Choix d'untransformateur

HTA/BT

H.B

MELEC

Version 2016Avril 2016

Table desmatières

Objectifs 3

Introduction 4

I - Éléments de choix des transformateurs 5

II - Détermination de la puissance apparente totale 6

III - Choix du transformateur 7

IV - Optimisation de la puissance consommée 9

V - Equipement de compensation d'énergie réactive 10

VI - Étude de cas 12

1. Exercice : Puissance de la nouvelle presse. .................................................................................. 13

2. Exercice : Caractéristiques de la presse à pulpe ......................................................................... 13

3. Exercice : Puissance apparente absorbée. ................................................................................... 13

4. Exercice : Optimisation .............................................................................................................. 14

5. Exercice : Type de compensation ................................................................................................ 14

6. Exercice : Générateur d'harmoniques .......................................................................................... 14

7. Exercice : Puissance du générateur d'harmoniques .................................................................... 14

8. Exercice : Type de batterie .......................................................................................................... 15

9. Exercice : Référence de la batterie ............................................................................................. 15

10. Exercice : Puissance apparente après compensation ................................................................. 15

11. Exercice : Vérification du transformateur .................................................................................. 16

VII - Fin 17

Ressources annexes 18

Contenus annexes 20

3

Définir la puissance installée afin de choisir ou de vérifier la puissance d'un transformateur HTA/BT

Objectifs

4

Pour déterminer la puissance apparente S (en kVA) d'un transformateur, il faut tenir compte de lapuissance réelle consommée et des prévisions éventuelles d'extension.

Sur-dimensionner un transformateur entraîne un investissement excessif et des pertes à videinutiles.Sous-dimensionner le transformateur entraîne un fonctionnement quasi permanent à pleine chargeet souvent en surcharge avec de graves conséquences (échauffement excessif, usure prématurée ... ).

Introduction

Éléments de choix des transformateurs

5

Pour déterminer la puissance réellement utilisée (en kW) on doit tenir compte:du coefficient d'utilisation maximale (Ku) des récepteurs (car ils ne sont pas en généralutilisés à leur puissance maximale),du coefficient de simultanéité (Ks) par groupe de récepteurs (car ils ne fonctionnent pasen général tous simultanément).du coefficient d’extension ou de réserve (Ke) pour tenir compte de l’éventuelleaugmentation de la puissance de l'installation

Coefficients Ku, Ks et Ke

Si l'installation ne comprend qu'un seul transformateur, il serait prudent de prendre Ke de 1,25.

Éléments de choix destransformateurs I

Détermination de la puissance apparente totale

6

Étape 1 : Calculer la puissance absorbée totale (Pt)Faire la somme de la puissance absorbé électrique (en W) de chaque d'équipement oudépart  à partir des puissances utiles (Pu) et du rendement (η).P = Pu / η

Étape 2 : Calculer la puissance réactive totale (Qt)Faire la somme de la puissance réactive (en Var) de chaque départ en utilisant le facteurde puissance Cos φ ou la Tan φQ= P x Tan φ

Étape 3 : Déterminer la puissance apparente totale (St)Calculer la puissance apparente totale (VA) à l'aide de Pt et de QtSt =√(Pt + Qt )2 2

Étape 4 : Appliquer les coefficients de corrections.

Méthode

Déterminer la puissance apparente corrigée (Stc) entenant compte :

du coefficient d'utilisation maximale(Ku).du coefficient de simultanéité desrécepteurs(Ks).du coefficient de réserve dutransformateur(Ke).

Stc = St x Ku x Ks xKe

Coefficients Ku, Ks et Ke

Complément : Pour aller plus loinLa compensation d'énergie réactive et ses avantages (cf. )Doc_Tangente.pdf

Détermination de lapuissance apparentetotale

II

Choix du transformateur

7

MéthodeDéterminer le type de refroidissement du transformateur

Choix technologique du type de transformateur

Déterminer le type de comptage

Choix dutransformateur III

Choix du transformateur

8

Extrait Schneider Electric - Catalogue distribution électrique 2002

Pour en savoir plus sur la protection des transformateurs par le DGPT2 * - p.20Si l'installation ne comprend qu'un seul transformateur, il serait prudent de surcalibrer lapuissance nécessaire de l'installation de l'ordre de 25 %Les puissances habituelles de transformateurs sont : 160 - 250 - 400 - 630 - 800 - 1000 - 1250kVA.Choisir la puissance normalisée en utilisant les documentions fabricants. (exemple (cf.

))Extrait_MINERA.pdfÉvaluer le courant de court-circuit :

Le tableau ci-dessous donne la valeur du courant de court-circuit triphasé aux bornes d'untransformateur HTA/BT en fonction de sa puissance, d'un réseau triphasé 400V et d'une puissancede court-circuit du réseau haute tension de 500 MVA.

Transformateur immergé dans l'huile (NF C 52 112-1)

Complément : Pour aller plus loinLa démarche précédente est un méthode simplifiée de choix d'un transformateur HTA/BT, pour plusd'informations se reporter au document joint.Extrait du Guide de la distribution électrique basse tension et HTA - 2009 (cf.

