Calculateur d'essais des transformateurs de puissance selon la CEI 60076-1
Pour transformateurs de puissance : pertes dues à la charge et impédance à 75 °C, chute de tension, essai à vide, tolérances du tableau 1, surexcitation V/Hz, prises, homopolaire, couplage et mesure à froid.
Essais individuels des transformateurs de puissance selon la CEI 60076-1
Neuf calculs du rapport d'essai d'un transformateur de puissance : pertes et impédance à la température de référence, chute de tension, essai à vide, tolérances, surexcitation, prises, impédance homopolaire, couplage et température de la mesure à froid. Choisissez l'onglet.
Ce calculateur concerne les transformateurs de puissance (CEI 60076-1). Il ne s'applique pas aux moteurs ni aux autres machines tournantes, régis par la CEI 60034-1.
Résultat
Résultat indicatif. Le calcul est effectué dans votre navigateur et n'est envoyé à aucun serveur. Ce site peut contenir des erreurs ou des omissions : avant toute décision concernant une installation, l'information doit être vérifiée et validée par un ingénieur qualifié. Mentions légales et conditions d'utilisation
Ce que fait ce calculateur
Il regroupe en neuf onglets les calculs nécessaires pour préparer ou vérifier le rapport d’essais individuels d’un transformateur de puissance selon la CEI 60076-1:2011. Ce n’est pas un outil pour les moteurs ni pour les transformateurs de mesure : tout provient de la norme des transformateurs de puissance, et lorsqu’un calcul s’appuie sur une autre partie de la série CEI 60076, c’est indiqué.
Pour ramener la résistance des enroulements à la température de référence et contrôler le déséquilibre entre phases, utilisez le calculateur de résistance des enroulements.
1. Pertes dues à la charge et impédance à la température de référence
Température de référence (11.1). Pour les transformateurs immergés dont l’échauffement moyen de l’enroulement ne dépasse pas 65 K (ON ou OF) ou 70 K (OD), elle vaut 75 °C. À la demande de l’acheteur, ou pour un autre échauffement, c’est l’échauffement moyen assigné + 20 °C ou + la température moyenne annuelle du fluide de refroidissement, la plus élevée des deux. Pour les transformateurs secs, elle est fixée par la CEI 60076-11.
Correction (11.4 et annexe E). La perte mesurée au courant d’essai I est ramenée au courant assigné en la multipliant par (Ir/I)². La norme exige un courant d’essai d’au moins 50 % de l’assigné. On sépare ensuite deux parties :
- Perte ohmique : I²R avec les résistances à froid R1 (mesurées à θ₁) ramenées à la température d’essai θ₂ : R2 = R1·(235 + θ₂)/(235 + θ₁).
- Pertes supplémentaires : Pa2 = P2 − ΣI²R₂.
À la température de référence, la partie ohmique augmente et les pertes supplémentaires diminuent :
Pr = ΣI²R₁·(235 + θr)/(235 + θ₁) + Pa2·(235 + θ₂)/(235 + θr)
avec 225 au lieu de 235 pour l’aluminium. En triphasé, avec la résistance mesurée entre bornes de ligne et le courant de ligne, la perte I²R de chaque enroulement vaut 1,5·I²·R, en étoile comme en triangle.
Impédance (3.7.1). L’impédance est traitée comme une réactance en série avec une résistance. La réactance est supposée constante et seule la partie résistive, tirée des pertes, est corrigée : ur = Pr/Sr, ux = √(uk² − ur²) à la température d’essai, et uk(θr) = √(ux² + ur(θr)²). L’impédance de référence est Zref = U²/Sr.
Exemple résolu
Transformateur de 40 MVA, 132/20 kV, YNd11, enroulements en cuivre. Courants assignés : 174,95 A en HT et 1154,7 A en BT. À froid, à 20 °C, on mesure 1,2 Ω entre bornes HT et 25 mΩ entre bornes BT.
