Sélection du changeur de prise du transformateur : quand utiliser un changeur de prise hors tension ou un OLTC

Un transformateur peut avoir la capacité, le rapport de tension et le niveau d'isolation corrects, mais néanmoins créer des problèmes de fonctionnement si sa méthode de régulation de tension ne correspond pas au système électrique réel.

Chez Zisheng Electric, il est préférable de traiter la sélection du changeur de prises de transformateur comme une décision de conception de système plutôt que comme un choix d'accessoires. La question clé n’est pas simplement de savoir si un changeur de prises en charge (OLTC) est techniquement plus avancé. La vraie question est de savoir si le transformateur doit ajuster son rapport de tension lorsqu'il est sous tension et qu'il supporte une charge.

Pour certains projets industriels et de distribution, un changeur de prises hors tension (DETC) est la solution la plus pratique. Dans les sous-stations de services publics, les interfaces d'énergies renouvelables, les grands réseaux industriels ou les systèmes présentant des variations de tension importantes, un OLTC peut être nécessaire pour maintenir le profil de tension requis sans interrompre l'alimentation.

Un mauvais choix peut augmenter le coût de l'équipement, les exigences de maintenance et la complexité du contrôle, ou laisser le projet sans capacité de régulation de tension suffisante alors qu'elle est réellement nécessaire. Ce guide explique comment les ingénieurs et les équipes EPC doivent évaluer la sélection du changeur de prises de transformateur, y compris la variation de tension du système, la plage de prises, la taille des pas, la disposition des enroulements, la philosophie de contrôle, le FAT et la maintenance à long terme.

Que fait réellement un changeur de prise de transformateur ?

Un changeur de prises de transformateur modifie le nombre effectif de tours dans un enroulement à prises. Étant donné que le rapport de tension du transformateur est lié au rapport des tours d'enroulement, la sélection d'une position de prise différente permet d'ajuster le rapport du transformateur.

Le but est normalement de compenser des conditions telles que :

variation de tension secteur

chute de tension d'alimentation

changements de charge saisonniers

variation de tension du générateur

changer la production de production d’énergie renouvelable

configuration d'exploitation du réseau

maintenir la tension de bus en aval requise

Changer les connexions des enroulements sur un transformateur sous tension n'est pas la même chose que les changer alors que le transformateur est isolé. Cette distinction crée les deux principales options d’ingénierie :

Changeur de prise hors tension (DETC) — la position de la prise n'est modifiée que lorsque le transformateur est hors tension.

Changeur de prises en charge (OLTC) — la position de la prise peut être modifiée pendant que le transformateur reste sous tension, sous réserve de ses exigences de conception et de fonctionnement.

La CEI 60214-1 couvre les exigences de performances et les méthodes d'essai pour les changeurs de prises en charge et les changeurs de prises hors tension, ainsi que leurs mécanismes d'entraînement motorisés, le cas échéant.

Référence technique : CEI 60214-1 — Commission électrotechnique internationale.

Changeur de prise hors tension : simple, fiable et souvent suffisant

Un changeur de prises hors tension est parfois appelé dans l'industrie un changeur de prises hors circuit ou sans charge. Sa principale limitation est claire : le transformateur ne doit pas rester sous tension pendant le changement de position de la prise.

Cela rend le DETC adapté lorsque l'ajustement de la tension est occasionnel plutôt que continu. Les applications typiques peuvent inclure :

transformateurs industriels alimentés par un réseau relativement stable

transformateurs de distribution où la désaisonnalisation est suffisante

projets où des arrêts peuvent être programmés

systèmes où une régulation de tension en amont est déjà fournie

transformateurs qui ne nécessitent pas de régulation automatique de la tension du bus secondaire

Pour un exemple de produit pratique, les acheteurs du site A peuvent consulter le Transformateur de régulation de tension sans excitation 10 kV-35 kV série S22 , qui illustre une famille de produits de régulation de tension hors tension. La gamme de robinetterie spécifique et les paramètres du projet doivent encore être confirmés par rapport aux spécifications techniques réelles.

Il n'est pas nécessaire qu'un DETC transfère le courant d'une prise à une autre pendant que le transformateur transporte une charge. Cela réduit la complexité de commutation et réduit généralement la quantité de maintenance spécifique au changeur de prises requise. Pour de nombreux projets EPC, cette simplicité a une réelle valeur.

