Transformateurs hermétiquement scellés vs de type conservateur : 7 différences que vous ne pouvez pas ignorer ?

Il y a un choix fondamental à faire lors de la sélection d’un transformateur : le transformateur de type à conservateur laisse entrer l’air, tandis que le transformateur hermétiquement scellé l’exclut complètement. Cette seule différence détermine si votre transformateur peut durer 20 ans sans maintenance, ou s’il vous coûtera 30 % de plus sur sa durée de vie. Dans ce guide, nous détaillons 7 différences critiques entre les transformateurs hermétiquement scellés et les transformateurs de type à conservateur, des limites de tension au coût global de possession, afin que vous puissiez choisir le bon avant votre prochain achat.

| À propos de l’auteur : Victoria possède plus de 15 ans d’expérience dans la fabrication de transformateurs de puissance, ayant livré plus de 50 000 unités dans 30 pays. Ce guide est basé sur des données de terrain réelles et les normes IEC 60076.

Introduction aux transformateurs hermétiquement scellés et de type à conservateur

Transformateurs hermétiquement scellés

Schéma d’un transformateur hermétiquement scellé

Définition et principe de fonctionnement

Le transformateur hermétiquement scellé est un transformateur de puissance à huile doté d’une cuve entièrement scellée qui exclut complètement l’air. Ce transformateur enferme l’huile dans une cuve ondulée équipée d’un radiateur d’expansion. La cuve ondulée compense automatiquement les variations de volume d’huile en fonction de la température.

Composants principaux

· Cuve ondulée

· Huile isolante

· Noyau et enroulements

· Soupape de décharge de pression

· Système de refroidissement

Comment les transformateurs à cuve scellée gèrent-ils la dilatation de l’huile ? — 2 types de conception clés

Dans un transformateur à cuve scellée, il n’y a pas de cuve de conservateur pour absorber la dilatation de l’huile. C’est la cuve elle-même qui fait le travail — de l’une des deux manières suivantes :

· Conception à cuve ondulée : Les parois de la cuve sont réalisées en plis semblables à un accordéon. Lorsque l’huile se réchauffe et se dilate, elle fait s’étirer les plis, augmentant ainsi le volume d’huile dans la cuve. Lorsque l’huile refroidit, les plis reprennent leur forme initiale. Un mécanisme d’auto-compensation maintient la pression interne dans une plage sûre, sans laisser entrer l’air.

· Conception à coussin de gaz : Un petit volume d’azote gazeux est retenu au-dessus de l’huile dans la cuve. Le gaz est comprimé lorsque l’huile se dilate pour occuper l’espace. Le gaz se détend lorsque l’huile refroidit. Le gaz maintient une pression positive pour empêcher l’humidité et l’air de pénétrer dans l’ensemble.

| D’après notre expérience : Les cuves ondulées sont très durables dans les climats modérés. Mais dans les climats présentant d’importantes variations de température entre le jour et la nuit, comme les climats désertiques, les gonflements et contractions constants peuvent finir par endommager les soudures avec le temps. Nous recommandons normalement les modèles à coussin de gaz dans ces cas.

Avantages

· Coût de maintenance réduit : La conception scellée protège les pièces internes de l’air, de l’humidité et des contaminants, ce qui élimine le besoin de maintenance régulière.

· Durée de vie de l’huile prolongée : L’huile n’est jamais exposée à l’oxygène ni à l’eau, ce qui l’empêche de s’oxyder ou de se dégrader. Cela permet à l’huile de rester stable pendant 20 à 30 ans.

· Protection de l’environnement : L’étanchéité est totale et aucune fuite d’huile ne se produit. Cela signifie que l’équipement ne présente aucune menace pour l’environnement.

Limites

· Dissipation thermique médiocre : Les ailettes ondulées offrent une faible capacité de refroidissement. Elles ne suffisent que pour les transformateurs de petite et moyenne puissance, tandis que des radiateurs externes supplémentaires sont nécessaires pour ceux de grande puissance.

· Pas de relais Buchholz : Ni l’alarme de gaz léger ni le déclenchement de gaz lourd ne sont disponibles.

