à la fréquence nominale). L‘essai est aussi connu
sous l‘appellation „essai de surtension appliquée“ dont le but est
de vérifier l’isolation de chaque enroulement par rapport au reste du
transformateur.
>> Essai de tension double induite via l‘enroulement basse tension
(pendant 1 minute au double de la tension et de la fréquence
nominale). L‘essai est aussi connu sous l‘appellation „essai de
surtension induit“ dont le but est de vérifier l’isolation interne de
chaque enroulement (spire par spire et couche par couche).
>> Mesure des pertes à vide et du courant à vide.
>> Mesures des pertes dues à la charge et de la tension de court-circuit
avec le commutateur hors-tension en position nominale.
>> Mesure de la résistance d’isolation entre haute tension, basse tension
et cuve (test Megger)
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Une gamme complète de produits
CG Power Systems fabrique également des transformateurs spéciaux à usage
industriel, en plus de la gamme de transformateurs standards de distribution. Ces
modèles aux caractéristiques électriques et/ou mécaniques hors normes, sont le
résultat de développements avancés de produits basés sur l’écoute permanente
et l’évaluation par nos soins des différents besoins de notre clientèle dans divers
segments de marché. Dans certains cas, des exigences spécifiques de clients ont
mené à des développements de produits sur mesure.
Types de transformateurs particuliers
Voici une liste non-exhaustive des transformateurs de distribution spéciaux que la
« business unit » DT de CG Power Systems propose dans sa gamme de transformateurs de distribution spéciaux :
>> transformateurs monophasés (utilisés principalement aux États-Unis, en Irlande
et au Royaume-Uni)
>> transformateurs bi-tension
>> transformateurs à noyau en métal amorphe (Amorphous Metal Distribution
Transformer (AMDT)
>> transformateurs « steep-wave »
>> sous-stations compactes
>> transformateurs à trois enroulements
>> auto-transformateurs
>> transformateurs pour convertisseurs statiques
>> transformateurs élévateurs (alimentation par générateurs)
>> transformateurs de mise à la terre
>> sous-stations avec boîte à câbles et connexions pour RMU (Ring Main Units)
>> transformateurs déphaseurs (« phase-shifters »)
>> transformateurs monophasés et triphasés
>> transformateurs équipés de boîtes à câbles spéciales (à l’air ou à l’huile)
>> transformateurs avec refroidissement à circulation forcée (par ventilateurs et/ou
échangeur de chaleur)
>> transformateurs avec équipement de protection intégré (fusibles) et de déconnexion (conforme à la norme CEI 60076-13)
>> transformateurs SLIM® et Bio-SLIM® (transformateurs très compacts avec
isolation à haute température) conformes à la norme CEI 60076-14
>> transformateurs Small Power (jusqu‘à 30 MVA)
N’hésitez pas à nous contacter pour plus d’informations sur notre gamme de transformateurs de distribution standards et spéciaux.
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Le choix économique des transformateurs
Bien que les transformateurs soient des machines électriques à haut rendement
(>99%), des pertes sont néanmoins inévitables au cours de leur longue durée de
vie. Ces pertes sont divisées en pertes à vide et pertes dues à la charge. Ces pertes
sont converties en chaleur, qui doit être évacuée en exploitation.
Pertes à vide (P0) ou pertes dans le fer (PFe)
Dans le matériau du noyau, apparaissent des pertes à vide par hystérésis et par
courants de Foucault. Elles sont présentes en permanence dès que le transformateur est mis sous tension (soit 8.760 heures par an). Les pertes par hystérésis sont
proportionnelles à la fréquence et à la valeur de l’induction. Les pertes par courants
de Foucault sont proportionnelles à la fréquence et à l’amplitude de l’induction
mais aussi principalement à l’épaisseur de l’acier magnétique.