OLTC : régulation de tension sans arrêt du transformateur

Un OLTC répond à une exigence opérationnelle différente. Il permet au rapport de transformation effectif de changer pendant que le transformateur reste sous tension et alimente le système.

Lors d'une transition de prise, l'OLTC doit éviter deux conditions inacceptables : interrompre le courant de charge et court-circuiter directement les prises d'enroulement adjacentes. Cela signifie qu’un OLTC nécessite un mécanisme de transition contrôlé.

Selon la conception, le transfert de courant peut impliquer des dispositions de type résistance ou réacteur. Les applications modernes peuvent également utiliser la technologie de commutation sous vide. La CEI 60214-1 s'applique aux OLTC de type résistance et réacteur et comprend des exigences pertinentes pour différentes technologies d'isolation et de commutation.

Référence technique : CEI 60214-1 — Commission électrotechnique internationale.

Les OLTC sont généralement envisagés lorsque le projet nécessite une régulation automatique de la tension, des opérations de prise fréquentes, des processus industriels continus, un contrôle de la tension des sous-stations de services publics, une variation de la tension du générateur ou du réseau, des conditions de flux d'énergie changeantes, de grandes installations d'énergie renouvelable ou des charges critiques où l'arrêt pour le réglage des prises est inacceptable.

DETC vs OLTC : comparaison technique

Commencez par le profil de tension, pas le catalogue des transformateurs

La première entrée pour la sélection du changeur de prises du transformateur doit être le profil de tension attendu aux bornes du transformateur. Un ingénieur EPC doit demander :

Quelle est la tension entrante maximale attendue ?

Quel est le minimum ?

Ces variations sont-elles temporaires ou durables ?

Le service public en amont régule-t-il déjà la tension ?

Quelle chute de tension se produit entre le transformateur et les charges critiques ?

Y a-t-il de gros moteurs ou des charges industrielles fluctuantes ?

La production renouvelable modifie-t-elle le profil de tension local ?

Le maintien du bus BT ou MT dans une plage étroite est-il important sur le plan opérationnel ?

Figure 2. Profil de tension conceptuel utilisé pour définir la plage de prises et la taille des pas.

Sans ces informations, la sélection de la plage de prises devient une conjecture. Un transformateur spécifié avec des prises de ± 5 % peut être adéquat pour un projet mais insuffisant pour un autre. De même, spécifier une gamme plus large ne rend pas automatiquement la conception supérieure. Une plage de régulation plus large affecte la disposition des enroulements, l'isolation, les pertes et le fonctionnement du changeur de prises.

Pour un examen plus large des paramètres du transformateur avant la publication d'une demande de prix, consultez le site A. Guide de sélection des transformateurs pour les projets industriels.

La plage de prise et la taille du pas nécessitent des décisions séparées

La plage de prises définit dans quelle mesure le rapport du transformateur peut être ajusté à partir de sa prise principale. La taille du pas définit le changement de tension entre des positions adjacentes. Le problème technique important n’est pas la symétrie visuelle du programme de robinetterie. Il s'agit de savoir si la plage et l'incrément choisis peuvent maintenir la tension du système dans les conditions de fonctionnement prévues.

Une large gamme n’est pas toujours meilleure

L'augmentation de la plage de prises peut affecter la conception du bobinage, l'équilibre ampère-tour, la régulation de la géométrie du bobinage, les exigences d'isolation, la variation d'impédance entre les prises, les pertes et la valeur OLTC. Le concepteur du transformateur a donc besoin de la plage de fonctionnement requise dès le début du projet. Une demande tardive de modification de la plage de prises après l'approbation de la conception électromagnétique peut forcer une nouvelle conception du bobinage et de la partie active.

De très petits pas ont aussi des conséquences

Un pas de tension plus petit peut fournir une régulation de tension plus fine. Mais plus de positions peuvent signifier plus de connexions de prises, plus d'opérations OLTC, un agencement de régulation plus complexe et des considérations de contrôle supplémentaires. L'ingénieur doit sélectionner une taille de pas en fonction de la tolérance de tension de bus réellement requise par le réseau.

Quel enroulement faut-il exploiter ?

