Guide Complet sur les Transformateurs de Puissance et leurs Régimes

Vue d'ensemble des Transformateurs de Puissance

Les transformateurs de puissance électriques sont des machines électriques statiques très robustes et coûteuses, essentielles à l'ensemble du système électrique. Ils permettent d'abaisser ou d'élever la tension dans le système, ce qui a historiquement permis les avantages de la transmission de l'électricité en courant alternatif.

Classification des Transformateurs de Puissance

Les transformateurs de puissance peuvent être classés selon plusieurs aspects :

• Lieu
• Puissance
• Diélectriques utilisés pour l'isolation
• Nombre de phases
• Connexions
• Type de refroidissement

Transformateurs de Puissance selon le Lieu d'Utilisation

Le changement thermique utilisé fait référence aux transformateurs de puissance en fonction de leur emplacement :

Transformateurs de Centrales

Ils sont utilisés dans les centrales électriques pour élever le niveau de tension nécessaire à la connexion au réseau.

Transformateurs de Poste Électrique

Ils sont utilisés pour réduire ou augmenter la tension dans une partie quelconque du réseau et se trouvent dans les postes électriques.

Transformateurs de Distribution

On les trouve dans les lignes de distribution électrique.

Transformateurs de Puissance selon la Puissance

Bien que tous soient appelés transformateurs de puissance (pour les différencier des transformateurs de mesure et autres moins puissants), ils sont classés comme suit :

Transformateurs de Faible Puissance

Il s'agit principalement des transformateurs de distribution, des transformateurs d'éclairage dans les installations industrielles, en bref, ceux qui ont la plus faible puissance.

Transformateurs de Moyenne Puissance

Ce sont principalement les transformateurs de postes de distribution, les installations industrielles, et ceux où la puissance ne dépasse pas 10 MVA.

Transformateurs de Grande Puissance

Ces transformateurs sont utilisés principalement dans les grandes stations électriques, les grandes centrales électriques et les installations industrielles à forte consommation d'électricité. Les puissances peuvent atteindre des Giga VA (GVA).

Transformateurs de Puissance par leur Isolation

Selon leur situation géographique, les transformateurs peuvent utiliser des diélectriques pour l'isolation et le refroidissement tels que :

Transformateurs Immergés dans l'Huile

Ces transformateurs sont les plus couramment utilisés dans les réseaux électriques existants et leurs enroulements sont complètement immergés dans un réservoir rempli d'huile. L'huile diélectrique est à la fois un isolant et un liquide de refroidissement pour la chaleur produite dans les enroulements et le noyau du transformateur.

Transformateurs à Sec

Ces installations sont utilisées principalement dans les stations de métro. L'enroulement autour de l'âme est dans l'air et très bien recouvert de matériaux diélectriques solides tels que le papier isolant.

Transformateurs de Puissance selon le Nombre de Phases

Selon le nombre de phases par unité, les transformateurs peuvent être classés comme suit :

Transformateurs Monophasés

Ces transformateurs fonctionnent sur un circuit monophasé et sont évidemment plus petits que les transformateurs triphasés. Vous pouvez réaliser la même fonction qu'un transformateur triphasé avec des connexions électriques en utilisant une banque de transformateurs monophasés. Il y a beaucoup de connexions possibles. L'avantage est qu'ils ne sont pas unis magnétiquement et que les flux magnétiques ne dépendent que des courants de phases. Le flux magnétique produit par des courants de certaines phases n'affecte pas les flux provenant des autres phases.

Transformateurs Triphasés

Ces transformateurs gèrent le circuit triphasé en une seule unité. Ce sont les plus communs parmi les transformateurs de puissance dans les postes électriques.

Transformateurs de Puissance en Fonction des Connexions

Il existe de nombreuses connexions possibles pour les transformateurs de puissance, mais les plus populaires sont :

Connexion Étoile - Étoile (Yy)

Ces connexions sont largement utilisées dans les postes de distribution. Les tensions dans les étapes du primaire et du secondaire ne sont pas théoriquement nulles. Le retard est uniquement causé par le mouvement même des courants dû aux phénomènes d'aimantation du noyau.