Pertes dues à la charge (Pk) ou pertes cuivre (PCu)
Des pertes dues à la charge apparaissent dans les enroulements, les connexions
et la cuve. Elles sont causées par effet Joule (pertes ohmiques), par les courants
de Foucault et par les flux de fuite. Les pertes ohmiques sont égales au carré de
l’intensité du courant, multiplié par la résistance des enroulements. Les pertes sont
proportionnelles au carré de la charge. Le constructeur est en mesure d’augmenter
ou de diminuer ces pertes jusqu’à certaines limites, en jouant sur la quantité et/ou
le choix de matériaux plus coûteux, influençant le prix du transformateur. Toutefois,
la consommation d’énergie, et ainsi, les frais d’exploitation, seront moindres. Pour
comparer de façon économiquement pertinente des transformateurs à différents
niveaux de pertes, il est nécessaire de prendre en compte le coût de l’énergie
relatif à ces pertes. En d’autres termes, celles-ci sont capitalisées en utilisant des
“valeurs de capitalisation”, exprimées en unités monétaire par Watt, qui nous sont
communiquées par le client. Les valeurs de capitalisation des pertes à vide (CP0)
sont nettement plus élevées que celles des pertes dues à la charge (CPk), étant
donné que les pertes à vide sont présentes en permanence.
18
Le «coût total d’exploitation»
Le coût total d’exploitation (T.O.C.) d’un transformateur peut
être représenté par la formule suivante :
T.O.C. = prix d’achat + (P0*KP0) + (Pk*KPk)
Il est possible, le cas échéant, d‘ajouter à cette formule les coûts d‘installation
et d‘entretien. Le transformateur dont le coût total d‘exploitation est le plus bas,
constitue évidemment le meilleur choix économique à long terme. Lorsque le
client indique des valeurs de capitalisation dans sa demande de prix, le niveau
optimal des pertes est calculé dans notre département de design grâce à un logiciel
développé spécialement à cet effet.
Il est donc plus économique de remplacer les anciens transformateurs, dont le
niveau des pertes à vide est important, par une nouvelle génération de transformateurs, dont les pertes réduites permettent, après seulement quelques années,
d‘avoir un retour sur investissement conséquent. Si les pertes à vide sont fortement
capitalisées, les transformateurs à noyau en métal amorphe constituent une
alternative intéressante. Ces pertes sont réduites de 75 % par rapport à celles d’un
transformateur à noyau en tôle magnétique classique.
Coût total d’exploitation T.O.C. = prix d’achat + (P0*KP0) +
(Pk*KPk)
T.O.C. = « Total Owning Cost » ou coût total d’exploitation
P0 = pertes à vide garanties (Watt)
Pk = pertes dues à la charge garanties (Watt)
CP0 = niveau de capitalisation des pertes à vide indiqué par le client (euro/Watt)
CPk = niveau de capitalisation des pertes dues à la charge indiqué par le client
(euro/Watt)
Évaluation économique de deux transformateurs, chacun avec une puissance nominale de 630 kVA
mais avec des niveaux de pertes différents.
Tr. 1 Tr. 2 Tr. 1
Tr. 2
630 kVA 630 kVA P0
Watt
870
1,150
P0 = 870 Watt P0 = 1,150 Watt Pk
Watt
5,750
8,400
Prix
euro
7,550
7,000
Pk = 5,750 Watt
Pk = 8,400 Watt
P0*KP0
euo
3,698
4,888
KP0 = 4.25 euro/Watt
KPk = 1.15 euro/Watt
Pk*KPk
T.O.C.
euro
euro
6,613
17,861
9,660
21,548
Ce tableau illustre clairement que le prix d’achat le plus bas ne reflète pas nécessairement la meilleure alternative économique.
19
Les transformateurs et l’aspect environnemental
Dans notre société moderne, l’impact négatif de la technologie sur l’Homme et son
environnement devient de plus en plus important. Les influences potentiellement
contraignantes des transformateurs se situent notamment au niveau :
>> De la nuisance sonore.
>> De la pollution du sol (par écoulement de l’huile en cas de fuites).
>> De l‘utilisation de PCB (polychlorobiphényles) dans les liquides réfrigérants.
>> Des champs magnétiques : dont l’influence sur l’Homme les animaux et les
instruments n’est pas encore connue avec certitude.
>> Pertes d‘énergie dans les transformateurs : Des pertes d’énergie qui nécessitent
une augmentation de la production d’énergie, et par conséquent une augmentation des émissions de gaz nocifs de combustion.
>> De l’implantation gênante des transformateurs et des sous-stations dans l’environnement, sans considération de l‘impact sur le paysage.
