Transformateur immergé dans l'huile à efficacité énergétique secondaire - analyse complète des transformateurs de distribution à économie d'énergie de la série S20

Dans le contexte de la promotion de la stratégie nationale « double carbone » et de la mise en œuvre complète de la directive GB 20052-2020 « Limites d'efficacité énergétique et niveaux d'efficacité énergétique des transformateurs de puissance », les transformateurs immergés dans l'huile à efficacité énergétique secondaire (généralement représentés par la série S20) sont devenus le choix principal pour la distribution d'énergie industrielle, la transformation des réseaux de distribution urbains et les nouveaux projets énergétiques. Par rapport au type S11/S13 traditionnel, il présente des performances exceptionnelles en matière de réduction des pertes à vide et des pertes de charge, en tenant compte des avantages en matière d'économie d'énergie et du retour sur investissement.

I. Qu'est-ce qu'un transformateur immergé dans l'huile à efficacité énergétique secondaire ?

Les transformateurs immergés dans l'huile à efficacité énergétique secondaire font référence aux transformateurs de distribution triphasés immergés dans l'huile qui sont conformes aux limites d'efficacité énergétique secondaire de la norme GB 20052-2020 (et de la version mise à jour GB 20052-2024). Les modèles courants sont marqués comme série S20-M (entièrement scellée), avec des capacités allant de 30 à 2 500 kVA. Les niveaux de tension sont généralement de 6/10/20 kV (côté haute tension) et de 0,4 kV (côté basse tension).

• Efficacité énergétique de premier niveau : perte la plus faible (comme l'alliage amorphe S22/SH21), adapté aux scénarios de pleine charge à long terme

• Efficacité énergétique de niveau 2 : par rapport à l'efficacité énergétique de niveau 3, la perte à vide est réduite d'environ 10 % à 20 %, et la perte de charge est réduite d'environ 5 % à 15 % – c'est-à-dire la série S20.

• Efficacité énergétique de niveau 3 : seuil minimum d'entrée sur le marché (comme la partie S13), les nouveaux projets seront progressivement supprimés.

En tant qu'équipement électrique à haut rendement et économe en énergie, la conception structurelle du transformateur immergé dans l'huile à haut rendement énergétique secondaire a été optimisée pour répondre aux exigences des nouvelles normes d'efficacité énergétique. Ce type de transformateur est principalement composé de composants centraux tels que le noyau, les enroulements et les réservoirs de pétrole. Chaque composant se complète en fonction et assure conjointement le fonctionnement efficace du transformateur. En tant que noyau du circuit magnétique du transformateur, le noyau de fer est généralement constitué de tôles d'acier au silicium laminées à haute perméabilité magnétique. Sa forme en coupe transversale a une influence importante sur les paramètres de performances électriques et structurelles du transformateur. L'enroulement est la partie du circuit du transformateur. Il réalise la fonction de conversion de tension grâce à un rapport de rotation raisonnable. Son matériau et sa disposition de fil affectent directement la perte de charge et l'impédance de court-circuit du transformateur. Le réservoir d'huile fournit non seulement un support mécanique au transformateur, mais remplit également des fonctions de dissipation thermique et d'isolation grâce au flux de circulation d'huile isolante interne, garantissant ainsi la stabilité et la fiabilité du transformateur en fonctionnement à long terme.

II. Principe de fonctionnement

Le principe de fonctionnement du transformateur immergé dans l'huile à deux étages économe en énergie est basé sur la loi de l'induction électromagnétique, et la conversion entre la tension d'entrée et la tension de sortie est obtenue grâce à l'action d'un champ magnétique alternatif. Lorsque l'enroulement primaire est connecté à l'alimentation CA, le courant alternatif généré dans l'enroulement excitera un flux magnétique alternatif dans le noyau, induisant ainsi une force électromotrice induite dans l'enroulement secondaire. Ce processus d'induction électromagnétique permet au transformateur d'ajuster de manière flexible le niveau de tension sans modifier la quantité totale d'énergie électrique, répondant ainsi aux besoins de différents scénarios d'application.

