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Pour la modification de la tension dans des installations de haute puissance, on utilise des régleurs en charge qui utilisent des changeurs de prises spéciaux pour permettre un changement de tension sans rupture de charge.
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Sélecteur

A B:
Commutateur
Changeur de prises en charge


Fonctionnement du changeur de prises


Changeur de prises et indication externe

Il est souvent nécessaire de légèrement modifier la tension d'un transformateur pour adapter sa tension au réseau. Quand la consommation du réseau augmente, les pertes dans les cables et les transformateurs augmentent également. Pour éviter que les clients ne reçoivent une tension trop basse, le transformateur est automatiquement commuté à une tension de sortie plus élevée. Le système ne mesure pas la tension chez les utilisateurs, mais le courant total et extrapole la chute de tension et donc la correction à effectuer.

Tous les transformateurs ne sont évidemment pas équipés d'un tel système complexe: les cabines de transformation locales n'en ont pas, ce sont les gros transformateurs moyenne tension qui alimentent des dixaines de cabines locales qui en sont équipés.

Changeur de prises

Le changeur de prises est également appellé régleur en charge car il permet la modfication de la tension sans rupture de charge. Il agit généralement sur le primaire du transformateur.

Avec les puissances élevées en jeu, on n'utilise pas de transformateurs variables avec charbon qui fait contact sur des spires consécutives (variac ou alternostat). Par contre on utilise des changeurs de prises (commandés par un moteur externe). Ce changeur de prise permet de mettre une spire de plus en fonction à chaque pas, et donc de modifier la tension en sortie.

A droite le système qui permet la régulation de la tension en amont. La tension au secondaire est mesurée. On mesure également l'intensité du courant par un transfo d'intensité. Cette mesure du courant permet de compenser les pertes dans le cable: le point de la régulation U1se trouve donc plus près de l'utilisateur, alors que la mesure de la tension se trouve à la sortie du transformateur U0. Ce type de régulation correspond au fonctionnement des dynamos hypercompound.

La tension mesurée et corrigée est comparée à la tension de consigne. Si la différence dépasse une certaine valeur (déterminée par la "bande morte"), la correction est transmise à un circuit de délai variable. En condition normale, (saut d'un pas), le délai est d'une minute pour éviter les sauts continuels. Ce délai peut être raccourci si plusieurs sauts sont nécessaires.

Tous les systèmes de régulation de la tension n'utilisent pas un transfo d'intensité: le fonctionnement hypercompound peut entrainer une instabilité du réseau. Il faut en effet également tenir compte de l'impédance du réseau en aval et des utilisateurs.

La commutation s'effectue en charge (pas possible de couper le courant pour modifier le rapport de transformation) et la commutation ne peut pas produire d'interruption du courant. Le changeur de prise est baigné dans de l'huile spéciale qui réduit les étincelles à la commutation. Il s'agit d'un bain séparé au bain du transfo pour permetttre un changement plus fréquent de l'huile. C'est le système le plus utilisé.

Le changeur de prise des grands transformateurs se compose de deux parties:

  • Un sélecteur double qui va sélectionner la prise par laquelle le courant va passer. La sélection s'effectue sur la branche qui est mise hors courant par le commutateur. Il y a une sélection active sur chaque branche.

  • Le commutateur sélectionne l'une ou l'autre branche. Il dispose de deux résistances pour limiter le courant de commutation. Pendant la commutation (qui dure de 50 à 100ms selon les modèles), il y a un moment où les deux prises sont connectées ensemble. En situation normale, les résistances ne sont évidemment pas utilisées.

Pour éviter les sauts de tension trop importants (et par la même occasion réduire le courant dans les résistances) la commutation s'effectue d'un pas à la fois.

Pour assurer une commutation rapide, le moteur qui effectue la commutation va d'abord tendre un ressort (pendant une demi-seconde à une seconde), puis libérer le ressort qui effectue la commutation en 50 à 100ms. C'est le même principe que les sectionneurs.

Le changeur de prise représenté à droite est celui d'un transformateur de 250kVA (considéré comme très basse puissance par les industriels). Il permet une modification de la tension de + ou - 16% par pas de 1%. Ce changeur n'a pas de commutateur (pas nécessaire pour les basses puissances).


Le réseau électrique (transport, répartition et distribution) est décrit ici. Les différents types de transfos sont expliqués ici, ainsi que la rason pour laquelle on doit dans certains cs utiliser un transformateur survolteur-dévolteur et dans un autre cas un transfo à déphasage.



Transformateur industriel avec changeur de prises
Le schéma de transfo ci-dessous est un transfo industriel pour le réseau de distribution haute tension. Le transfo a deux secondaires et alimente à la fois un réseau de répartition et le réseau de distribution.

  • Le primaire qui peut être commuté est alimenté en 236kV, c'est le réseau de transport alimenté en haute tension (HTB) utilisée en Belgique

  • Le réseau de répartition est à 165kV pour alimenter différents réseaux de distribution.

  • Le réseau de distribution local est à motenne tension (HTA) de 15.5kV pour alimenter des cabines de rues.

Le commutateur est indiqué 1.1 15 1.2 sur le schéma et il y a deux sélecteurs (I et II), dont un seul est en fonctionnement. Le changeur de prises est évidemment réalisé en triple puisque nous travaillons avec du triphasé.

Le réglage de la tension s'effectue par un bobinage supplémentaire, dont des spires vont être mises en fonctionnement si nécessaire. Le bobinage est alimenté à partir de la connection 3 du primaire, soit via 14, soit via 4 selon que la tension primaire est trop basse ou trop élevée.

Supposons que la tension d'alimentation soit de 218.3kV, donc trop basse. Le contact externe du sélecteur connecte 3 à 14 (cette connection est maintenue tant que la tension est trop basse). Le contact principal du sélecteur est relié à la broche 9.

Supposons que la tension d'alimentation soit de 264.32kV, donc trop élevée. Le contact externe du sélecteur connecte 3 et 4. Le contact principal du sélecteur est relié à la broche 12. Dans ce cas ci les spires du bobinage s'ajoutent à celles du primaire (dans le cas d'une tension trop basse, elles sont retranchées).

Le commutateur sélectionne ici aussi une des deux branches et le sélecteur de la branche non-active choisit une des connections du bobinage de correction. En fonctionnement normal, le système ne change que d'un pas à la fois, le cablage est tel qu'on peut passer d'un pas à l'autre en basculant le sélecteur (le commutateur non-actif ayant déja sélectionné le pas suivant)

Le sélecteur I a une commutation supplémentaire qui relie le plot 3 au plot 14 ou 4 mais qui ne doit pas être protégée, car la commutation s'effectue quand le bobinage de correction n'est pas parcouru par le courant, c'est à dire quand le sélecteur connecte le plot 3 au commutateur 1.2.

Ce type de commutateur a un fonctionnement identique à celui de la boite de vitesse automatique à double embrayage (DSG: dual shift gearbox ou DCT; dual clutch transmission) où il n'y a jamais de rupture de charge.

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