>> Protection des personnes et de l‘environnement.
20
Transformateurs à niveau sonore réduit
Actuellement dans plusieurs pays, tant en zone rurale qu’en zone urbaine, les exigences en matière de niveau sonore pour les transformateurs sont très strictes. La
principale source du bruit produit par le transformateur de distribution provient de
la magnétisation des tôles du noyau, et dans une moindre mesure, des vibrations
des enroulements.
CG Power Systems utilise plusieurs techniques pour réduire fortement le niveau
sonore : la diminution de l’induction dans le noyau, l’assemblage des tôles du
noyau (par exemple la méthode “step-lap”), un procédé de serrage adéquat, l’utilisation de cuves à basse résonance, etc. CG Power Systems est ainsi en mesure de
fabriquer des transformateurs dont le niveau sonore est extrêmement bas, jusqu’à
ce que nous appelons le « niveau de chuchotement ». Ainsi CG a construit une
série de transformateurs de 630 kVA, dont le niveau sonore ne dépasse pas les
30 dB(A) de pression acoustique mesurée à une distance d’un mètre. CG Power
Systems a également effectué un travail de pionnier en matière de mesure du bruit
généré par les transformateurs et cette méthode, aujourd’hui reconnue, est décrite
dans la norme de mesure de l’intensité acoustique CEI 60076-10.
La technique d’intensité acoustique permet de déterminer précisément le niveau de
bruit produit par le transformateur, en éliminant non seulement les perturbations
causées par le “champ proche”, mais encore tout bruit de fond qui serait supérieur
au niveau sonore du transformateur. Outre ce type d’analyse, les laboratoires de CG
Power Systems sont en mesure d’effectuer des tests de vibrations et de résonance.
Cette méthode simplifie considérablement la mesure acoustique et les procédés
d’évaluation, d’autant plus qu’elle permet de faire une analyse de fréquence.
Tableau de référence dB(A)
20
30
40
60
70
100
120
130
bruissement des feuilles
chuchotement
bibliothèque
discussion normale
trafic routier
hall d’usine
concert de rock
seuil de douleur
21
Aspects environnementaux
L‘importance de cuves sans fuite et liquides réfrigérants respectueux de l’environnement
Une fuite accidentelle de la cuve libère du liquide isolant qui peut polluer le
sol. Les risques d‘incendie ne sont pas non plus à exclure en présence d‘un arc
électrique. La classification „WGK“ (Wassergefährdungsklasse) d‘un liquide par
le département de l‘environnement de l‘Allemagne Fédérale (Umweltbundesamt)
détermine dans quelle mesure ce liquide présente un danger pour les eaux de
surface et la nappe phréatique.
Cette classification est basée sur les spécifications de biodégradation des liquides.
La plupart des huiles minérales et des liquides silicones appartiennent à la classe
WGK 1 ou 2 ; seules, les esters entièrement biodégradables, appartiennent à la
classe „ non dangereuses pour l‘eau“ (“nwg”, précédemment WGK 0). En général,
cette dernière classe est uniquement exigée si le transformateur est installé près
d‘un lieu de captage d‘eau. Ce sont surtout les réglementations sur la prévention
des incendies et des prescriptions en matière d‘assurance, qui imposent le choix
de ces réfrigérants. Leur point d‘éclair plus élevé et la température d‘inflammation
(classée K3 selon la norme IEC 61000) permettent d‘exploiter le transformateur
sans exigences trop rigoureuses à l‘égard d‘installations sprinkler ou de gatte de
récupération de liquide fuyant, réduisant ainsi les coûts d‘installation de façon
significative.
En matière de PCB (polychlorobiphényles), CG Power Systems mène une politique
stricte et systématique : le certificat d‘essai livré avec chaque transformateur indique que celui-ci ne contient pas de PCB décelable sous la limite de détection de
1 ppm (part par million). Aucune livraison d‘huile ou de retour de transformateur
(par exemple pour révision) n‘est acceptée avant qu‘une analyse d‘un échantillon
d‘huile n‘ait prouvé sans équivoque l‘absence de PCB.
Matériaux recyclables
L‘un des thèmes récurrents de la politique d‘entreprise de CG Power Systems est
de réduire la consommation de matières premières au minimum. Les déchets
de matériaux, générés par la production, sont collectés sélectivement pour être
revendus sous forme de déchets.
