Transformateur ou appareillage de commutation : Principales différences techniques dans les systèmes électriques

Introduction : Transformateur et appareillage de commutation dans les systèmes d'alimentation électrique

Transformateurs et l'appareillage de commutation sont les composants essentiels des systèmes modernes d'alimentation électriquemais ils sont performants des fonctions fondamentalement différentes.
Pour les ingénieurs, les entrepreneurs EPC et les acheteurs industriels, il est essentiel de comprendre l'importance de l'utilisation de l'énergie. différence entre les transformateurs et l'appareillage de connexion est essentielle pour concevoir des infrastructures électriques sûres, efficaces et conformes.

A transformateur est un dispositif électrique statique utilisé pour augmenter ou diminuer les niveaux de tension par induction électromagnétique, ce qui permet une transmission et une distribution efficaces de l'énergie.

AppareillageEn revanche, il s'agit d'une combinaison de dispositifs de contrôle et de protection électriques, tels que disjoncteurs, sectionneurs, fusibles et relais-conçue pour contrôler, protéger et isoler les circuits électriques.

👉 En bref :

• Les transformateurs gèrent la tension et le transfert d'énergie
• L'appareillage de commutation gère la sécurité, la protection et l'isolation des défauts

Cet article fournit une comparaison technique entre les transformateurs et les appareillages de connexionL'objectif est d'améliorer la qualité de l'information et de la communication, en couvrant les principes de fonctionnement, les concepts de conception, les applications, les avantages et les normes internationales.

Principe de fonctionnement et conception des transformateurs

Fonctionnement d'un transformateur

Les transformateurs fonctionnent sur la base Loi de Faraday sur l'induction électromagnétique. Un transformateur standard se compose de

• Enroulement primaire et secondaire (cuivre ou aluminium)
• Noyau magnétique (acier au silicium laminé ou alliage amorphe)
• Système d'isolation et de refroidissement (à bain d'huile, à résine sèche ou refroidi à l'air)

Quand courant alternatif (CA) circule dans l'enroulement primaire, il génère un flux magnétique dans le noyau, qui induit une tension dans l'enroulement secondaire.

La relation de tension est déterminée par le rapport des tours :$$\frac{V_1}{V_2} = \frac{N_1}{N_2}$$

Où ?

• $V_1, V_2$: Tensions primaires et secondaires
• $N_1, N_2$: Nombre de tours

Types courants de transformateurs

• Transformateurs de puissance - Utilisé dans les réseaux de transmission à des niveaux de tension élevés
• Transformateurs de distribution - Réduire la tension pour les utilisations commerciales et résidentielles
• Transformateurs d'instruments - Fournir des signaux précis pour les systèmes de mesure et de protection

Principe de fonctionnement et conception de l'appareillage électrique

Qu'est-ce que l'appareillage électrique et comment fonctionne-t-il ?

L'appareillage est responsable de contrôler, protéger et isoler les équipements électriques dans des conditions normales et de défaut.

Les principaux composants de l'appareillage de commutation sont les suivants

• Disjoncteurs (sous vide, SF₆, isolé par l'air)
• Interrupteurs de déconnexion pour un isolement sûr
• Relais de protection pour la détection des défauts
• Barres de bus pour la distribution d'électricité

L'appareillage fonctionne par :

1. Surveillance continue du courant et de la tension
2. Détection des défauts tels que les surcharges ou les courts-circuits
3. Interruption des courants de défaut et isolation des sections affectées

Types d'appareillage de commutation par milieu isolant

• Appareils de commutation isolés dans l'air (AIS)
  Rentable, facile à entretenir, mais nécessite plus d'espace d'installation
• Appareils de commutation isolés au gaz (GIS)
  Conception compacte utilisant l'isolation au gaz SF₆, idéale pour les sous-stations urbaines et les environnements à espace limité.

Transformateur ou appareillage de commutation : Comparaison des principaux avantages

Avantages des transformateurs

• Régulation de la tension - Permet une transmission efficace sur de longues distances et une utilisation sûre
• Efficacité énergétique élevée - Typiquement 95-99% sous charge nominale
• Longue durée de vie - 25-30 ans ou plus grâce à un nombre minimal de pièces mobiles
• Conception évolutive - Convient aux petits réseaux de distribution comme aux grandes sous-stations

Avantages de l'appareillage électrique

• Isolation rapide des défauts - Prévient les défaillances en cascade
• Amélioration de la sécurité du personnel - Enveloppes et systèmes de mise à la terre résistants aux arcs électriques
• Flexibilité du système - Prise en charge des configurations de réseaux radiaux, en anneau et maillés
• Surveillance à distance - Compatibilité SCADA et réseau intelligent

Scénarios d'application : Transformateurs et appareillages de commutation en pratique

Applications typiques des transformateurs

• Postes de transmission à haute tension
• Réseaux de distribution pour les utilisateurs résidentiels et commerciaux
• Installations industrielles dotées d'équipements sensibles
• Systèmes d'énergie renouvelable (photovoltaïque solaire, intégration de l'énergie éolienne)

Applications typiques de l'appareillage électrique

• Postes de protection des lignes d'alimentation et des transformateurs
• Centres de données nécessitant une alimentation ininterrompue
• Systèmes de commande de moteurs industriels et d'automatisation
• Installations d'énergie renouvelable raccordées au réseau

Comparaison des normes relatives aux transformateurs et aux appareillages de commutation

Normes relatives aux transformateurs

• IEC 60076 - Normes internationales pour les transformateurs de puissance
• Série IEEE C57 - Exigences en matière de conception, d'essais et d'efficacité
• NEMA ST-20 - Directives relatives aux transformateurs de distribution (Amérique du Nord)

Normes relatives à l'appareillage électrique

• IEC 61439 - Ensembles d'appareillage à basse tension
• Série IEEE C37 - Valeurs nominales et essais des disjoncteurs à courant alternatif
• ANSI / IEEE 242 - Lignes directrices en matière de protection et de coordination

La conformité garantit la sécurité, l'interopérabilité et l'acceptation mondiale.

FAQs : Transformateur ou appareillage de commutation

1. Les transformateurs et les appareillages de commutation peuvent-ils se remplacer mutuellement ?

Non. Les transformateurs et les appareillages de commutation ont des fonctions différentes. Les transformateurs modifient les niveaux de tension, tandis que les appareils de commutation protègent et contrôlent les circuits. Ils sont utilisés ensemble, mais ne sont pas interchangeables.

2. Comment les ingénieurs choisissent-ils l'appareillage de commutation pour les systèmes à haute tension ?

Les facteurs clés sont les suivants :

• Résistance aux courts-circuits
• Type d'isolation (GIS vs AIS)
• Conditions environnementales telles que la poussière, l'humidité et la température

3. Pourquoi les transformateurs à bain d'huile sont-ils encore largement utilisés ?

L'huile pour transformateurs offre d'excellentes performances en matière d'isolation et de refroidissement. Alors que les fluides secs et écologiques gagnent en popularité, les transformateurs à huile restent rentables et fiables pour les applications de grande puissance.

Conclusion

Transformateurs et jeux d'appareillage des rôles complémentaires mais distincts dans les systèmes d'alimentation électrique.

• Les transformateurs permettent une conversion de tension et un transport d'énergie efficaces
• L'appareillage de commutation assure la protection du système, l'isolation des défauts et la sécurité opérationnelle.

Pour une conception fiable des réseaux électriques, les ingénieurs et les décideurs doivent comprendre le fonctionnement des transformateurs et de l'appareillage de connexion pour construire des réseaux électriques sûrs, efficaces et conformes aux normes.