Connexion Étoile - Delta (Yd)

Cette connexion est également très fréquente dans les postes de production ou de distribution. Il y a un décalage de 30 degrés entre les tensions et les courants dans les enroulements primaire et secondaire.

Détails des Connexions Courantes

Connexion Étoile - Étoile avec Neutre à la Terre

Il s'agit de la connexion dans l'enroulement secondaire utilisée dans les postes de distribution. Si la connexion à l'étoile principale est reliée à la terre, les tensions et les courants dans la phase primaire sont égaux à leurs homologues dans le secondaire.

Connexion Delta - Étoile (Dy)

Des impédances peuvent être utilisées pour limiter les défauts à la terre sur le triangle non relié à la terre ou pour relier solidement le neutre à la terre. Une résistance ou une impédance peut être utilisée. Cela permet de réduire l'ampleur du défaut de phase à proximité du transformateur. C'est un schéma très appliqué dans le cadre de la distribution. Dans ces sous-stations, les tensions et les courants au primaire sont déphasés de 30° par rapport à la tension et aux courants secondaires.

Il existe beaucoup d'autres connexions possibles. Lorsque le transformateur de puissance a trois enroulements, l'une de ces combinaisons de connexions peut exister entre les enroulements.

Avec l'utilisation de trois enroulements du transformateur de puissance, il est possible de diviser les charges polluantes des harmoniques 5e et 7e, éliminant ainsi leur impact sur le primaire, lorsque les connexions utilisées sont étoile au primaire, et delta et étoile aux enroulements secondaires.

Un circuit en delta est un circuit où le court-circuit monophasé ne provoquera pas le déclenchement, mais peut produire des surtensions.

Types de Refroidissement des Transformateurs

Les transformateurs immergés dans l'huile, ainsi que les systèmes de refroidissement à sec, possèdent des systèmes de refroidissement qui varient en fonction de la puissance et du coût d'exploitation des machines :

Transformateurs avec Refroidissement Naturel (ONAN)

Ces convertisseurs sont des réservoirs, lisses ou crantés. Certains ont même une sorte de radiateur qui permet la circulation d'air naturelle. Le refroidissement de l'huile est ainsi produit naturellement en circulant à l'intérieur du réservoir et du radiateur.

Transformateurs avec Ventilation Forcée (OFAF)

Certains transformateurs connaissent des périodes de surcharges temporaires, ce qui nécessite l'installation de ventilateurs pour faire circuler l'air à travers le radiateur et augmenter ainsi, par la force, la capacité de refroidissement. D'autres utilisent des pompes pour la circulation forcée de l'huile, et d'autres encore utilisent de l'eau froide circulant dans des serpentins à l'intérieur du réservoir.

Il est très important d'éviter la surchauffe du transformateur, car une température élevée provoque le vieillissement prématuré de l'isolation des enroulements et, par conséquent, l'apparition de courts-circuits internes.

Transformateurs de Puissance à Refroidissement Naturel

Ils ont des radiateurs des deux côtés de la cuve, mais le flux d'air n'est pas forcé. L'huile qui coule à travers ces radiateurs est refroidie beaucoup plus vite que l'huile qui est la plus proche de l'enroulement et du noyau au centre de la cuve. Cette différence de température génère un écoulement naturel dans le réservoir.

Transformateurs avec Refroidissement Forcé par Ventilateurs

Les moto-ventilateurs sont alimentés automatiquement ou manuellement dès qu'une surcharge ou une surchauffe est détectée. Ces transformateurs ont habituellement deux puissances nominales : une inférieure sans connexion de ventilateurs et une autre plus élevée avec la connexion des ventilateurs. Les ventilateurs nécessitent leur propre protection, séparée du transformateur, et sont donc alimentés en basse tension et protégés par des disjoncteurs ou des fusibles.