Dans les transformateurs immergés dans l’huile, le rôle de l’huile isolante est crucial. D'une part, l'huile isolante, en tant qu'excellent moyen isolant, peut isoler efficacement la partie haute tension entre l'enroulement et le noyau, empêchant ainsi les pannes d'équipement dues à une panne électrique ; d'autre part, l'huile isolante évacue la chaleur générée pendant le fonctionnement du transformateur par convection naturelle ou circulation forcée, garantissant ainsi que l'équipement maintient une plage d'échauffement raisonnable sous charge nominale. Ce mécanisme efficace de dissipation thermique prolonge non seulement la durée de vie du transformateur, mais garantit également son fonctionnement stable dans des conditions de charge élevée. Par conséquent, le transformateur immergé dans l'huile à efficacité énergétique secondaire atteint l'objectif de rendement élevé et d'économie d'énergie grâce à une conception scientifique et raisonnable, en utilisant pleinement le principe de l'induction électromagnétique et les caractéristiques de l'huile isolante.

III. Caractéristiques de performance

1. Performances de dissipation thermique

Les transformateurs immergés dans l'huile présentent des avantages significatifs en termes de performances de dissipation thermique en raison de leur mécanisme unique de dissipation thermique. Pendant le fonctionnement, l'huile du transformateur absorbe la chaleur générée par les enroulements et le noyau par convection naturelle ou circulation forcée, et la transfère à la surface du réservoir d'huile pour la dissipation thermique. Cette méthode efficace de dissipation thermique peut non seulement contrôler efficacement l’augmentation de la température à l’intérieur du transformateur, mais également prolonger la durée de vie de l’équipement. La recherche montre que l'efficacité de dissipation thermique des transformateurs immergés dans l'huile est environ 20 % supérieure à celle des transformateurs de type sec, ce qui est principalement dû à la capacité thermique élevée et à la conductivité thermique élevée de l'huile isolante.

De plus, la conception de dissipation thermique du transformateur immergé dans l’huile à haut rendement énergétique secondaire a été encore optimisée. Par exemple, la capacité de dissipation thermique est considérablement améliorée en augmentant la surface du réservoir de carburant, en mettant en place des dissipateurs thermiques ou en adoptant un système de refroidissement à air pulsé. En particulier dans des conditions de fonctionnement à charge élevée, ces mesures d'optimisation garantissent que la température interne du transformateur est toujours maintenue dans une plage raisonnable, évitant ainsi le risque de dégradation des performances ou de défaillance due à une surchauffe. Par conséquent, les avantages des transformateurs immergés dans l’huile à haut rendement énergétique secondaire en termes de performances de dissipation thermique ont jeté une base solide pour leur large application dans les domaines de l’industrie et de la construction.

2. Structure de réservoir de carburant ondulée entièrement scellée

Il adopte un réservoir d'huile ondulé entièrement scellé (pas de conservateur d'huile ni de conservateur d'huile interne). La tôle ondulée se dilate et se contracte automatiquement à mesure que la température de l'huile change pour compenser le volume d'huile et isoler l'intrusion d'air et d'humidité, réduisant ainsi le vieillissement de l'huile isolante. Il ne nécessite pratiquement aucun entretien et a une durée de vie allant jusqu'à 30 ans.

3. Haute fiabilité et sécurité

• Impédance de court-circuit : 4 % (≤630kVA) / 4,5 % ～ 6 % (grande capacité)

• Résistance améliorée aux courts-circuits : support d'enroulement et structures de fixation améliorés pour résister à une force électrique de court-circuit de niveau 31,5 kA.