Le même principe est respecté lors du démontage d‘anciens transformateurs, effectué par des firmes spécialisées. Les transformateurs actuels de CG Power Systems
sont conçus pour permettre un degré de recyclage optimal : plus de 90 % des
matériaux utilisés sont aisément récupérables. Le choix des plus petits accessoires
et pièces détachées tient également compte des contraintes environnementales.
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Compatibilité électromagnétique
Tous les conducteurs parcourus par un courant et toutes les machines produisent
un champ électromagnétique pouvant perturber des appareils (p.ex. électroniques)
sensibles. C‘est la raison pour laquelle on tend vers une compatibilité électromagnétique (CEM) optimale des produits ; les appareils ne produisent plus de
champs perturbant et leur fonctionnement n‘est pas gêné par des champs environnants. Les transformateurs immergés de CG Power Systems sont moins concernés
par ce problème : car la cuve mise à la terre fait office de barrière naturelle au
rayonnement électromagnétique, réduisant ce dernier a des valeurs négligeables.
Utilisation optimale des matières premières et des sources
d‘énergies primaires
Grâce à une optimisation poussée, CG Power Systems réussit à construire des
transformateurs très compacts et aux pertes réduites. Un transformateur actuel de
1.000 kVA n‘est pas plus encombrant qu‘un ancien transformateur de 630 kVA.
Cette optimisation et rationalisation ont entraîné parallèlement de réelles économies au niveau des matières premières (cuivre, aluminium, tôle magnétique, métal,
etc.) et des liquides réfrigérants.
En proposant des transformateurs à pertes réduites, CG Power Systems contribue
également à un environnement plus sûr et plus propre. En effet, pour alimenter
un parc de transformateurs à pertes réduites, les producteurs doivent produire
moins d‘électricité pour satisfaire aux mêmes besoins d‘énergie. Produire moins
d‘électricité signifie réduire la consommation d‘énergies primaires (charbon, gaz,
pétrole), et par conséquent, diminuer les émissions nocives de gaz de combustion,
à l‘origine des pluies acides et de la destruction de la couche d‘ozone.
SLIM® et Bio-SLIM®: le nec-plus-ultra
Depuis 2001, CG Power Systems propose les transformateurs des gammes SLIM®
et Bio-SLIM®. Ces transformateurs ultra compacts sont peu bruyants et aux pertes
réduites tout en étant ignifugés, de caractéristiques bio et de meilleure fiabilité.
Cela est dû en raison de liquides de classe K3 et d‘une isolation conforme à la
norme CEI 60076-14 basée sur le procédé d‘isolation haute température NOMEX®
de DuPont. La compacité implique également une utilisation minimaliste de matériaux et une empreinte ECO carbone réduite.
Ce type de transformateurs est très prisé dans les segments de marché où la place est
limitée et où la sécurité est primordiale (éoliennes, bâtiments, tunnels, métros, ...)
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Conception
Les transformateurs de CG Power Systems sont conçus selon les normes
nationales et internationales les plus récentes telles que CEI, ANSI/IEEE, CEN/
CENELEC, BS, DIN/VDE, NEMA, CSA et autres. Le département “Développement
de Produits” est responsable de la gestion et de l’actualisation du fichier interne
des normes. Ses ingénieurs jouent un rôle actif dans diverses commissions de
normalisation internationales. Cela leur permet de suivre une veille technologique
permanente sur les derniers développements des normes techniques.
Pour la plupart des marchés, CG Power Systems a développé des transformateurs
standardisés, répondant aux exigences spécifiques de chacun de ces marchés.
D’autres transformateurs sont fabriqués sur la base des spécifications de certains
clients individuels importants comme des compagnies d’électricité, des installateurs électriques d’envergure et des entreprises industrielles lourdes. Une autre
gamme de transformateurs, principalement dans le domaine des énergies renouvelables, est fabriquée sur mesure afin de répondre pleinement aux attentes du client.