Régimes de Fonctionnement Normal des Transformateurs

Les transformateurs de puissance électrique sont des machines électriques fonctionnant selon la théorie de l'induction électromagnétique. En fonctionnement à vide, d'autres phénomènes apparaissent sous charge. Mais même au moment de l'excitation, des phénomènes intéressants se produisent où les courants augmentent, connus sous le nom de courant d'appel (Inrush). De même, lors de l'excitation de l'enroulement secondaire, les courants de charge peuvent également générer à long terme des charges de pointe élevées, connues sous le nom de reprise de charge à froid (Cold Load Pickup). Ces régimes normaux peuvent parfois ressembler à des régimes anormaux et peuvent donc être confondus.

Fonctionnement des Transformateurs à Vide

Lorsque la puissance est appliquée à un enroulement du transformateur, un courant circule, ce qui génère la circulation du flux magnétique à travers le noyau et induit ainsi une force électromotrice dans l'enroulement secondaire et primaire lui-même. Normalement, le courant dans l'enroulement primaire lorsque le transformateur n'est pas chargé est de faible ampleur. Le montant du flux qui peut circuler dans le noyau est fini. Les dipôles du noyau magnétique peuvent être orientés dans n'importe quelle direction lorsque le transformateur est désexcité.

Schéma de Circuit Équivalent du Transformateur

Le circuit équivalent d'un transformateur en charge est en forme de T. Il s'agit d'un circuit électrique simple qui simule le fonctionnement du transformateur. Chaque paramètre de résistance et de réactance du circuit équivalent est calculé à partir des résultats des tests de circuit à vide du transformateur. Les paramètres se réfèrent toujours à la tension d'un enroulement, et sont souvent mentionnés à la tension primaire.

Courbe d'Hystérésis du Transformateur

Le rapport (B vs H) ou (Ø vs Io) représente une courbe non linéaire. C'est-à-dire que plus le courant d'excitation est élevé, plus le flux est important, mais jusqu'à une certaine limite. Le flux atteint un pic et n'augmente plus même si la puissance augmente. À ce point, le transformateur est considéré comme saturé, car il ne peut plus transmettre de flux. Le flux suit une courbe d'hystérésis, et sa forme et sa largeur dépendent du matériau qui forme le noyau. Normalement, le transformateur fonctionne dans la zone de non-saturation, c'est-à-dire avec des courants d'excitation très faibles.

Processus de Magnétisation et Courant d'Appel

Si, lors du dernier cycle, il restait un flux résiduel dans le noyau, le phénomène de courant d'appel (Inrush) apparaît lors de la remise sous tension. Selon l'angle de la tension et donc le X/R du système à l'instant de la mise sous tension, le flux circulant dans le noyau peut croître, non pas à partir de zéro, mais à partir de la valeur de la rémanence du flux. Par conséquent, le courant magnétisant augmentera de manière significative.

Lorsque le transformateur est à vide, le pic de courant d'appel a la forme d'un signe unique et diminue rapidement jusqu'à sa disparition totale, ce qui prend plusieurs secondes. Il peut être positif ou négatif et peut même apparaître dans certaines phases.

Si la magnétisation est effectuée lorsque le transformateur est chargé, les courants n'atteignent pas ces valeurs élevées et la déformation de l'onde est beaucoup plus petite. L'onde d'un signe unique est mélangée à l'onde sinusoïdale de charge.

Le phénomène d'Inrush est caractérisé par des pics de flux élevés et de très grande ampleur, mais ils disparaissent rapidement, peut-être environ 2 à 3 secondes plus tard.

Causes du Courant d'Appel (Inrush)

Les courants d'appel peuvent résulter de différentes causes, toutes liées à l'augmentation de la tension :

• Mise sous tension du transformateur.
• Connexion d'un autre transformateur en parallèle (Inrush par sympathie).
• Récupération de la tension après un court-circuit au primaire (courant d'appel pour la récupération).
• Lors de la connexion d'une sortie de générateur hors phase ou hors synchronisation dans un bloc générateur-transformateur.