)Transfo_HTABT_PAPL.pdf

Optimisation de la puissance consommée

9

La problématique

Si votre installation comporte de nombreux moteurs asynchrones qui consomment de l'énergieréactive (bobinages), vous devez relever le facteur de puissance au minimum à 0,93 ( Tang φ<0,4 ) car plus le facteur de puissance est faible, plus la part d'énergie réactive consommé estimportante.

Le fournisseur d’énergie vous facturera cette énergie réactive car elle lui coûte cher,puisqu'il  fournit plus de courant pour une même puissance active P.C'est la raison pour laquelle, lorsque l'électricité est livrée en HTA, les distributeurs ontchoisi de facturer la fourniture d'énergie réactive au même titre que la fournitured'énergie activeLe transformateur devra être sur dimensionner pour la même puissance active consomméeLe réseau d'alimentation, les canalisations, les éléments de commutation et de protectionseront également surdimensionnés.

L'optimisation de la consommation peut être obtenue en diminuant la part d'énergie réactive(Q) consommée par l'installation pour la même puissance active (P),  le facteur de puissance(Cos φ) va remonter et par la même atteindre la valeur maximum de la Tang φ (< 0,4 )imposée par le fournisseur d'énergie

Méthode : Optimisation

L'ajout d'équipement de compensation (batterie de condensateur)va permette de limiter la quantité d'énergie réactive dansl'installation et de baisser le courant consommé.L’implantation des équipements de compensation peut se réaliser :

Soit au TGBT pour une compensation globale d'uneinstallation ( )exemple* - p.18Soit sur les départs les plus producteurs d'énergie réactivepour une compensation local afin de diminuer le courant enligne

Détermination du nombre dekvar à prévoir en cas de

compensation

Optimisation de lapuissance consommée IV

Equipement de compensation d'énergie réactive

10

Les nombreux moteurs qui constituent une installation sont de part leurs constitutionsconsommateurs d'énergie réactive de type inductif (bobinage).L'ajout de condensateur dans une installation (énergie réactive capacitive) va permettre debaisser la valeur global de l'énergie réactive totale (Qt) d'une installation.

Triangle des puissances avant et après compensation

Les condensateurs placés judicieusement "allègent" la partie amont de l'installation.

Exemples de raccordement de condensateur de compensation

Equipement decompensationd'énergie réactive

V

Equipement de compensation d'énergie réactive

11

Visuels Batteries de compensation

Étude de cas

12

Exercice : Puissance de la nouvelle presse. 13Exercice : Caractéristiques de la presse à pulpe 13Exercice : Puissance apparente absorbée. 13Exercice : Optimisation 14Exercice : Type de compensation 14Exercice : Générateur d'harmoniques 14Exercice : Puissance du générateur d'harmoniques 14Exercice : Type de batterie 15Exercice : Référence de la batterie 15Exercice : Puissance apparente après compensation 15Exercice : Vérification du transformateur 16

ObjectifsS'assurer que le transformateur d'alimentation est toujours adapté aprèsmodification de l'installationChoisir une nouvelle batterie de condensateurs.

L'étude de cas est extrait de l'épreuve E2 Bacpro Eleec 2013

La sucrerie de Pithiviers le Vieil est une entreprise qui n'est en production que pendant la périodede maturité des betteraves, c'est-à-dire pendant une campagne de 80 jours par an (de fin septembreà début décembre). Durant ces campagnes, elle fonctionne 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Il nedoit alors y avoir aucune interruption sous peine d'immobiliser irrémédiablement la production.Hors de la période de campagne, les personnels réalisent toutes les opérations de maintenancepréventive nécessaires à l'obtention de l'objectif de zéro défaut durant la campagne.Lorsque l'usine est à l'arrêt, le personnel modifie et améliore certains secteurs de la ligne deproduction.Dans le cadre d'une augmentation de la production journalière, il est nécessaire de rajouter unepresse à pulpes, repérée P7. De plus, la batterie de condensateurs existante au doit êtrePCBrecyclée.Il faudra s'assurer que le transformateur d'alimentation des presses à pulpes est toujours adapté, etchoisir une nouvelle batterie de condensateurs.Pour compenser les variations de teneur en sucre des betteraves, la presse P2 est commandée parl'intermédiaire d'un variateur de vitesse.

Étude de casVI

Étude de cas

13

Schéma synoptique simplifié de l'installation

1. : Puissance de la nouvelle presse.ExerciceQuelle est la puissance absorbée par la nouvelle presse.

60 kW

70 kW

80 kW

2. : Caractéristiques de la presse à pulpeExercice

Calculer les valeurs suivantes pour la nouvelle presseP7

Schéma synoptique simplifié de l'installation

Pa= kW 80 ne pas tenir compte des chiffres après la virgule«   »Cos φ = 0.81Tan φ = 0.724 arrondir au supérieur à 3 chiffres après la virgule«   »Q = kVAR 58 arrondir à l'unité supérieure«   »

3. : Puissance apparente absorbée.Exercice

Calculer la puissance apparente absorbée parl'ensemble de l'installation.

