Résistance au court-circuit : que se passe-t-il à l'intérieur d'un transformateur pendant une panne de 2 secondes

Un court-circuit sur le bus basse tension est l'événement le plus violent qu'un transformateur de distribution puisse jamais connaître. Pendant la fraction de seconde avant que la protection ne supprime la panne, les enroulements transportent des courants de 20 à 25 fois leur valeur nominale et sont écartés par des forces de plusieurs tonnes. La norme IEC 60076-5 exige que le transformateur survive à cela – et définit comment cette capacité est démontrée.

Le courant

Le courant de court-circuit symétrique est déterminé par l'impédance propre du transformateur (pour un réseau infiniment fort) : I_sc = I_n / u_k. Pour u_k = 4 %, cela correspond à 25 × I_n; pour 6 %, c'est 16,7 × I_n. Le premier pic, avec un décalage DC complet, atteint environ 2,5 fois la valeur RMS symétrique – pour une unité de 630 kVA / 0,42 kV, cela correspond à un pic d'environ 55 kA du côté basse tension.

Deux types de stress

	Résistance thermique	Résistance dynamique
Cause	Chauffage I²R des conducteurs	Forces électromagnétiques entre les enroulements
Durée dans la norme	2 s (Catégorie I–II, ≤ 2 500 kVA)	Premier pic, puis décroissance
Limite	Température des enroulements ≤ 250 °C (Cu) / 200 °C (Al) après 2 s	Aucune déformation permanente ; changement de réactance < 2 % (huile) après essai
Vérification	Calcul selon IEC 60076-5	Calcul ou essai dans un laboratoire haute puissance

Où vont les forces

Le flux de fuite entre les enroulements concentriques haute tension et basse tension produit une force radiale qui tente d'éclater l'enroulement extérieur vers l'extérieur et d'écraser l'enroulement intérieur vers l'intérieur, et une force axiale qui comprime les enroulements vers leur centre. Les forces axiales sont les plus dangereuses : toute asymétrie entre les enroulements – un enroulement de prise à une extrémité, un retrait inégal de l'isolation – produit une force nette qui peut déplacer l'ensemble de la bobine. Les fabricants contrôlent cela avec une géométrie d'enroulement précise, un serrage axial sous pression définie, et un séchage sous vide avant l'imprégnation.

Comment la résistance est prouvée

1. Calcul : La norme IEC 60076-5 permet de démontrer par calcul, à condition que la méthode du fabricant ait été validée par des essais sur des conceptions comparables.
2. Essai de type dans un laboratoire indépendant : le transformateur est soumis à une série de courts-circuits (trois par phase, chacun de 0,5 s) à courant asymétrique complet ; par la suite, la réactance ne doit pas avoir changé de plus que la valeur autorisée et les essais de routine sont répétés. Des laboratoires tels que KEMA, CESI ou LTC réalisent ces essais.

Parce qu'un essai ne détruit rien mais prouve tout, il est généralement effectué sur une unité représentative d'une famille de conception. Demandez au fournisseur à quelle famille appartient votre puissance et si un certificat d'essai existe pour cela.

Caractéristiques de conception qui comptent

• Enroulements basse tension en feuille (courants dans PNACHO-D et dans les unités à huile jusqu'à ~1 000 kVA) : la force axiale est répartie uniformément le long de toute la feuille – intrinsèquement robuste.
• Serrage axial rigide avec isolation pressée et éléments ressort.
• Placement symétrique de l'enroulement de prise.
• Bobines rondes, autoportantes plutôt que rectangulaires.

Les transformateurs PNACHO sont conçus selon la norme IEC 60076-5 catégorie de court-circuit I (≤ 2 500 kVA) avec une résistance thermique de 2 secondes ; les valeurs d'impédance sur les pages produits PNACHO-O et PNACHO-D vous permettent de calculer le courant de court-circuit pour votre conception de matériel de commutation.