Tous ces phénomènes peuvent provoquer l'apparition de courants importants au-dessus du nominal, mais ils sont considérés comme normaux.

Représentation Graphique du Courant d'Appel

Le flux dans les phases identifiées par (T) et (I) a commencé à osciller de manière sinusoïdale avec un décalage, ce qui indique qu'il y avait un flux résiduel dans ces phases. Cela a déclenché un courant d'excitation de grande ampleur et de signe unique.

Expression Mathématique de l'Inrush

La taille et la forme du courant d'appel dépendent de nombreux facteurs, tels que :

• Caractéristiques du système.
• Caractéristiques du transformateur.
• S'il est chargé ou non.

Courant d'Appel à Vide en Fonction de l'Angle de Tension

Pour exciter un enroulement de transformateur en étoile avec une tension légèrement plus élevée (10%), les courants les plus importants sont produits, mais ils dépendent de l'angle de la tension. Selon l'angle, les pics de courant peuvent même être négatifs.

Courant d'Appel à Vide en Fonction du Niveau de Tension

Pour exciter un enroulement de transformateur en étoile à un certain angle de tension, mais avec différents niveaux de tension (0,8 à 1,2 fois le nominal), les courants changent. Plus la tension est élevée, plus le niveau de courant est important.

Forme d'Onde du Courant d'Appel

À vide, le courant d'appel dans les phases est plus grand et a un seul signe, mais dans un courant de phase, il peut avoir les deux signes. Dans les transformateurs de type colonne, le courant dans une phase peut être très faible par rapport au courant de charge.

Courant d'Appel par Sympathie

Lorsque des transformateurs de puissance sont montés en parallèle et que l'un d'eux est déjà sous tension et alimente l'autre, le transformateur qui était déjà sous tension subit également un courant d'appel dû au passage du courant entre eux. Ce processus est appelé courant d'appel par sympathie.

Si l'on met sous tension un transformateur, puis l'autre 10 secondes plus tard, on observe que le premier à être mis sous tension subit à nouveau un Inrush par sympathie pour le second transformateur.

Contenu Harmonique du Courant d'Appel

Le courant d'appel dans un transformateur à vide est une onde de signe unique et, comme il ne s'agit pas d'une onde sinusoïdale pure, il contient presque tous les types d'harmoniques, mais il présente une grande seconde harmonique (2f). Aujourd'hui, grâce à l'amélioration des matériaux et des méthodes de construction des noyaux, les amplitudes maximales des courants de 2e harmonique ont diminué.

Autres Harmoniques dans le Courant d'Appel

Ce courant d'appel contient des harmoniques de tous les ordres, mais les pourcentages par rapport au fondamental sont de moindre ampleur par rapport à la deuxième harmonique.

Diminution de la 2e Harmonique par Densité de Flux

Lorsque la densité de la section de passage du noyau augmente, la 2e harmonique diminue de façon spectaculaire.

Performance en Charge et Reprise de Charge

Performance en Charge

Une fois le transformateur magnétisé, lorsque le courant circule dans l'enroulement secondaire, il semble entraver le flux formé dans l'enroulement primaire et réduit ainsi le flux total. En réduisant le flux total, la tension induite dans l'enroulement primaire est également réduite, augmentant ainsi le courant dans cet enroulement et repoussant la stabilisation de la contrainte de flux dans les deux enroulements.

La taille, la qualité du matériau et la forme du noyau garantissent que le transformateur peut fournir la puissance requise. La capacité de circulation du flux magnétique du noyau n'est pas linéaire. Elle est régie par une courbe d'hystérésis.

Courants d'Appel en Charge

Si le transformateur est mis sous tension en charge, il y aura un courant d'appel, peut-être un peu moins important, mais modulé par le courant de charge. Par conséquent, il n'y aura pas le signe unique que l'excitation précédente faite à vide.