Les enroulements de prises sont généralement disposés du côté de la tension la plus élevée, bien que la disposition correcte dépende de la conception du transformateur et des exigences du système. Pour un niveau de puissance donné, le courant des enroulements HT est inférieur au courant BT, ce qui peut simplifier les exigences de transport de courant du dispositif de régulation. Mais ce n’est pas une règle qui doit être appliquée sans revue de conception.

L'enroulement sélectionné pour la prise affecte le courant traversant nominal OLTC, le niveau d'isolation, la géométrie de l'enroulement, la plage de régulation, les caractéristiques d'impédance et l'emplacement physique du changeur de prises. Les spécifications du projet doivent définir le comportement requis du système et permettre au concepteur du transformateur de coordonner l'enroulement de régulation et le changeur de prises en conséquence.

La position du robinet peut affecter plus que le rapport de tension

Une erreur courante en matière d'approvisionnement consiste à supposer que tous les paramètres du transformateur restent exactement inchangés sur toute la gamme de prises. Ce n’est peut-être pas le cas. La position des prises peut influencer la résistance de l'enroulement, la perte de charge, l'impédance de court-circuit, le courant dans certaines sections d'enroulement, la contrainte de tension et les conditions de flux en fonction du dispositif de régulation.

Pour les études de système, les ingénieurs doivent comprendre si les calculs sont basés sur la prise principale, la prise à tension maximale, la prise à tension minimale ou une autre condition de fonctionnement spécifiée. Les études de protection, les calculs de chute de tension et les études de fonctionnement en parallèle doivent utiliser les conditions de prise qui représentent le cas de fonctionnement réel.

La sélection OLTC nécessite plus que le courant nominal

Un OLTC doit être sélectionné en fonction du service électrique et opérationnel réel. La norme CEI/IEEE 60214-2 fournit des conseils d'application pour la sélection de changeurs de prises en charge et hors tension et prend en compte les paramètres d'application, les formes d'onde du courant, les conditions de fonctionnement, la surcharge, les opérations répétées, l'installation et la maintenance sur site.

Référence technique : CEI/IEEE 60214-2 — Commission électrotechnique internationale / IEEE.

La régulation automatique de la tension nécessite une philosophie de contrôle

L'installation d'un OLTC ne crée pas en soi un système de régulation automatique de tension efficace. Si un contrôle automatique est requis, le projet doit également définir la philosophie du régulateur. Les entrées typiques peuvent inclure la mesure de la tension du bus, la tension cible, la bande morte, la temporisation, les limites supérieure et inférieure, le retour de position de prise, la sélection locale/à distance, les commandes d'augmentation/diminution, les contacts d'alarme et l'interface SCADA ou DCS.

Figure 3. Logique de régulation automatique de tension OLTC et chemin de rétroaction.

Sans paramètres de bande morte et de retard appropriés, un OLTC peut fonctionner inutilement en réponse à des fluctuations de tension de courte durée. Des opérations de robinetterie excessives augmentent le devoir de commutation mécanique et la demande de maintenance sans apporter d'avantages utiles au système. La philosophie de contrôle doit donc faire la distinction entre une véritable déviation de tension soutenue et des perturbations temporaires.

Les projets d’énergie renouvelable nécessitent une attention particulière

Les projets solaires, éoliens et BESS peuvent créer des conditions de tension différentes des réseaux de distribution unidirectionnels conventionnels. Le flux d'énergie peut changer en fonction de l'irradiation solaire, de la production éolienne, de la charge et de la décharge de la batterie, des modes de fonctionnement de l'onduleur et des exigences de répartition du réseau.

Un transformateur utilisé dans cet environnement ne doit pas automatiquement être spécifié avec un OLTC, mais le projet nécessite une étude de contrôle de tension. L'équipe EPC doit déterminer si la régulation de la tension sera effectuée par les commandes de l'onduleur, le contrôle de la puissance réactive, l'OLTC de la sous-station, la régulation des services publics en amont ou une combinaison coordonnée. Si deux régulateurs de tension indépendants réagissent au même écart sans coordination, ils peuvent s’opposer.

Les transformateurs parallèles ajoutent une autre couche de coordination

Lorsque deux transformateurs fonctionnent en parallèle, la position des prises et le rapport de tension deviennent particulièrement importants. Les unités parallèles nécessitent des rapports de tension et des relations de phase compatibles. Si leurs rapports effectifs diffèrent parce que les transformateurs fonctionnent sur des positions de prises différentes, un courant de circulation ou un partage de charge inégal peut en résulter.

