Notes Cours Exploitation Énergie (Transformateur) PDF

Hiver 2019
GEL – 4151
Exploitation de
l’énergie électrique
Notions de dimensionnement
d’une installation
Jérôme Cros
1 février 2019
Puissance d’une installation
Difficile à déterminer car la charge est variable :

Tous les systèmes électriques d’une installation ne sont pas
nécessairement utilisés à pleine charge et en même temps.
Cela dépend des applications envisagées.
Surdimensionnement du transfo
• Investissement excessif
• Pertes à vide inutiles mais réduction des pertes en charge
Sous-dimensionnement du transfo
• Fonctionnement quasi-permanent à pleine charge

• Surcharge
• Rendement inferieur par rapport aux conditions nominales
• Échauffement des enroulements
• Vieillissement prématuré des isolants
• Déclenchement de protection
2
Estimation de la puissance
On doit tenir compte de deux facteurs pour déterminer la puissance
d'utilisation maximale qui sert à dimensionner l'installation électrique.
S i = ∑ S ( kVA) ⋅ ku ⋅ k s
Faire un bilan Pi = ∑ P ( kW ) ⋅ ku ⋅ k s
de puissance Qi = ∑ Q ( kVAR) ⋅ ku ⋅ k s
Facteur d'utilisation: ku Facteur de simultanéité: ks
Il s'applique individuellement Il s'applique sur des circuits et

à chaque récepteur. des groupes de récepteurs
Puissance effectivement utilisée Puissance maximale sur la barre

ku = ≤1 ks ≤1
Puissance nonimale ∑ Puissances effectivement utilisées
Ex: Des prises de courant qui ne sont pas
Ex: Moteur utilisé à 75% de
utilisées en même temps. On peut considérer
sa puissance nominale  ku =0.75
que la puissance sur la barre est toujours
Eclairage : ku =1
inférieure à la puissance totale des
Chauffage : ku =1
équipements pris séparément.
3
Facteur de simultanéité; ks
Déterminer la valeur des facteurs de simultanéité implique une bonne connaissance
de l’installation et de son utilisation (mesure sur une installation existante).
Dans le cas contraire , on doit toujours prendre ks =1
Facteur de simultanéité
pour des applications courantes
Facteur de simultanéité
d’une armoire de distribution
4
Exemple d’installation
ULL : 400V
Barre : ks = 0.9
Pompe Eclairage Auxiliaires

400 kW 100A 50A
η=0.96 10 Prises 16A
FP=0.8 FP=0.75
FP=0.97 ku=1 ku=1 ku=1
ku=0.85 ks=0.4
FP=0.8
5
Dimensionnement du transformateur
ku ks
Pompe 430 kVA 0.85 365 kVA 1
Eclairage 69 kVA 1 69 kVA 1 Barre ks

513 kVA 0.9
Auxiliaire 34.6 kVA 1 34.6 kVA 1
Transformateur
10 Prises 111 kVA 1 111 kVA 0.4
S > 462 kVA
6
Ecoulement de puissance
423.8 kW 161.9 kVAR  FPcharge=0.934
ULL : 400V Barre : ks = 0.9

354 kW 88.8 kVAR 26 kW 22.9 kVAR
55.4 kW 41.6 kVAR 35.5 kW 26.6 kVAR
Pompe Eclairage Auxiliaires

400 kW 100A 50A
η=0.96 10 Prises 16A
FP=0.8 FP=0.75
FP=0.97 ku=1 ku=1 ku=1
ku=0.85 ks=0.4
FP=0.8
7
Surcharges journalières admissibles
Transformateurs de type
sec enrobé Transformateurs immergés
Si le transformateur est chargé toute l'année à 80 %, on lit sur la

courbe correspondant au coefficient 0.8
Température ambiante entre -25 degC et +40 degC et moyenne
annuelle inférieure à 20 degC 8
Surcharges brèves admissibles
Transformateurs de type
sec enrobé Transformateurs immergés
Si le transformateur est chargé toute l'année à 80 %, on lit sur la

