Deux transformateurs peuvent avoir la même puissance nominale et la même tension mais se comporter très différemment dans le même système. L'une des principales raisons est l'impédance de court-circuit.

Ce paramètre affecte le courant de défaut prospectif, la régulation de tension, la coordination de protection, le démarrage des moteurs et le partage de charge en parallèle. Il influence également la puissance nominale des appareillages de commutation, des jeux de barres, des câbles et d'autres équipements autour du transformateur.

Une valeur plus basse ou plus élevée peut être raisonnable, en fonction du système. Les problèmes surviennent généralement lorsque l'impédance est sélectionnée sans référence à l'étude de court-circuit, au profil de charge et à la conception de la protection.

L'impédance de court-circuit est généralement exprimée en pourcentage. Pendant le test, un enroulement est court-circuité et une tension réduite est appliquée à l'autre enroulement jusqu'à ce que le courant nominal circule. La tension appliquée, exprimée en pourcentage de la tension nominale, est la valeur d'impédance du transformateur.

Par exemple, un transformateur avec une impédance de 5 % nécessite environ 5 % de la tension nominale pour produire le courant nominal dans des conditions de test de court-circuit.

En ignorant l'impédance du système amont, le courant de défaut symétrique initial aux bornes du transformateur peut être estimé comme suit :

Isc ≈ Irated ÷ Zpu

Une impédance de 5 % correspond à environ 20 fois le courant nominal. Une impédance de 8 % correspond à environ 12,5 fois le courant nominal. Le courant de défaut réel du système dépendra également de l'impédance de la source, de l'impédance des conducteurs, de la méthode de mise à la terre et du rapport X/R du système.

Une impédance plus faible améliore généralement la régulation de tension. La chute de tension à travers le transformateur est plus faible sous charge, ce qui peut aider au démarrage des moteurs, à la prise en charge de charges importantes et aux applications sensibles aux variations de tension.

Le compromis est un courant de défaut prospectif plus élevé. Les disjoncteurs peuvent nécessiter une plus grande capacité d'interruption, tandis que les jeux de barres, les câbles et les appareillages de commutation doivent supporter des contraintes de court-circuit plus élevées.

À l'intérieur du transformateur, un défaut traversant produit de fortes forces électromagnétiques sur les enroulements. Ces forces augmentent rapidement avec le courant de défaut et peuvent solliciter les conducteurs d'enroulement, les entretoises, les connexions et les structures de serrage. Des défauts externes répétés peuvent augmenter le risque de déplacement ou de déformation mécanique de l'enroulement si le transformateur et le système de protection sont mal coordonnés.

Une faible impédance peut également augmenter le coût du projet en dehors du transformateur. Des appareillages de commutation de plus haute intensité de défaut, des systèmes de jeux de barres plus robustes et des mesures supplémentaires de limitation de courant peuvent coûter plus cher que ce que la conception du transformateur lui-même permet d'économiser.

Une impédance plus élevée limite le courant de défaut. Cela peut réduire la contrainte d'interruption imposée aux disjoncteurs et diminuer le stress de court-circuit sur les équipements en aval.

La principale préoccupation est la chute de tension. Sous forte charge, au démarrage d'un moteur ou lors d'une prise en charge soudaine de charge, un transformateur à haute impédance peut produire une plus grande baisse de tension. Cela peut affecter l'accélération du moteur, le fonctionnement des contacteurs, les équipements de processus et d'autres charges sensibles à la tension.

Une impédance élevée peut également réduire le courant de défaut à un niveau qui rend la coordination de protection plus difficile. Pour les défauts éloignés ou de faible niveau, les réglages des relais et des fusibles peuvent nécessiter un examen plus approfondi pour maintenir une sensibilité et un temps de déconnexion adéquats.

Une valeur d'impédance plus élevée ne signifie pas automatiquement des pertes de transformateur plus élevées ou une fiabilité plus faible. Le résultat dépend de la géométrie de l'enroulement, du contrôle du flux de fuite, de l'agencement des conducteurs et de la conception thermique. Cependant, une impédance personnalisée inhabituellement élevée peut nécessiter des travaux de conception supplémentaires et peut augmenter les pertes parasites ou le chauffage local si le flux de fuite n'est pas correctement géré.

Il n'y a pas de règle simple qui dise qu'un transformateur à impédance plus élevée ou plus basse coûtera toujours plus cher. Atteindre une impédance spécifique au projet peut nécessiter des modifications des dimensions des enroulements, de l'agencement des conducteurs, des dégagements d'isolement, du blindage magnétique et du support structurel.

Une valeur en dehors de la plage de conception normale du fabricant nécessite souvent une ingénierie et un contrôle de production supplémentaires. Des tolérances d'impédance serrées peuvent également augmenter les coûts de conception, de matériaux et de test.

Le coût global du système peut être plus important :

Une faible impédance peut nécessiter des disjoncteurs, des appareillages de commutation et des systèmes de jeux de barres de plus haute intensité de défaut.