Cette démarche a permis à CG Power Systems d’automatiser à outrance, au niveau
de la conception et de la construction des transformateurs, entraînant ainsi une
meilleure compétitivité et des délais de livraison plus courts. Le degré élevé de
satisfaction de la clientèle ainsi que les nombreuses qualifications obtenues après
le suivi de procédures fort astreignantes illustrent le succès de la stratégie menée
par CG Power Systems en matière de développement de produits.
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Logistique
La chaîne complexe des processus d‘approvisionnement, de la rédaction de l‘offre
à la livraison finale, est gérée par le département logistique. Elle nécessite une
organisation sans faille et une expérience de longue date, étant donné le caractère
fortement international des affaires du Groupe CG Power Systems.
La qualité logistique s‘apprécie par des délais de livraison relativement courts, des
livraisons ponctuelles et complètes ainsi qu‘un traitement correct et rapide des
procédures administratives. Le développement soigné des réseaux et systèmes
informatiques du Groupe se traduit par une circulation de grande efficacité et fiable
de l‘information interne à travers les différentes divisions de CG Power Systems. La
gestion des flux des matériaux se fait en flux tendu (« Just-In- Time ») concrétisé
et optimisé au moyen de logiciels spécifiques, de systèmes de gestion automatisés,
d‘entrepôts et d‘accords fermes conclus avec des fournisseurs agréés.
CG Power Systems livre des transformateurs à ses clients dans plus de 135 pays
à travers le monde. Cela nécessite la présence de spécialistes, particulièrement
compétents dans le domaine du transport et de la logistique multimodale. En plus
de la complexité spécifique à des expéditions lointaines, des problèmes logistiques
complexes peuvent survenir lorsque les transformateurs doivent être installés dans
des lieux dont l’accès est difficile.
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Contrôle de qualité
Contrôle de qualité conforme ISO 9001 et basé sur l’auto-contrôle.
Toutes les non-conformités relevées au cours du processus complet sont documentées et une analyse des causes est effectuée.
Une évaluation AMDE fait partie intégrante depuis fin 2010 des évaluations de
risques de qualité, tant pour la conception, que la production ou le produit. La
conscience de la qualité se manifeste dans toutes les divisions de l’entreprise:
R&D, Conception, Production, Contrôle de Qualité, Logistique et Services
Généraux. En outre, le département des Ressources Humaines veille à la formation
permanente de tous les collaborateurs en matière de contrôle et d’amélioration de
la qualité.
Le système de qualité certifié selon la norme ISO 9001 n‘est qu‘une condition de
base pour acquérir la qualité totale. Dans l‘organisation de CG Power Systems,
à chaque stade de la conception et de la production, la qualité est suivie par un
système d‘auto-contrôle.
Chaque poste de travail possède un descriptif des tâches à accomplir et des
contrôles de qualité y afférant. Une pièce détachée n‘est livrée au poste de travail
suivant que lorsque l‘opérateur a effectué toutes les procédures de contrôle et a
approuvé la pièce. Des matériaux non-conformes sont ainsi éliminés immédiatement.
Chaque collaborateur contrôle sa propre fabrication et considère le poste de travail
suivant comme „son client“. Le service de qualité assure le suivi des documents de
contrôle et effectue lui-même des vérifications supplémentaires aux endroits stratégiques. Ce système permet de réagir rapidement en cas d‘erreur et de la corriger.
Les matériaux achetés auprès des fournisseurs agréés subissent un contrôle
d‘entrée pouvant varier d‘une simple identification à un test approfondi dans le
laboratoire physico-chimique. Il est clair que tous les fournisseurs de matières
premières et de composants doivent respecter les normes ISO.
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Service après-vente
Ventes
Service à la clientèle
L’organisation commerciale du groupe CG Power Systems privilégie les relations
directes entre le client et les entités du Groupe. Pour ce faire, un réseau d’agents
spécialisés et de bureaux de vente et de représentation spécialisés, a été mis en
place au niveau mondial, permettant de mieux connaître et comprendre les besoins
locaux de la clientèle.
Grâce à l’apport de collaborateurs techniques, commerciaux et administratifs, chacune de ces équipes, multidisciplinaires, forme un ensemble équilibré et s’efforce
de réaliser un seul et même objectif : fournir au client le bon produit, au moment
requis et au meilleur prix.