courbe correspondant au coefficient 0.8
Température ambiante entre -25 degC et +40 degC et moyenne
annuelle inférieure à 20 degC 9
Charge maximale annuelle
On détermine, pour la journée la plus chargée de l’année, la
valeur Pc en kW de la puissance maximale consommée en
la ramenant à une puissance apparente Sc.
Si la puissance maximale consommée
(Pp) correspond à un pic passager de
courte durée (entre quelques minutes et
2 heures maximum), il est possible de la
considérer comme une surcharge
passagère de façon à ne pas surestimer
inutilement la puissance.
(cela dépend des caractéristiques du
transformateur)
Pc
si Pc ≥ Pi ⇒ S c = S i ( kVA) ⋅
Résultat des puissances
Pi
estimées par la méthode
des pages 6 et 7 Facteur du surplus de puissance nécessaire
par rapport à la consommation normale 10
Choix final de la puissance du transformateur
Choisir la puissance apparente S(kVA) normalisée

immédiatement supérieure à Sc.
Les puissances habituelles de transformateurs sont :
160 - 250 - 400 - 630 - 800 - 1000 - 1250 kVA.
Eventuellement, il faudrait aussi tenir compte des paramètres

suivants :
- Sûreté de fonctionnement : si l’installation ne comprenait qu’un
seul transformateur, il serait prudent de surcalibrer Pi de l’ordre
de 25 %
- Influence de la température :
- Extension ultérieure de l’installation : si elle est prévue, en tenir
compte dans la détermination de Pi
- facteur de puissance
11
Exemples de caractéristiques de transformateurs
20kV/410V
* Tension de court circuit au rapport 20 000/410 V

12
Puissances consommées par un transformateur
Puissance active Puissance réactive

 Pertes Joules
I o (%)
À vide : Pv = Pjo Qv = S n ⋅
100
En charge :
si le transformateur est traversé par un courant I, inférieur à son courant
nominal In
 U (%) U 2
 2
2 Qch ≈ 3 ⋅ X ⋅ I = 3 ⋅ 
2 cc
⋅ n
 ⋅ I
 I   100 Sn 
Pj = 3 ⋅ R ⋅ I 2 = Pj ×  
ch n I 
 n
S 2 U cc (%)
Qch = ⋅
S : Puissance apparente S n 100
Sn : Puissance nominale du transformateur
Puissance réactive totale consommée : Qtransfo ≈ Qv + Qch

13
Redressement de facteur de puissance d’une
installation
• Puissance initiale d’une installation :

P
S (kVA) , P (kW) , Q (kVAR)  cos ϕ =
S
• Facteur de puissance à atteindre : cos ϕ 2
Nouvelle puissance de l’installation : P2 = P et Q2 = P ⋅ tgϕ 2
• Quantité de puissance réactive à fournir :

∆Q = Q − Q2 = P ⋅ (tgϕ − tgϕ 2 )
14

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Difficile à déterminer car la charge est variable :

• Fonctionnement quasi-permanent à pleine charge

Facteur d'utilisation: ku Facteur de simultanéité: ks

Il s'applique individuellement Il s'applique sur des circuits et

Puissance effectivement utilisée Puissance maximale sur la barre

Pompe Eclairage Auxiliaires

Pompe 430 kVA 0.85 365 kVA 1

Eclairage 69 kVA 1 69 kVA 1 Barre ks

423.8 kW 161.9 kVAR  FPcharge=0.934

ULL : 400V Barre : ks = 0.9

55.4 kW 41.6 kVAR 35.5 kW 26.6 kVAR

Pompe Eclairage Auxiliaires

Si le transformateur est chargé toute l'année à 80 %, on lit sur la

Si le transformateur est chargé toute l'année à 80 %, on lit sur la

Choisir la puissance apparente S(kVA) normalisée

Eventuellement, il faudrait aussi tenir compte des paramètres

* Tension de court circuit au rapport 20 000/410 V

Puissance active Puissance réactive

Puissance réactive totale consommée : Qtransfo ≈ Qv + Qch

• Puissance initiale d’une installation :

• Facteur de puissance à atteindre : cos ϕ 2

Nouvelle puissance de l’installation : P2 = P et Q2 = P ⋅ tgϕ 2

• Quantité de puissance réactive à fournir :

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