Une impédance élevée peut nécessiter un support de tension supplémentaire, des arrangements de démarrage de moteur différents ou des modifications de la taille des conducteurs et des réglages de protection.

Pour les équipes d'approvisionnement, le prix d'achat le plus bas du transformateur peut donc entraîner un coût d'installation total plus élevé si l'impédance sélectionnée impose des exigences supplémentaires au reste du système.

Les transformateurs en parallèle nécessitent des rapports de tension, des groupes vectoriels, des positions de prises et des caractéristiques d'impédance compatibles. Lorsque deux transformateurs ont des impédances en pourcentage différentes, ils ne partageront pas la charge de manière égale.

Pour deux transformateurs de même puissance nominale en MVA, l'unité avec la plus faible impédance transporte plus de courant. Si un transformateur a une impédance de 5 % et l'autre de 7 %, l'unité de 5 % prendra une part plus importante de la charge totale et pourra atteindre sa capacité nominale en premier.

La seule magnitude de l'impédance n'est pas suffisante pour une étude détaillée du fonctionnement en parallèle. Le rapport X/R, le rapport de tension, le réglage de la prise et la connexion de l'enroulement affectent également le partage du courant et le courant circulant.

L'impédance de court-circuit est un paramètre système important, mais elle ne peut pas être utilisée seule pour juger de la fiabilité du transformateur.

Pour les conceptions à faible impédance, la résistance mécanique de l'enroulement et la capacité de tenue au court-circuit nécessitent une attention particulière. Pour les conceptions à haute impédance, la régulation de tension, le flux de fuite, le chauffage local et la sensibilité de protection nécessitent un examen plus approfondi.

La conception de l'isolation, la température du conducteur, le serrage de l'enroulement, la cohérence de fabrication, les tests de routine et le temps de déconnexion de la protection contribuent tous à la performance à long terme.

L'impédance appropriée est la valeur qui fonctionne avec le système électrique complet et qui peut être produite, testée et maintenue dans les limites de la conception approuvée.

• Puissance nominale en MVA et la base de capacité utilisée pour la valeur d'impédance

• Tension nominale, fréquence et paire d'enroulements applicable

• Position de la prise utilisée comme référence d'impédance

• Température de référence pour la valeur garantie et testée

• Impédance cible ou plage d'impédance acceptable

• Tolérance applicable selon la norme en vigueur ou les spécifications du projet

• Rapport X/R si requis pour les études de court-circuit ou de protection

• Niveau de défaut utilitaire disponible et impédance de la source amont

• Exigences de démarrage moteur, de prise en charge de charge importante et de régulation de tension

• Exigences de fonctionnement en parallèle avec des transformateurs existants ou futurs

• Rapport de test d'usine et impédance finale mesurée

Pour les transformateurs multi-enroulements, la demande de prix doit indiquer à quelle paire d'enroulements s'applique chaque valeur d'impédance. Une seule valeur en pourcentage peut être insuffisante lorsque plusieurs sorties de tension ou des enroulements tertiaires sont impliqués.

Il n'y a pas d'impédance de court-circuit universelle "idéale". Une valeur plus basse améliore la régulation de tension mais augmente le courant de défaut. Une valeur plus élevée limite le courant de défaut mais crée plus de chute de tension et peut compliquer la protection ou le démarrage de charge.

La valeur finale doit provenir de l'étude de court-circuit du système, de l'analyse de la régulation de tension, de la coordination de protection et du plan d'exploitation. Les équipes d'approvisionnement peuvent alors comparer les devis des transformateurs sur la base de l'impact total du système plutôt que du seul prix du transformateur.

WINLEY fournit des solutions personnalisées pour les applications de transformateurs montés sur poteau, montés sur socle, de puissance de sous-station, de type sec et autres transformateurs de distribution et de puissance. Lors de la revue technique, notre équipe d'ingénierie travaille avec les clients pour clarifier le niveau de défaut du système, l'impédance cible, la régulation de tension, le profil de charge, le démarrage moteur, le fonctionnement en parallèle et les exigences de coordination de protection.

Sur la base de ces informations, WINLEY peut examiner la plage d'impédance ainsi que la capacité du transformateur, la tension, l'agencement des enroulements, la méthode de refroidissement et les normes applicables. Lorsque plusieurs conceptions peuvent répondre aux exigences du projet, les options peuvent être comparées en termes de coût du transformateur, de contrainte de défaut de l'appareillage de commutation, de performance de tension et de fiabilité de fonctionnement. Cela aide les clients à sélectionner une solution pratique et rentable pour l'ensemble du système d'alimentation.

Selon le type de produit, la configuration et le marché cible, les solutions peuvent prendre en charge des produits certifiés UL/cUL sous le numéro UL File E536138 et les exigences ANSI/IEEE, CSA, U.S. DOE d'efficacité et NEMA applicables. Des dessins, des données de plaque signalétique et des rapports de test d'usine peuvent être fournis pour soutenir l'approbation technique et la vérification finale des paramètres.

En savoir plus sur les solutions de transformateurs WINLEY :
https://www.winley-electric.com/