Bobine en spirale du transformateur 100kVA avec passage d'huile longitudinal

A Bobine en spirale du transformateur 100kVA avec passage d'huile longitudinalavec une bobine BT enroulée en spirale et des conduits d'huile longitudinaux de 5 mm, réduit ce point chaud de 9 à 12 °C. Vérifié par des capteurs à fibre optique intégrés lors du chauffage en usine. Fabriqué par Shanghai Industrial Transformer Co., Ltd.

Le problème mesuré : gradient de température dans les transformateurs à enroulement en couches de 100 kVA

Données de tests en usine de 12 unités standard S11 de 100 kVA (enroulées en couches, sans conduits internes) produites par Shanghai Industrial Transformer Co., Ltd. entre janvier et décembre 2024 :

• Température supérieure de l'huile à 100 % de charge : 76-80°C
• Température de la couche d'enroulement externe : 82-88°C
• Température de la couche d'enroulement interne : 98-108°C
• Différence de température (intérieur vers extérieur) : 16-22°C
• Emplacement du point chaud : couche intérieure, 1/3 supérieur de la hauteur d'enroulement

En utilisant les courbes de durée de vie d'isolation IEEE C57.91 : à 108 °C en continu, la durée de vie attendue est de 10 à 12 ans. À 96°C, la durée de vie attendue double, passant à 20-24 ans. Cette différence de 12°C est l’objectif technique pour la conception de la bobine en spirale.

Bobine en spirale + passage d'huile longitudinal : comment il abaisse la température du point chaud

Cette bobine en spirale de transformateur de 100 kVA avec passage d'huile longitudinal remplace la bobine BT conventionnelle à enroulement en couches par une conception à enroulement en spirale. Deux modifications techniques fonctionnent ensemble sur la base de la production réelle chez Shanghai Industrial Transformer Co., Ltd. (créée en 2007, usine de 40 000 m²).

Changement 1 : Géométrie d'enroulement en spirale

L'enroulement de couches empile 20 à 40 tours dans chaque couche horizontale. La chaleur des spires intérieures doit traverser plusieurs couches de cuivre et de papier avant d’atteindre l’huile. L'enroulement en spirale enroule un tour par couche selon un motif hélicoïdal. Chaque tour est directement exposé à l’huile sur trois côtés (haut, bas et côté). La surface de contact avec l'huile augmente d'environ 35 % par rapport à l'enroulement en couches, sur la base de calculs techniques internes.

Changement 2 : Conduits d'huile longitudinaux

Entre chaque couche de la bobine en spirale, des conduits en carton pressé de 5 mm d'épaisseur (conformes à la norme CEI 60641-3-1) sont insérés. Ces conduits s'étendent verticalement sur toute la hauteur du serpentin. L'huile entre par le bas, l'huile chauffée monte, l'huile plus froide la remplace. La convection naturelle crée un flux continu dans les conduits. Dans la conception conventionnelle à enroulement en couches, l’huile à l’intérieur de l’enroulement stagne.

Chemin thermique résultant

La chaleur voyage vers le cuivre → le papier → l'huile dans le conduit. Distance : 1-2 mm. En conception conventionnelle : cuivre → papier → cuivre → papier → cuivre → papier → huile. Distance : 8-12 mm. Un trajet plus court et de l'huile en mouvement équivalent à une température mesurée plus basse.

Comparaison des cycles de chauffage en usine : bobine en spirale et enroulement en couche

Preuve d'imagerie thermique – Ce que montre la caméra

Au cours du test thermique d'usine d'août 2024, les images thermiques (Fluke Ti480, émissivité réglée à 0,95 pour l'acier peint) de la surface du réservoir ont montré :

• Unité à enroulement en couches :Un point chaud apparaît sur le devant supérieur du réservoir, aligné avec l’emplacement de l’enroulement intérieur. Différence de température entre le point chaud et la surface moyenne du réservoir : 12-15°C.
• Unité de bobine en spirale (unité de test n° SP240804) :La température de surface du réservoir est plus uniforme. Point chaud seulement 6-8°C au-dessus de la moyenne. Aucune zone chaude concentrée visible.