- ΣI²R₁ = 1,5·174,95²·1,2 + 1,5·1154,7²·0,025 = 105,10 kW à 20 °C
- Essai en court-circuit à 100 A (57 % de l’assigné) et 22 °C : on mesure 50 kW → P2 = 50·(174,95/100)² = 153,05 kW
- ΣI²R₂ = 105,10·257/255 = 105,92 kW → Pa2 = 47,12 kW
- À 75 °C : ΣI²R = 105,10·310/255 = 127,76 kW ; Pa = 47,12·257/310 = 39,07 kW → Pr = 166,83 kW
- Avec 7,0 kV de tension de court-circuit à 100 A : uk = 9,278 % à 22 °C ; ur(75 °C) = 0,417 % ; ux = 9,270 % → uk(75 °C) = 9,279 %
2. Chute de tension
La CEI 60076-1 définit la chute ou la hausse de tension en 3.7.2. La formule pratique est celle de la CEI 60076-8, avec la charge n exprimée en fraction de l’assignée :
- u′ = n·(ur·cos φ + ux·sin φ)
- u″ = n·(ux·cos φ − ur·sin φ)
- u = u′ + u″²/200 + u″⁴/(8·10⁶), en % de la tension à vide
Avec une charge capacitive, le sinus est négatif et le résultat peut l’être aussi : la tension monte. Avec ur = 0,42 %, ux = 9,27 %, pleine charge et cos φ = 0,8 inductif, la chute est de 6,2 %.
3. Pertes et courant à vide
La tension d’essai est réglée avec un voltmètre à valeur moyenne (U′), et on lit en même temps un voltmètre à valeur efficace (U). S’ils diffèrent de 3 % ou moins, la forme d’onde est acceptable. La perte mesurée est corrigée ainsi (11.5) :
P0 = Pm·(1 + d), avec d = (U′ − U)/U′, généralement négatif.
Les pertes à vide ne sont pas corrigées en température. Le courant à vide est la moyenne des trois phases.
4. Tolérances (tableau 1)
| Grandeur | Tolérance |
|---|---|
| Pertes totales | +10 % |
| Chaque composante (à vide, en charge) | +15 %, sans dépasser la tolérance sur les pertes totales |
| Rapport à vide, prise principale, première paire | la plus petite de ±0,5 % et ±1/10 de l’impédance réelle en % |
| Rapport sur les autres prises et paires | ±0,5 % de la valeur de conception |
| Impédance, deux enroulements, prise principale | ±7,5 % si ≥ 10 % ; ±10 % si < 10 % |
| Impédance, deux enroulements, autre prise | ±10 % si ≥ 10 % ; ±15 % si < 10 % |
| Impédance, autotransformateur ou deuxième paire | ±10 % |
| Courant à vide | +30 % de la valeur de conception |
Exemple de la règle sur le rapport : avec une impédance réelle de 4 %, la tolérance sur le rapport à la prise principale n’est pas ±0,5 % mais ±0,4 %.
5. Surexcitation V/Hz
Un transformateur doit fonctionner en continu avec un rapport tension/fréquence jusqu’à 5 % au-dessus de l’assigné à pleine charge, et jusqu’à 10 % à vide. Pour une charge K = I/Ir comprise entre 0 et 1 (5.4.3) :
(U/Ur)·(fr/f)·100 ≤ 110 − 5K²
Un transformateur de 132 kV chargé à 80 %, à 49,8 Hz, admet jusqu’à 140,4 kV.
6. Prises
Le facteur de prise est la tension de prise de l’enroulement à prises divisée par sa tension assignée. L’étendue s’écrit +a %, −b %. En variation à flux constant (VFC), la tension de l’enroulement sans prises reste fixe et celle de l’enroulement à prises est proportionnelle au facteur. À flux variable (VFV), c’est l’inverse (6.2). Le rapport de prise est le rapport assigné multiplié par le facteur si les prises sont en HT, ou divisé par lui si elles sont en BT. Le calculateur donne le tableau complet avec les courants de prise, en supposant des prises à pleine puissance, et compare un rapport mesuré au rapport de conception (±0,5 %).
