Comment réduire les pertes de noyau dans les transformateurs immergés dans l’huile ?

La perte de cœur (ou perte à vide) est un paramètre d'efficacité critique dans les transformateurs immergés dans l'huile se sont déchirés , impactant directement la consommation d’énergie et les coûts opérationnels. Ces pertes consistent principalement en une perte par hystérésis et une perte par courants de Foucault, générées en raison du flux magnétique alternatif dans le noyau du transformateur.

1. Comprendre la perte de base dans les transformateurs
A. Types de perte de base
Perte d'hystérésis

Causé par le réalignement du domaine magnétique dans le matériau du noyau.

Dépend des propriétés du matériau du noyau et de la densité du flux magnétique (B).

Perte par courants de Foucault

Courants de circulation induits dans les tôles du noyau.

Réduit grâce à des stratifications plus fines et à des matériaux de base à haute résistance.

B. Impact de la perte de base
Augmente la température de fonctionnement, réduisant ainsi la durée de vie de l'isolation.

Réduit l’efficacité énergétique, entraînant des coûts d’électricité plus élevés.

Peut provoquer des points chauds localisés, accélérant le vieillissement.

2. Méthodes clés pour réduire les pertes de base
A. Optimiser la sélection des matériaux de base

Meilleur choix :

L'acier Hi-B CRGO offre le meilleur équilibre entre coût et performances.

Les noyaux amorphes sont idéaux pour les transformateurs à très haut rendement (par exemple, les réseaux intelligents).

B. Utilisez des stratifications plus fines et isolées
Des stratifications plus fines (0,23 mm - 0,30 mm) réduisent les courants de Foucault.

Les revêtements isolés (grades C3, C5 ou C6) minimisent les courts-circuits entre stratifications.

C. Améliorer la conception et l'empilement du noyau
Jointage à recouvrement

Réduit les entrefers et les fuites de flux au niveau des joints.

Réduit le courant magnétisant et la perte par hystérésis.

Coins à onglet (coupes à 45°)

Améliore le flux de flux magnétique, réduisant les pertes localisées.

Géométrie de noyau optimale

Les noyaux circulaires ou étagés minimisent la longueur du trajet du flux.

D. Réduire la densité de flux (B) dans la conception
Le fonctionnement à une densité de flux plus faible (1,5 T - 1,7 T au lieu de 1,8 T) réduit la perte par hystérésis.

Compromis : nécessite un noyau de plus grande taille, ce qui augmente le coût du matériau.

E. Fabrication et assemblage de précision
Une pression de serrage serrée empêche les vibrations et les espaces interlaminaires.

Évitez les contraintes mécaniques lors de la découpe/empilage pour préserver les propriétés magnétiques.

Les noyaux gravés au laser améliorent l'alignement du domaine magnétique.

F. Utilisez de l'huile de transformateur de haute qualité
L'huile à faible viscosité et à haute conductivité thermique améliore le refroidissement.

Les inhibiteurs d'oxydation empêchent la formation de boues, maintenant ainsi l'efficacité.

G. Meilleures pratiques opérationnelles
Évitez les conditions de surtension (augmente la perte de noyau de manière exponentielle).

Tests d'huile réguliers (DGA, teneur en humidité) pour éviter la dégradation de l'isolation.

Chargez les transformateurs de manière optimale (la perte dans le noyau est constante, mais l'efficacité s'améliore avec la charge).

3. Techniques avancées pour la réduction des pertes de base
A. Noyaux nanocristallins (tendance future)
Perte inférieure à celle des métaux amorphes (~0,1 W/kg).

Densité de flux de saturation plus élevée (1,2 T) que Metglas.

B. Prédiction des pertes de base assistée par l'IA
Les modèles d'apprentissage automatique optimisent la conception de base avant la fabrication.

C. Matériaux de base hybrides
Combinaison de CRGO avec des alliages amorphes pour un équilibre coût-performance.

4. Étude de cas : réduction des pertes dans le noyau dans un transformateur de 50 MVA

À retenir :

Les améliorations de la conception des mises à niveau matérielles ont considérablement réduit les pertes.

5. Conclusion et recommandations
Résumé des meilleures pratiques
Utilisez l’acier Hi-B CRGO pour un coût et des performances équilibrés.
Stratifications plus fines (0,23 mm-0,30 mm) avec revêtement isolant.
Optimiser la géométrie du noyau (joints à recouvrement, coins en onglet).
Contrôlez la densité de flux (1,5T-1,7T) pour minimiser la perte d'hystérésis.
Fabrication de précision pour éviter les contraintes mécaniques.
Huile de transformateur de haute qualité pour un meilleur refroidissement.

Recommandation finale
Pour les nouveaux transformateurs, investissez dans la conception à recouvrement Hi-B CRGO.
Pour les transformateurs existants, assurez-vous d’un entretien adéquat et de la qualité de l’huile.

En mettant en œuvre ces stratégies, les fabricants et les opérateurs peuvent améliorer l'efficacité, réduire les coûts énergétiques et prolonger la durée de vie des transformateurs.

Perspectives d'avenir :

Les noyaux amorphes/nanocristallins pourraient dominer les transformateurs à haut rendement de nouvelle génération.

La technologie du jumeau numérique permettra de surveiller les pertes de cœur en temps réel.