Pour traiter rapidement et efficacement ces dossiers, une équipe de Service à la
Clientèle est spécialisée dans le traitement de commandes spécifiques en termes
d’exigence du client et/ou du degré de complexité des transformateurs. Une telle
approche a pour ambition d’offrir au client une réactivité optimale et un échange
d’informations rapide tout au long de la période contractuelle. L’équipe de service à
la clientèle EMEA travaille en étroite collaboration avec les départements logistique,
de planification, de production, de transport et de facturation, et d’après-vente des
business units en Belgique et en Irlande afin de garantir le plus haut niveau de
satisfaction de la clientèle.
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Service après-vente
Service après-vente
L‘organisation de CG Power Systems offre une vaste gamme de services
d‘assistance aux clients après la livraison de leurs transformateurs, y compris :
>> Service d’astreinte de 24 heures sur 24 avec des équipes disponibles en permanence pour des interventions urgentes, etc.
>> Entretien et réparation des transformateurs, aussi bien sur site que dans nos
ateliers.
>> Prélèvement d‘échantillons d‘huile
-pour l‘évaluation de sa qualité isolante
-pour l‘analyse des gaz dissous
-pour la détermination du taux de PCB (polychlorobiphényles).
>> Séchage, dégazage et filtrage du liquide de refroidissement.
>> Livraison de pièces de rechange
>> Mise à disposition de transformateurs de rechange
>> Réalisation de travaux d‘adaptation tels que :
-modification des possibilités de raccordement (concernant p.ex.
câblage inférieur ou supérieur)
-remplacement ou adaptation d‘accessoires tels que relais Buchholz, indicateur de niveau magnétique d‘huile, relais de surpression, etc
>> Révision et remplacement du commutateur hors tension
>> Augmentation de la puissance d‘un transformateur par conversion au refroidissement à circulation forcée (installation de ventilateurs, etc.)
>> Formation des équipes de maintenance des clients
>> Conseils relatifs à l‘exploitation et à l‘entretien des transformateurs
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Dispositifs de protection
Les dispositifs de protection et de contrôle les plus fréquemment utilisés peuvent être divisés en sept groupes :
1. Protection thermique
1.1. Contrôle de la température du liquide de refroidissement
>> Thermomètre à cadran avec aiguille entraînée sans contact électrique
>> Thermomètre à cadran avec aiguille entraînée et 2 contacts inverseurs
>> Thermomètre déporté avec aiguille entraînée et 2 contacts inverseurs
>> Thermostat avec 1 ou 2 contacts inverseurs
>> Thermomètre de résistance PT100
1.2. Contrôle de la température de l’enroulement
>> Affichage de température d’enroulement avec aiguille entraînée et 2 contacts
inverseurs
2. Contrôle du niveau du liquide
2.1. Contrôle du niveau de liquide pour transformateur hermétique et
à remplissage intégral
>> Indicateur de niveau d’huile magnétique vertical
1.1
2.2. Contrôle du niveau de liquide pour transformateur hermétique à matelas d’air
>> Indicateur de niveau d’huile à flotteur
>> Capteur de niveau d’huile avec un contact et vanne d’échantillonnage de gaz
optionnelle
2.3. Contrôle du niveau du liquide pour transformateur à conservateur
>> Tube d’indicateur de niveau
>> Tube prismatique d’indicateur de niveau
>> Indicateur de niveau magnétique avec ou sans contacts
2.1
3
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3. Protection de surpression interne
>> Soupape de surpression sans indication
>> Soupape de surpression avec signalement de fonctionnement
>> Relais de surpression avec 2 contacts inverseurs
4. Protection du liquide de refroidissement contre l’humidité
>> Assécheur d’air au silicagel
5. Protections combinées
>> Relais Buchholz avec 2 contacts normalement ouverts (NO)
>> Relais DGPT2 avec 4 contacts inverseurs
4
6. Protection contre les contacts physiques
>> Traversées embrochables et connecteurs (modèle cône interne ou externe)
>> Boîtes à câbles standards ou spéciales
7. Protection contre les surtensions
>> Éclateurs
>> Parafoudres
Pour une description plus détaillée, consultez notre département de communication marketing qui vous
enverra la brochure séparée relative aux équipements de protection.
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Traversées
Embrochables
6
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