• Soupape de surpression standard, interface relais gaz, thermomètre de signalisation

• Niveau de protection IP44 (type extérieur), le bruit est généralement ≤50 dB(A), adapté aux zones résidentielles/bâtiments commerciaux

IV. Paramètres techniques typiques (extrait de la série S20 10kV)

Remarque : Les valeurs spécifiques sont légèrement différentes en raison du processus du fabricant et sont soumises au rapport d'essai de type.

V. Principaux scénarios d'application

• Entreprises industrielles/parcs industriels : fonctionnement continu, taux de charge élevé (>30%), cycle de récupération d'économie d'énergie court

• Complexe commercial/immeuble de bureaux : faible bruit, entièrement scellé et sans entretien, adapté au transformateur de sous-sol ou de boîte extérieure

• Rénovation du réseau électrique urbain/anciennes zones résidentielles : remplacement des transformateurs S7/S9/S11 à fortes pertes pour réduire les pertes sur les lignes du réseau de distribution.

• Nouvelles installations de support énergétique : boost photovoltaïque distribué et accès au système de stockage d'énergie (certaines conceptions anti-harmoniques personnalisables sont disponibles)

• Transformation du réseau électrique rural/zone de Taiwan : effet évident sur la réduction des pertes à vide et l'amélioration de la qualité de l'alimentation électrique.

VI. Propositions de sélection

• S20 (efficacité énergétique de niveau 2) est privilégié : nouveaux projets, exploitation à long terme (>10h/j), distribution d'énergie industrielle/commerciale

• S13 (efficacité énergétique de niveau 3) : recommandé uniquement pour une consommation d'énergie temporaire à court terme ou des scénarios budgétaires extrêmement faibles.

• Les nouvelles installations de S11 et inférieures sont interdites : elles ne répondent plus aux exigences nationales d'accès à l'efficacité énergétique.

• Si le projet dispose de fonds suffisants, d'un fonctionnement annuel > 8 000 heures et d'un taux de charge élevé, l'efficacité énergétique de premier niveau S22 ou l'alliage amorphe SH15 peut être évalué.

VII. Conclusion

En tant qu'équipement important dans les systèmes électriques modernes, les transformateurs immergés dans l'huile à haut rendement énergétique secondaire ont été largement utilisés dans de nombreux domaines en raison de leurs caractéristiques d'économie d'énergie significatives et de leurs performances de fonctionnement fiables. Cet article fournit une analyse approfondie de ses caractéristiques techniques, y compris sa structure et son principe de fonctionnement, ses avantages en matière d'efficacité énergétique et ses caractéristiques de performance, révélant ses performances exceptionnelles en matière de perte à vide et d'optimisation de la perte de charge, ainsi que les technologies clés permettant d'améliorer l'efficacité énergétique grâce à de nouveaux matériaux de base et à une conception d'enroulement optimisée. En termes d'application, le transformateur a montré une bonne applicabilité dans l'alimentation électrique de haute puissance dans le domaine industriel, l'adaptation à des environnements industriels spéciaux, l'alimentation électrique dans des immeubles de grande hauteur et des complexes commerciaux dans le domaine de la construction, et d'autres scénarios tels que le transport et l'extraction d'énergie.

Cependant, les transformateurs immergés dans l’huile à haut rendement énergétique secondaire sont encore confrontés à certains défis en termes d’adaptabilité environnementale, de coûts de maintenance et de mises à jour technologiques. En réponse à ces problèmes, cet article propose une conception optimisée et des mesures de protection pour améliorer l'adaptabilité environnementale, la technologie de surveillance de l'état et les stratégies d'optimisation de la gestion de la maintenance pour réduire les coûts de maintenance, ainsi que des investissements en R&D et des méthodes de réponse aux mises à jour standard pour suivre le développement technologique. À l'avenir, ce transformateur devrait continuer à poursuivre des normes d'efficacité énergétique plus élevées grâce à une intégration approfondie avec les réseaux intelligents et à l'application de nouveaux matériaux et technologies, jouant ainsi un rôle plus critique dans le système électrique et promouvant le développement durable de l'industrie électrique.