· Plage d’application limitée : Ils ne peuvent être utilisés que dans des transformateurs de distribution d’une tension nominale de 35 kV et 2500 kVA ou moins.

Transformateurs de type à conservateur

Schéma d’un transformateur de type à conservateur

Définition et principe de fonctionnement

Le transformateur de type à conservateur est un transformateur doté d’une cuve d’huile supplémentaire sur le dessus, semblable au réservoir de carburant secondaire qui recueille le carburant lorsque le réservoir principal est plein et le restitue lorsqu’il est bas. Il peut absorber la dilatation et la contraction de l’huile isolante causées par les fluctuations de température.

Composants principaux

· Cuve principale

· Huile isolante

· Conservateur/coussin d’huile

· Dessiccateur à gel de silice

· Indicateur de niveau d’huile

· Relais Buchholz

Cuve de conservateur : ce que vous devez savoir

Schéma d’une cuve de conservateur

Qu’est-ce qu’une cuve de conservateur ?

Une cuve de conservateur est une cuve auxiliaire montée sur le dessus de la cuve principale d’un transformateur à huile.

Principe de fonctionnement et fonction

La cuve de conservateur offre un espace de dilatation lorsque l’huile du transformateur est chaude et la restitue lorsqu’elle refroidit. De cette manière, le transformateur peut « respirer » en toute sécurité à travers un dessiccateur à gel de silice (comme un purificateur d’air pour le transformateur), ce qui permet à la cuve principale de rester pleine et à l’huile de rester sèche.

Capacité et dimensionnement

· Base de référence : 10 % du volume total d’huile

· Volume de travail utilisable : ≥ 7,5 % du volume total d’huile

· Niveau d’huile normal en fonctionnement : ~30 % du volume du conservateur

Pourquoi est-ce important ?

Si le transformateur est le cœur de votre système électrique, le conservateur en est les poumons. Cela permet à votre système de respirer en toute sécurité et le protège des contaminants. Poumons faibles = cœur faible.

Avantages

· Réparable sur site : Le couvercle de la cuve principale peut être retiré pour permettre l’inspection, la réparation et la maintenance du noyau et des enroulements sur site, sans renvoyer l’unité à l’usine.

· Remplissage d’huile facile : Un équipement standard est disponible pour remplir l’huile par le bouchon de remplissage du conservateur.

· Surveillance visuelle du niveau d’huile : L’indicateur de niveau d’huile avec repères MAX/MIN offre aux opérateurs une visibilité sur l’état de l’huile et une détection précoce des fuites d’huile.

· Coût initial inférieur : La construction à cuve plate fait appel à des procédés de fabrication bien plus simples que la cuve ondulée, ce qui évite le soudage hermétique de haute précision.

Limites

· Maintenance régulière requise : Une maintenance périodique est nécessaire, notamment le remplacement du gel de silice, l’échantillonnage de l’huile, la vérification du niveau d’huile, la filtration ou le remplacement de l’huile.

· Oxydation de l’huile et absorption d’humidité : L’huile est directement exposée à l’air dans le conservateur. Bien qu’un dessiccateur à gel de silice soit prévu, l’oxygène et l’humidité pénètrent lentement, provoquant la détérioration de l’huile et réduisant la durée de vie de l’isolation.

· Risque lié à la maintenance du dessiccateur : Le gel de silice doit être surveillé et remplacé s’il est saturé. Sinon, l’humidité peut être absorbée par le conservateur, ce qui entraînera la détérioration de l’huile.

· Coût de possession plus élevé : Le coût total de possession est plus élevé en raison de la maintenance, des essais d’huile, de la filtration et du remplacement des joints.

Différences entre un transformateur scellé et un transformateur de type non scellé

Tableau comparatif des spécifications

7 différences fondamentales : analyse approfondie

1. Système de gestion de la dilatation de l’huile

Hermétiquement scellé : Il n’a pas de cuve externe. La dilatation est absorbée au sein de la paroi de manière accordéon (parois ondulées) ou par un coussin d’azote. L’huile n’entre jamais en contact avec l’air. Pas de respiration, pas de dessiccateur.