Contenu Harmonique en Charge

Lorsque le transformateur de puissance est chargé, les courants d'appel sont superposés au courant de charge et le contenu de la 2e harmonique est beaucoup plus faible que lorsque le transformateur est inactif.

Pics de Reprise de Charge à Froid (Cold Load Pickup)

Ce phénomène n'est pas propre au transformateur, mais il est bon de le connaître pour le bon fonctionnement et la protection. Les transformateurs alimentent des charges électriques. Si les charges sont principalement composées de compresseurs, de machines de réfrigération ou d'autres équipements, des courants de crête très larges peuvent apparaître, dépassant le courant nominal du transformateur. Le pire est que, s'il n'est pas pris en compte, cela peut déclencher la protection des alimentations du transformateur ou de la puissance qui en sort, alors qu'il s'agit d'un phénomène normal du système de distribution.

Particularités de la Reprise de Charge à Froid

Ce phénomène n'est pas toujours le même, mais il a été déterminé qu'il dépend du type de charges, en plus de la durée de la déconnexion. Plus il y a de chauffage et de refroidissement, plus l'arrêt dure longtemps, et plus l'ampleur et le pic de la charge à froid seront importants. Ce dernier point est crucial, car plus il faut de temps pour reconnecter une ligne de distribution, plus la charge et le pic de froid seront importants. De plus, dans les réseaux de distribution, ce phénomène est mélangé aux courants de magnétisation des transformateurs.

Effets des Pics de Charge à Froid

Lors de la connexion d'un chargeur après un long temps d'arrêt, les flux augmentent trop à cause du phénomène de la charge à froid, et les protections peuvent confondre cela avec des dommages et provoquer le déclenchement du circuit. Ce type de déclenchement ne disparaîtrait pas lors des prochaines reconnexions, et les ingénieurs de distribution enverraient des équipes pour trouver un défaut inexistant, gaspillant des ressources matérielles et financières. Chaque fois que la ligne est reconnectée, ces surintensités produisent un échauffement dans les enroulements des transformateurs. Il est donc nécessaire d'éviter des reconnexions fréquentes ou répétitives.

Régimes Anormaux dans les Transformateurs de Puissance

Dans les transformateurs de puissance électrique, des régimes anormaux peuvent apparaître. S'ils ne sont pas détectés au début, ils peuvent détruire complètement la machine. Ces régimes, comme les surtensions excessives ou modérées, peuvent persister seuls pendant un certain temps en fonction de leur ampleur, mais s'ils sont maintenus, les disjoncteurs doivent être ouverts.

Bien que cela puisse paraître surprenant, ces régimes sont plus difficiles à détecter et à protéger que les grandes défaillances comme les courts-circuits, car beaucoup de ces systèmes ne répondent pas aux intensités de courant ou de tension supérieures aux régimes normaux mentionnés ci-dessus.

Exemples de Régimes Anormaux

Ces régimes sont considérés comme anormaux par leur ampleur et leurs conséquences ultérieures, mais ne doivent pas nécessairement être déconnectés instantanément. Le transformateur peut tolérer un certain temps en fonction de sa taille et de son type :

• Surcharge sinusoïdale et non-sinusoïdale.
• Surcharge symétrique et non symétrique.
• Surmultipliée (Surtension/Surflux).
• Surtensions électromagnétiques.
• Problèmes dans l'huile.

Le problème fondamental des protections des régimes anormaux est qu'elles peuvent être confondues avec les régimes normaux importants et déconnecter inutilement le transformateur.

Surcharge de Courant Sinusoïdale

Le transformateur n'est pas affecté par la non-symétrie des courants. Il ne sera affecté que si les courants dans le neutre ou toute autre phase dépassent la limite thermique des conducteurs. Les transformateurs ont une certaine capacité de pointe pour supporter une surcharge sinusoïdale. Plus l'amplitude de la surtension est grande, moins elle doit durer, afin de limiter les dommages sur le transformateur. La relation entre le temps pendant lequel le transformateur supporte une charge symétrique et l'ampleur de celle-ci est connue sous le nom de courbe de tenue aux dommages du transformateur.