Spécifications techniques – Unité de bobine en spirale 100 kVA

Toutes les valeurs ci-dessous proviennent des dossiers de production en usine et des rapports d'essais de type pour le modèle S11-M-100/10 avec option d'enroulement BT en spirale.

Directives d'application – Là où la bobine en spirale offre un avantage mesurable

Avantage le plus élevé – recommandé pour les bobines en spirale

• Température ambiante >35°C pendant >3 mois par an– Implantations clients : Philippines, Indonésie, Nigeria, Thaïlande. La marge thermique réduite rend le refroidissement interne critique.
• Installation intérieure avec débit d’air limité– Locaux électriques en sous-sol, sous-stations souterraines, locaux techniques d’immeubles de grande hauteur. Aucun flux d’air externe pour faciliter le refroidissement.
• Cycles de charge plus de 2 fois par jour– Centres commerciaux, industries manufacturières avec équipes de jour/nuit, bornes de recharge pour véhicules électriques. La bobine en spirale réagit plus rapidement aux changements de charge en raison d'une inertie thermique réduite.

Bénéfice modéré

• Charge continue 24h/24 et 7j/7 à 60-80 % de la valeur nominale – La température est inférieure au cas de charge de 100 %, mais la durée de vie prolongée offre toujours une valeur économique.
• Sites distants sans capacité de réparation locale – La durée de vie prolongée réduit les déplacements de remplacement et les coûts d'expédition.

Faible avantage – utilisez le bobinage en couches standard S11

• Température ambiante constamment inférieure à 25°C toute l'année
• Charge moyenne inférieure à 40 % de la valeur nominale
• Le transformateur est à l'extérieur avec un excellent flux d'air (tous les côtés exposés au vent)
• Le budget du projet est la principale contrainte (utiliser l'unité standard)

Données sur les lots de production – 12 dernières unités de bobines en spirale (mars 2024 - février 2025)

Note de fabrication – L’enroulement en spirale nécessite un équipement spécialisé

L'enroulement en spirale ne peut pas être effectué sur des machines à enrouler des couches standard. Shanghai Industrial Transformer Co., Ltd. exploite deux machines d'enroulement en spirale dédiées (fabricant : Jiangxi Huadian, modèle : SK-1600, installées en 2019 et 2022). ChaqueBobine en spirale du transformateur 100kVA avec passage d'huile longitudinalnécessite 45 à 60 minutes de temps d'enroulement (contre 20 minutes pour l'enroulement en couches sur un équipement conventionnel). Cela explique le coût de fabrication plus élevé et le délai de livraison plus long des unités de bobines en spirale.

L'enroulement en spirale est disponible uniquement pour les bobines BT (basse tension, fort courant). Les bobines HT restent enroulées en couches car les exigences d'isolation des contraintes de tension sont plus critiques que l'optimisation thermique pour les enroulements HT.

FAQ

Résumé technique - Quand spécifier un transformateur à bobine spirale de 100 kVA

Basé sur les données de tests en usine (août 2024), les enregistrements de lots de production (12 unités, mars 2024 - février 2025) et les commentaires sur le terrain de 23 unités expédiées :

Spécifiez la conception de la bobine en spirale lorsque :la température ambiante dépasse régulièrement 35 °C, l'installation est en intérieur avec un débit d'air limité, les cycles de charge sont plus de deux fois par jour ou la durée de vie prévue dépasse 15 ans.

Spécifiez l'enroulement en couches standard S11 lorsque :la température ambiante est constamment inférieure à 30°C, le transformateur est à l'extérieur avec une bonne ventilation, le budget est la principale contrainte ou l'installation est temporaire (moins de 10 ans).

Bobine en spirale du transformateur 100kVA avec passage d'huile longitudinalréduit la température mesurée du point chaud de 106 °C à 95 °C (-11 °C), prolonge la durée de vie estimée de l'isolation de 11 à 22 ans et ajoute 8 à 10 % au coût de fabrication. Pour les applications en climat chaud, la période d’amortissement est d’environ 2 ans grâce à un coût de remplacement réduit.