Type non scellé : Il possède un conservateur externe sur le dessus de la cuve principale. L’huile se dilate lorsqu’elle est chaude et reflue lorsqu’elle refroidit, et elle respire à travers un dessiccateur. L’huile entre en contact avec l’air. La dilatation se fait à l’extérieur.

2. Exposition à l’air et à l’humidité

Transformateur ondulé : L’huile est complètement isolée de l’atmosphère et de l’humidité. L’absence de respiration et de contact entraîne une dégradation considérablement plus lente de l’huile du transformateur et un vieillissement de l’isolation, donc une durée de vie bien plus longue.

Type à conservateur : L’huile respire à travers un dessiccateur à gel de silice au gré des variations de température. Le dessiccateur retiendra une partie de l’humidité, mais pas la totalité, de sorte que l’oxygène et l’humidité finiront par envahir l’huile, provoquant une dégradation.

3. Système de refroidissement

Hermétiquement scellé : Le refroidissement est presque toujours conçu en ONAN (convection naturelle) contre les parois ondulées de la cuve, qui se dilatent et dissipent également la chaleur. Ces parois fonctionnent bien pour des puissances modérées, mais sont limitées en capacité d’expansion.

Non hermétiquement scellé : Le refroidissement peut également être ONAN, mais aussi ONAF (air forcé) ou OFAF (huile forcée), car des radiateurs externes, des ventilateurs et des pompes à huile peuvent être utilisés pour supporter des charges encore plus importantes. Cette conception peut gérer toutes les tailles, des petites unités aux grandes centrales électriques.

4. Protection et détection de défauts

Hermétiquement scellé : Aucune tuyauterie n’est raccordée aux relais Buchholz, ils ne peuvent donc pas être utilisés dans les relais entièrement scellés. La protection repose sur un dispositif de décharge de pression (PRD) et un certain nombre de capteurs passifs. Cela fonctionne bien, en particulier dans des conditions de surpression, mais pas si le système a été lentement surchauffé en interne ou en cas de défaut de décharge partielle.

Type à conservateur : Le relais Buchholz est son équipement standard. Il est fixé à la tuyauterie du conservateur et sert à déclencher une alarme pour tout ce qui s’accumule lentement dans le gaz et à déclencher un arrêt pour tout ce qui s’accumule soudainement dans l’huile. Les relais continuent de fonctionner pour les deux types de défauts.

5. Exigences de maintenance

Hermétiquement scellé : Aucune maintenance régulière n’est requise. Vous n’avez pas besoin de changer le gel de silice, de prélever des échantillons d’huile ni de vérifier les dessiccateurs, ce qui vous fait gagner du temps et des coûts récurrents.

Type à conservateur à huile : La maintenance régulière ne s’arrête jamais. Le gel de silice doit être remplacé tous les 3 à 6 mois, des échantillons d’huile prélevés une fois par an ou tous les deux ans, et les joints vérifiés.

6. Hauteur et encombrement de l’équipement

Hermétiquement scellé : Sa conception compacte et basse, sans cuve de conservateur externe sur le dessus, est idéale pour les postes de transformation intérieurs, les chambres souterraines et les sites à hauteur sous plafond limitée.

Type à conservateur : Conception plus haute — la cuve supplémentaire sur le dessus ajoute une hauteur considérable. Cela signifie que vous aurez besoin de plafonds plus hauts, de plus d’espace extérieur et souvent d’une grue pour l’installation.

7. Résilience environnementale

Hermétiquement scellé : Ce type de transformateur est idéal pour les environnements difficiles. Son système entièrement soudé et scellé, sans dessiccateur, empêche complètement l’humidité, le sel, la poussière et autres contaminants, contrairement aux autres transformateurs qui sont sujets aux dysfonctionnements dans de telles conditions.