Un schéma OLTC automatique pour transformateurs parallèles peut donc nécessiter un contrôle maître-esclave, un contrôle du courant de circulation, une coordination des positions de prise ou une logique de blocage. Ceci doit être convenu avant la mise en service. La simple installation de deux transformateurs OLTC identiques ne garantit pas une régulation parallèle correcte.

Que faut-il vérifier pendant le FAT ?

Un FAT pour un transformateur équipé d'un changeur de prises ne doit pas se réduire à vérifier si le mécanisme bouge. L'équipe de projet doit vérifier la relation fonctionnelle complète entre le changeur de prises, le transformateur et le système de contrôle.

Séquence de positions de frappe

Confirmez que toutes les positions spécifiées peuvent être atteintes dans le bon ordre.

Indication de position mécanique

L'indicateur de position physique doit correspondre à la position réelle du robinet.

Fonctionnement local et à distance

Lorsqu'un entraînement par moteur est fourni, vérifiez les modes de fonctionnement requis.

Verrouillages électriques

Vérifiez que les limites et les verrouillages empêchent le fonctionnement en dehors de la plage autorisée.

Commentaires sur la position du robinet

Confirmez que le signal envoyé au système de contrôle correspond à la position mécanique réelle.

Rapport de transformateur entre les prises

Examinez les mesures de rapport sur les positions de prise requises conformément au programme de test du transformateur applicable.

Résistance d'enroulement

Lorsque la spécification du test l’exige, examinez les résultats aux positions de prise pertinentes pour en assurer la cohérence.

Circuit de contrôle OLTC

Vérifiez l'alimentation du moteur, le circuit de commande, les alarmes, les limites de fin de course et les bornes d'interface.

Régulateur de tension automatique

Si l'AVR est inclus dans l'emballage du transformateur, simulez les commandes de contrôle pertinentes et vérifiez la réponse.

Figure 4. Flux de vérification FAT pour un transformateur équipé d'un changeur de prises.

Liste de contrôle FAT pour les transformateurs à changeur de prise

L'entretien doit être pris en compte avant la sélection

Un OLTC effectue une commutation mécanique et électrique pendant le service. Ses exigences en termes de cycle de vie diffèrent donc de celles d'un simple changeur de prises hors tension. La stratégie de maintenance peut dépendre de la technologie OLTC, du nombre d'opérations, du service actuel, du matériau isolant, des instructions du fabricant, de l'environnement d'exploitation et des données de surveillance de l'état.

La technologie moderne OLTC sous vide peut réduire certaines exigences de maintenance liées aux arcs par rapport aux dispositifs conventionnels de commutation d'huile, mais elle n'élimine pas le besoin d'inspection et de gestion du cycle de vie. La norme CEI/IEEE 60214-2 comprend des conseils d'application couvrant les considérations relatives à l'entretien sur le terrain, à la mise en service, à l'exploitation, à la maintenance et à la surveillance.

Référence technique : CEI/IEEE 60214-2 — Commission électrotechnique internationale / IEEE.

Erreurs courantes de spécification du changeur de prise

Spécification de l'OLTC sans étude de tension

Cela ajoute des coûts et de la complexité sans démontrer qu’une réglementation continue est nécessaire.

Sélection de DETC lorsque l'arrêt est inacceptable

Le transformateur peut nécessiter ultérieurement une correction du rapport, mais les opérations ne peuvent pas mettre la charge hors tension.

Copie d'une plage de prises à partir d'un autre projet

Les conditions de tension peuvent être complètement différentes.

Ignorer les positions de frappe extrêmes

Le courant, la perte, l'impédance et le comportement thermique doivent être examinés dans les conditions pertinentes à la conception du transformateur.

Oublier l'interface de contrôle

Un OLTC peut être mécaniquement terminé alors que le projet ne dispose toujours pas des interfaces SCADA, AVR ou d'alimentation auxiliaire requises.

Laisser les décisions concernant les changeurs de prises jusqu'à une conception tardive

La plage et la disposition des prises peuvent affecter la géométrie du bobinage. Des modifications tardives peuvent entraîner une refonte importante.