7. Impédance homopolaire
Elle se mesure à la fréquence assignée entre les bornes de ligne reliées d’un enroulement étoile ou zigzag et son neutre (11.6). En ohms par phase :
Z0 = 3U/I
Sur un transformateur étoile-étoile sans enroulement triangle, la tension appliquée ne doit pas dépasser la tension phase-neutre de service. Sur les Yd, la mesure se fait uniquement côté étoile.
8. Couplage
La majuscule désigne le couplage HT (Y, D, Z, avec N si le neutre est sorti), la minuscule le couplage BT, et le nombre est l’indice horaire : le retard de la BT sur la HT par pas de 30°. Dyn11 correspond à un triangle en HT, une étoile avec neutre en BT et un retard de 330°, soit 30° d’avance. Yy, Dd, Dz et Zz n’admettent que des indices pairs ; Yd, Dy, Yz et Zy, des indices impairs. Pour la mise en parallèle, le calculateur indique s’il suffit d’avoir le même indice, s’il faut réaffecter les bornes ou s’il faut permuter deux phases (Dyn1 avec Dyn11).
9. Température de la mesure à froid
Pour les transformateurs immergés, après au moins 3 h sans excitation, la température de l’enroulement est la moyenne des températures du liquide en haut et en bas. Pour l’essai d’échauffement, l’écart entre les deux ne doit pas dépasser 5 K (11.2.3). Pour les transformateurs secs, le fluide de refroidissement ne doit pas avoir varié de plus de 3 °C en 3 h, et les capteurs d’enroulement doivent rester à moins de 2 °C de lui (11.2.2).
Ce que ce calculateur ne fait pas
Il ne s’applique ni aux moteurs, ni aux alternateurs, ni aux transformateurs de mesure. Il ne couvre pas les essais diélectriques (CEI 60076-3), l’essai d’échauffement (CEI 60076-2), la tenue au court-circuit (CEI 60076-5) ni le niveau de bruit (CEI 60076-10). Il ne répartit pas les pertes et impédances entre les enroulements d’un transformateur à trois enroulements : cela relève de la CEI 60076-8. Et il ne remplace pas le rapport d’essai du constructeur : le résultat est indicatif et doit être validé par un ingénieur compétent.
Avec quoi le mesurer
La résistance des enroulements et le rapport de transformation se mesurent avec les équipements d’essai de transformateurs : ohmmètres d’enroulements, rapportmètres (TTR) et appareils combinés qui font les deux mesures avec un seul raccordement.
Questions fréquentes
- Comment corrige-t-on les pertes dues à la charge d'un transformateur à 75 °C ?
- Selon l’annexe E de la CEI 60076-1. La perte mesurée est d’abord multipliée par le carré du rapport entre courant assigné et courant d’essai. On sépare ensuite la partie ohmique I²R, calculée avec les résistances à froid ramenées à la température d’essai, des pertes supplémentaires. La partie I²R est ramenée à 75 °C en la multipliant par (235 + 75)/(235 + θ), et les pertes supplémentaires en les divisant par ce même facteur, car elles diminuent quand la température augmente. Pour l’aluminium, la constante est 225.
- Quelles tolérances la CEI 60076-1 admet-elle sur les pertes, le rapport et l'impédance ?
- Tableau 1 : pertes totales +10 %, et chaque composante +15 % à condition de ne pas dépasser la tolérance sur les pertes totales. Rapport sur la prise principale : la plus petite de ±0,5 % et ±1/10 de l’impédance réelle. Impédance de court-circuit sur la prise principale d’un transformateur à deux enroulements : ±7,5 % si elle vaut 10 % ou plus, ±10 % en dessous. Courant à vide : +30 % de la valeur de conception.
- Ce calculateur sert-il pour les moteurs ?
- Non. Il est conçu pour les transformateurs de puissance selon la CEI 60076-1. Les moteurs et autres machines tournantes relèvent de la CEI 60034-1, avec d’autres essais, d’autres tolérances et une autre méthode pour l’échauffement.