Tableau des puissances existantes

Puissance absorbé totale -> = kWPtotale 927

Puissance réactive totale -> = kVAR Qtotale 616 arrondir à l'unité supérieure«   »

Puissance active totale -> = kVA Stotale 1113 arrondir à l'unité«   »

Facteur de puissance global -> = Cos φ Global 0.8329 arrondir à 4 chiffres après la virgule«   »

Étude de cas

14

4. : OptimisationExerciceDans le souci d'une politique d'économie d'énergie, l'entreprise s'impose un facteur de puissanceminimum de 0,97.Calculer la puissance réactive que la batterie de condensateurs devra fournir.La puissance réactive que devra fournir la batterie de condensateur est de kVAR 384 arrondir à« l'unité inférieure »

5. : Type de compensationExercice

Préciser le type de compensation à choisirCompensation fixe ou automatique :Dans le cas de la compensation globale ou parateliers, le critère de Qc/Sn permet de choisir entreun équipement de compensation fixe ou automatique.Le seuil de 15 % est une valeur indicative conseilléepour éviter les effets de la surcompensation à vide :

Qc/Sn 15 % : compensation fixeQc/Sn > 15 % : compensation automatique.

Documentation : Choix du type de batteriede compensation

Fixe

Automatique

6. : Générateur d'harmoniquesExerciceCliquez sur la presse qui de part son alimentation génère des harmoniques

7. : Puissance du générateur d'harmoniquesExerciceCalculer sa puissance apparente absorbée du générateur d'harmoniquesLa puissance apparente absorbée par le générateur d'harmoniques est de kVA217

Étude de cas

15

8. : Type de batterieExercice

Déterminer le type de batterie à utiliserTypes d'équipement de compensation:Les équipements de compensation existent en troistypes adaptés au niveau de pollution harmonique duréseau.Le rapport Gh/Sn permet de déterminer la versionappropriée-----------------------------Synoptique de l'installation - p.12 Documentation : Choix du type de batterie

de compensation

Standard

H

SAH

9. : Référence de la batterieExercice

Préciser sa référence ainsi que sa puissance.Compensation calculé de 384kVA . Batterie de typeH

Extrait de catalogue

Référence : - Puissance : kVAR52648 420

10. : Puissance apparente après compensationExerciceCalculer la puissance apparente de l'installation avec la batterie de condensateurs à installer.Rappel : La valeur de la puissance réactive avant compensation est de 616 kVARLa puissance apparente de l'installation avec la batterie de condensateurs à installer est de 948kVAR

Étude de cas

16

11. : Vérification du transformateurExercice

Vérifier si le transformateur peut être conservé

Schéma synoptique simplifié de l'installation

Oui

Non

Fin

17

Ce cours est terminé, merci de l'avoir suivi.Vous pouvez télécharger une version Pdf (cf. )Modules_papier_Dim_transfo_HTA_BT.pdf

FinVII

Ressources annexes

18

Ressources annexes

Ressources annexes

19

> Synoptique d'un réseau de distribution

Contenus annexes

20

> Le DGPT2

Rôle

Les transformateurs sont des maillons très importants du réseau de distributionélectrique.Ils assurent l'interface entre le fournisseur d'électricité et le consommateur qui estgénéralement un industriel.Il convient donc :

de protéger le transformateur côté « primaire » et, ce faisant, de protégerl'installation en amont. Cela évite également de continuer à alimenter un défautimportant.de pouvoir délester le transformateur sur le « secondaire » lorsque celui-ci estutilisé au-delà de ses performances ou qu'un défaut entraîne une élévationimportante de température.

Le DGPT2 standard a été conçu pour remplir ces fonctions.Au niveau du transformateur, surveillance :

du Dégagement Gazeux.................................... D Gde la Pression de cuve...................................... Pde la Température............................................. T2 (2 seuils)

d'où le nom de l'appareil : D G P T 2

Contenus annexes

Contenus annexes

21

Fonctions

Le dégagement gazeux ou baisse importante de niveau.Le dégagement gazeux a pour origine la pyrolyse du diélectrique.Celle-ci est généralement due à de petits amorçages causés par desruptures d'isolant.La baisse importante de niveau est généralement due à une fuite surle transformateur (robinet de purge mal fermé, par exemple).

La pression de cuveEn cas de court-circuit franc dans le transformateur, l'arc électriqueformé provoque une onde de choc instantanée.La surpression dans la cuve devient alors très forte et déformecelle-ci (quelquefois jusqu'à l'explosion).

La température du diélectriqueSon élévation peut être due à :· un défaut interne provoquant un échauffement· un dépassement de la puissance nominale du transformateur(chaleur importante dissipée par effetJoule)

Photo DGPT2

Exemple de notice DGPT2 (cf. )notice dgpt2.pdf