Un flux de travail pratique de sélection EPC

Obtenez la plage de tension réelle du réseau — Utilisez les données des services publics, les résultats de flux de charge et les scénarios d'exploitation du projet.

Définir la tension de bus contrôlée requise — Déterminez la plage de tension dont l'équipement en aval a réellement besoin.

Déterminez si l’interruption est acceptable — Si l’ajustement des prises ne peut avoir lieu que pendant les arrêts planifiés, le DETC peut être adéquat. Si la tension doit être corrigée pendant un fonctionnement continu, évaluez l'OLTC.

Établir la plage et le pas de prise — Basez-vous sur les résultats de l'étude du système plutôt que sur une valeur standard copiée.

Définir la philosophie de contrôle — Pour les systèmes OLTC, spécifiez le fonctionnement automatique/manuel, le point de consigne, la bande morte, le délai et les interfaces à distance.

Examinez les conditions de fonctionnement anormales — Tenez compte de la surcharge, des harmoniques, de la température ambiante et des opérations fréquentes, le cas échéant.

Geler l'exigence avant la conception détaillée du transformateur — La disposition des prises doit faire partie des données approuvées du transformateur.

Vérifier pendant le FAT — Vérifiez à la fois les performances électriques du transformateur et le système d'exploitation du changeur de prises.

Coordonner la mise en service sur site — Les paramètres finaux du régulateur doivent correspondre au réseau réel, et pas seulement à la configuration de test en usine.

Quelles informations les acheteurs doivent-ils envoyer au fabricant du transformateur ?

Pour un transformateur nécessitant une régulation de tension, une demande d'offre utile doit inclure plus que la capacité nominale et la tension nominale. Fournir:

schéma unifilaire

tension nominale HT et BT

tension HT maximale et minimale attendue

plage de bus BT/MT régulée requise

fréquence nominale

plage de prise requise

étape de frappe préférée si elle est déjà déterminée

Exigence DETC ou OLTC si définie

profil de charge

informations sur les gros moteurs

informations sur l'onduleur renouvelable, le cas échéant

exigence de fonctionnement parallèle

philosophie de contrôle et SCADA

alimentation auxiliaire

spécification technique du projet

Si une comparaison de produits plus large est encore nécessaire, consultez le site A gamme de produits de transformateur avant de fixer le type de transformateur final et le schéma de régulation.

Pour les moyennes et grandes notations industrielles, le Le guide de sélection des transformateurs de 2 500 kVA fournit un contexte d'approvisionnement supplémentaire pour la sélection de tension, de refroidissement et spécifique au projet.

Choisissez le changeur de prise parmi la configuration système requise

Le choix entre un changeur de prises hors tension et un OLTC doit provenir des besoins de fonctionnement du système électrique. Un réseau industriel stable avec des ajustements de tension occasionnels ne bénéficiera peut-être pas de la complexité supplémentaire d’un OLTC. Une sous-station de service public ou un processus critique qui nécessite une régulation continue de la tension peut ne pas avoir d'alternative pratique.

Le même principe s'applique à la plage de prise, à la taille des pas et au contrôle. Plus de postes ne sont pas automatiquement meilleurs. Une portée plus large n’est pas automatiquement plus sûre. Un OLTC n’est pas automatiquement un transformateur de meilleure qualité. La solution techniquement correcte est celle qui maintient le profil de tension requis tout en correspondant à la conception du transformateur, aux fonctions de commutation, à la stratégie de maintenance et à la philosophie de fonctionnement du projet.

La CEI 60214-1 définit les exigences de performances et les méthodes de test pour les changeurs de prises, tandis que la CEI/IEEE 60214-2 fournit des conseils d'application pour leur sélection, leur application et leur maintenance.

Référence technique : CEI 60214-1 et CEI/IEEE 60214-2 — Commission électrotechnique internationale / IEEE.

Pour l'examen du projet, Zisheng Electric peut évaluer ensemble la capacité confirmée du transformateur, la tension du système, la plage de prises, les conditions de fonctionnement et les spécifications techniques plutôt que de traiter le changeur de prises comme un accessoire isolé. Si vous préparez une demande de prix ou un examen technique, envoyez le schéma unifilaire, la fiche technique du transformateur, le calendrier de charge, la plage de tension et les spécifications du projet.

Notre équipe d'ingénierie examinera les exigences et répondra aux demandes de renseignements sur le projet dans les 24 heures.