Type à conservateur : Un système de dessiccateur facilite la circulation et l’échange d’air avec l’atmosphère extérieure, ce qui le rend vulnérable aux environnements difficiles.

| Cas concret : Un client aux Philippines a installé un transformateur à cuve scellée dans un poste côtier. La qualité de l’huile s’est révélée très proche du « neuf » après 8 ans d’exploitation. Leur précédente unité à conservateur installée dans le même environnement devait en revanche être remplacée en gel de silice tous les 4 mois, en raison de l’infiltration d’humidité et de sel dans l’unité.

Guide de sélection : quel transformateur convient à votre site ?

Quand choisir les transformateurs hermétiquement scellés :

· Installés en intérieur ou en milieu urbain

· Installés dans des environnements difficiles ou humides (par ex. côtiers, souterrains, etc.)

· Installés dans des lieux difficiles d’accès pour la maintenance

· Le coût de maintenance sur le cycle de vie est une préoccupation majeure

· Les postes de transformation sont limités en hauteur

Quand choisir les transformateurs de type à conservateur :

· Installations extérieures de grande envergure

· Applications à haute tension (>36 kV)

· Maintenance plus accessible

· Le coût initial est une préoccupation plus importante

Résumé

C’est simple ! Si vous souhaitez une solution qui dure plus de 20 ans avec peu ou pas de maintenance, le transformateur à huile hermétiquement scellé est votre meilleure option, surtout si vous travaillez dans une application intérieure ou à forte humidité. Le transformateur à huile hermétiquement scellé vous fera économiser des milliers de dollars en coûts de maintenance.

Si votre application implique des tensions élevées supérieures à 36 kV et que vous disposez de l’infrastructure pour assurer une maintenance annuelle, le type à conservateur est votre meilleure option. Gardez à l’esprit que le transformateur non scellé est nettement moins cher à l’achat, mais vous coûtera davantage sur la durée de sa vie. Jusqu’à 30 % du coût total du type à conservateur sur la période de 20 ans devrait être attribué au remplacement fréquent du gel de silice, à l’échantillonnage annuel de l’huile et au remplacement des joints.

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Les transformateurs hermétiquement scellés et de type à conservateur d’OMEK sont fabriqués pour des tensions allant jusqu’à 220 kV et des puissances nominales allant jusqu’à 100 MVA. Les normes IEC 60076, IEEE C57 et ANSI sont intégrées à tous les processus de fabrication pour garantir la conformité. OMEK a établi des relations commerciales durables avec des compagnies d’électricité, des usines industrielles et des entrepreneurs EPC au cours des 15 dernières années, avec plus de 50 000 unités dans plus de 30 pays, en Asie du Sud-Est, au Moyen-Orient, en Afrique et en Amérique du Sud.

Foire aux questions (FAQ)

Q : Puis-je prélever des échantillons d’huile sur un transformateur scellé ?

R : Pas de façon routinière. L’huile ne doit normalement pas être échantillonnée. Ce transformateur est conçu pour être sans maintenance, et ouvrir inutilement la valve d’échantillonnage peut briser le joint ou laisser entrer l’air.

Q : Quelle est la procédure de remplissage d’huile pour un transformateur ondulé ?

R : Remplissage sous vide. Mettre la cuve sous vide pour sécher l’isolation (sous vide pendant au moins 4 heures).

Q : Type non scellé : quels chemins permettent à l’humidité de pénétrer dans un transformateur, et qu’est-ce qui dégrade l’isolation du transformateur ?

R : L’humidité constitue une menace constante pour l’intégrité de l’isolation d’un transformateur. Elle pénètre par le dessiccateur, les joints vieillissants ou les vannes laissées ouvertes. Elle est préjudiciable une fois introduite, car elle diminue la rigidité diélectrique et accélère le vieillissement du papier. Les conceptions scellées éliminent totalement ces chemins, et le transformateur reste sain pendant plus de 20 ans avec une huile sèche.

Q : Que signifie le niveau d’huile « minimum » sur une cuve de conservateur ?

R : Le niveau d’huile minimum est le niveau d’huile sûr le plus bas que le conservateur doit atteindre dans les conditions de fonctionnement les plus froides. Il correspond à une température d’huile de -5 °C.

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