Courbe de Tenue aux Dommages du Transformateur

Elles doivent être fournies par les fabricants de transformateurs et sont essentielles pour une protection adéquate. Bien que, pour chaque catégorie de transformateurs, il existe une courbe de dommages imposée par l'ANSI et la NEMA, les transformateurs sont conçus pour leur niveau spécifique.

Déplacement de la Courbe de Dommages

La courbe de dommages dépend de la force et de l'impédance équivalente du transformateur. Elles sont différentes pour les trois catégories de transformateurs. De même, les courbes ne sont pas les mêmes pour les transformateurs ayant subi des défauts fréquents et ceux qui ne supportent pas les pannes fréquentes.

Surcharge Asymétrique

Les transformateurs immergés sont plus robustes face à un maximum de courant asymétrique ou de surcharge. L'échauffement dû à un niveau de surintensité peut être compensé par la recirculation de l'huile de refroidissement des autres phases. Autrement dit, l'échauffement général du transformateur pour une surintensité asymétrique est moins important que pour les défauts symétriques. Pour les transformateurs à sec, puisqu'il n'y a pas de moyen de refroidissement commun à toutes les phases, les conducteurs et l'élément central de cette phase peuvent être plus chauds que les autres phases.

Surtempérature ou Surchauffe

La température de l'huile des transformateurs immergés a une dynamique. L'échauffement causé par la surcharge des phases n'entraînera pas une augmentation rapide de la température globale du transformateur, en raison de l'inertie thermique de l'huile. Il est important de noter qu'un transformateur ne doit pas travailler dans des régions très froides comme dans des régions chaudes. Le transfert de chaleur dans un environnement froid est plus élevé et plus rapide pour les transformateurs. Si la surcharge est excessive, elle peut endommager l'isolant des bobines, même si la température globale du transformateur n'est pas affectée. Les températures élevées de l'huile peuvent se produire lorsque la surcharge ou la surintensité sont permanentes ou de longue durée.

Influence des Surintensités sur l'Échauffement

Lorsqu'un transformateur est surchargé, les courants dans les phases montrent des grandeurs supérieures à la capacité thermique nominale des conducteurs. Cette augmentation du débit augmentera de manière significative la température, et donc les conducteurs et l'huile seront chauffés progressivement. La température est le principal ennemi de l'isolation des bobines, ainsi que de l'huile elle-même et du noyau, et est donc l'une des causes fondamentales de la dégradation prématurée de l'isolation. Une isolation endommagée permet le passage du courant et donc l'apparition de défauts entre phases ou phase-terre au niveau du transformateur. Il est presque impossible qu'un court-circuit se présente à l'intérieur de l'enroulement d'un transformateur sans qu'il soit prouvé qu'il y ait eu, dans le passé, une surintensité très dommageable pendant un temps considérable et préjudiciable au transformateur.

Surcharge avec des Courants Non-Sinusoïdaux

Les transformateurs de puissance étant des circuits magnétiques, leur fonctionnement dépend de la fréquence de la circulation du courant. Même dans le flux de base, cela est égal aux courants sinusoïdaux en plusieurs phases. Les courants contaminants ou non-sinusoïdaux sont décomposés en une somme de séries de Fourier de différents signaux sinusoïdaux, mais de fréquences différentes, inférieures ou supérieures à 60 Hz (harmoniques et sous-harmoniques). Les contaminants peuvent circuler plus facilement et saturer le transformateur. C'est-à-dire que même si les puissances P + jQ n'ont pas dépassé la capacité du transformateur, s'il est contaminé, il peut saturer et surchauffer. Le mouvement des courants non sinusoïdaux augmente la température et dégrade les transformateurs de puissance de l'intérieur.

Écoulements d'Ondes Contaminées

Le courant des équipements électroniques modernes tels que les ordinateurs, les lampes à économie d'énergie, les variateurs de fréquence et autres appareils déforme l'onde de courant.

Augmentation des Pertes de Fer

Les charges polluantes provoquent le déplacement de courants non sinusoïdaux, qui sont composés, selon Fourier, d'ondes sinusoïdales de haute fréquence, multiples entiers ou réels du courant fondamental. Les transformateurs de puissance ne tolèrent pas de grandes quantités de courants non sinusoïdaux. Les pertes de fer (pertes par hystérésis et courants de Foucault) et les pertes par effet Joule (cuivre) augmentent. Toutes ces pertes ont une relation quadratique avec la fréquence. Par conséquent, une augmentation de la charge polluante entraîne une augmentation des pertes dans le transformateur et donc un échauffement prématuré. Un transformateur peut être saturé et sembler surchargé de flux au-dessus de sa valeur nominale sans dépasser la valeur nominale du transformateur.

Courbe de Dommages et Déplacement

En cas d'augmentation du courant non sinusoïdal, la température dans le transformateur augmente, et il a moins de capacité à résister à ce genre de surcharge. D'un point de vue visuel, cela se passe comme si la courbe de tenue aux dommages pour les flux asymétriques se décalait vers la gauche par rapport à la courbe de dommages initiale offerte par le fabricant.

Surexcitation et Saturation des Transformateurs

Étant donné qu'il s'agit d'un équipement très important et coûteux, les transformateurs ne sont presque jamais trop surchargés. Ils ne devraient donc pas être surchargés fréquemment. Si une surcharge est nécessaire, les opérateurs ne permettent que des surcharges du système d'éclairage. Les courants harmoniques peuvent être contaminés par une cause d'excitation ou de saturation, mais ce n'est pas la seule cause. Dans les schémas de bloc générateur-transformateur, les transformateurs peuvent être alimentés avec de petits pics à une fréquence fondamentale différente de celle pour laquelle ils sont conçus, ce qui peut entraîner leur saturation et augmenter ainsi leur température de manière excessive. Le courant d'excitation des noyaux de transformateur peut être augmenté par des surtensions à très basse fréquence qui peuvent se produire en essayant de synchroniser les générateurs, même si le transformateur est inactif.

Schéma de Principe d'un Générateur - Transformateur

Dans la plupart des centrales électriques, les générateurs sont reliés au réseau par des transformateurs, et ceux-ci peuvent être surexcités :

• Par des problèmes dans le régulateur de tension du générateur.
• Par une erreur de l'opérateur en essayant de le mettre en synchronisation, parmi beaucoup d'autres facteurs.

Saturation des Transformateurs de Puissance

Le flux dans le noyau du transformateur doit être sinusoïdal et, par conséquent, le transformateur induit une tension sinusoïdale. Une fois le transformateur saturé, le signal de variation du flux de base est coupé aux pics des ondes, car le noyau n'accepte plus de flux, et le flux de fuite augmente ou le flux se ferme dans l'air. Si le noyau est saturé, la tension secondaire est considérablement déformée, entraînant une pollution du courant et augmentant ainsi la saturation.

Courants durant la Surexcitation

Lorsqu'un transformateur de puissance est excité avec une tension élevée ou une basse fréquence, les courants et les tensions semblent déformés et des harmoniques impaires apparaissent. Les harmoniques impaires diminuent en importance avec l'augmentation de l'ordre.

Forme d'Onde du Flux dans un Transformateur Saturé

Dans les transformateurs saturés par des courants non sinusoïdaux, les flux dans le noyau sont coupés, ce qui provoque une déformation de l'onde de tension de sortie. Le régime d'écoulement normal doit être sinusoïdal, mais pendant la saturation, le flux est coupé aux sommets et ne continue pas à croître.