Comment choisir la bonne taille et la bonne capacité du transformateur

La sélection de la bonne taille de transformateur est une décision technique qui équilibre les exigences de charge, la fiabilité, les coûts et la croissance future. Ce guide vous présente des concepts en langage simple, des formules exactes, un exemple concret et une liste de contrôle exploitable afin que vous puissiez spécifier en toute confiance le kVA et la valeur nominale du transformateur les mieux adaptés à votre installation.

Pourquoi le dimensionnement du transformateur est important

Un transformateur trop petit surchauffera, déclenchera la protection ou tombera en panne prématurément. Un surdimensionnement gaspille du capital et réduit l’efficacité opérationnelle. Un dimensionnement approprié garantit un fonctionnement sûr, un comportement prévisible en cas de court-circuit et une régulation de tension prévisible sous charge.

Concepts de base

• La puissance nominale du transformateur est en kVA et non en kW. Les transformateurs transportent la puissance apparente ; la puissance réelle dépend du facteur de puissance (PF).

  
  

• Formule de courant triphasé :

  
  

• Charges continues ou intermittentes : les charges continues (fonctionnant pendant plus de 3 heures) peuvent nécessiter un dimensionnement plus élevé ou des multiplicateurs basés sur un code.

• Le démarrage du moteur et les charges non linéaires (redresseurs, UPS) peuvent exiger un appel important ou produire des harmoniques, ce qui affecte la conception thermique et la protection.

Méthode étape par étape pour choisir la taille du transformateur

1. Créez un inventaire de chargement complet

Répertoriez chaque charge électrique : nom, puissance nominale (kW ou kVA), facteur de puissance (si connu), type de phase (simple/triphasé), service (continu/intermittent) et s'il s'agit d'un moteur ou d'un appareil non linéaire (redresseur/onduleur/chargeur).

2. Convertir en puissance apparente (kVA)

Pour chaque charge donnée en kW :

Si la charge est déjà en kVA, utilisez-la directement.

3. Appliquer la coïncidence et la diversité

Tous les équipements ne fonctionnent pas simultanément. Pour les groupes de charges (éclairage, prises, petits moteurs), appliquez un facteur de diversité conservateur basé sur des données historiques ou des pratiques d'ingénierie. Pour les installations critiques ou inconnues, supposez une coïncidence totale, à moins que vous ne puissiez justifier une réduction de la diversité.

4. Ajouter des allocations

• Sécurité/croissance future : généralement 10 à 25 % (spécifique au projet).

• Facteur de charge continue : les codes locaux exigent souvent un dimensionnement des charges continues à 125 % du courant nominal.

• Déclassement harmonique (facteur K) : pour les charges non linéaires lourdes, sélectionnez un transformateur à facteur K ou déclassez le kVA.

5. Vérifiez le démarrage du moteur et les besoins transitoires

Décidez comment gérer les démarrages du moteur :

• Augmentez le kVA du transformateur pour absorber les appels, ou

• Utilisez des démarreurs progressifs, des VFD (entraînements à fréquence variable) ou des démarrages échelonnés ; ou

• Fournissez un transformateur dédié pour les charges de moteur importantes.

6. Vérifiez les limites électriques

Utilisez la formule du courant triphasé pour confirmer que les conducteurs, les disjoncteurs et l'appareillage de commutation peut gérer la charge à des kVA et une tension spécifiés.

7. Envisagez le déclassement environnemental et le refroidissement

Ajustez les notes pour la température ambiante, l'altitude et la classe de refroidissement (ONAN, ONAF, OFAF, etc.). Consultez les courbes du fabricant pour un déclassement précis – celles-ci sont spécifiques à chaque modèle.

8. Examiner l'impédance du transformateur et la coordination de la protection

Le pourcentage d'impédance du transformateur affecte les niveaux de défaut et la chute de tension. Assurez-vous que les paramètres de protection, les tailles de fusibles et les valeurs nominales des appareils en amont sont coordonnés.

9. Sélectionnez la valeur kVA standard la plus proche

Choisissez une valeur kVA standard disponible dans le commerce égale ou supérieure à votre kVA requis calculé.

Exemple concret : arithmétique pratique

Données du site

• Système : triphasé, 400 V (ligne à ligne)

• Charges :

• Groupe de moteurs — 80 kW, PF 0,85 (continu)

• Éclairage et prises — 20 kW, PF 1,00

• CVC (compresseur + ventilateurs) — 30 kW, PF 0,90

Étape A — Convertissez chacun en kVA

• Groupe moteur : S1=80÷0,85≈94,12 kVA

• Éclairage : S2=20÷1,00=20,00 kVA

• CVC : S3=30÷0,90≈33,33 kVA

Étape B — Somme de la puissance apparente
Puissance apparente totale = 94,12 + 20,00 + 33,33 = 147,45 kVA

Étape C — Tenir compte de la croissance future (exemple +20 %)
kVA requis = 147,45 × 1,20 = 176,94 kVA

Étape D — Choisissez une puissance de transformateur standard
Taille commerciale suivante : 200 kVA (norme commune ; offre une marge conservatrice).

Étape E — Vérifiez le courant de ligne à 200 kVA sur 400 V (courant de fonctionnement approximatif à la taille choisie)

(Utilisez le kVA réellement choisi avec la tension précise du système pour dimensionner les conducteurs et les dispositifs de protection.)

Notes : Si vous conserviez le besoin calculé (176,94 kVA) plutôt que les 200 kVA arrondis, le courant correspondant serait d'environ 255 A ; le choix de 200 kVA augmente la marge disponible et modifie les considérations de coordination.

Considérations particulières

Démarrage et appel du moteur

Les gros moteurs peuvent consommer plusieurs fois leur courant à pleine charge au démarrage. Si plusieurs gros moteurs démarrent ensemble, le transformateur peut subir une grave surcharge temporaire. Atténuations :

• Démarreurs progressifs ou VFD

• Séquences de démarrage échelonnées

• Transformateur dédié pour les grappes de moteurs lourds

Harmoniques et charges non linéaires

Les charges non linéaires créent des courants harmoniques qui augmentent l'échauffement des enroulements. Possibilités :

• Utilisez des transformateurs classés facteur K

• Surdimensionner le transformateur

• Appliquer des filtres harmoniques

Conditions ambiantes, altitude et refroidissement

Une température ambiante et une altitude élevées réduisent la capacité de refroidissement. Les tableaux de déclassement du fabricant font autorité – vérifiez toujours auprès du fournisseur.

Protection et impédance

L'impédance du transformateur limite les courants de défaut et a un impact sur la régulation de la tension. S'assurer que l'appareillage de commutation et les dispositifs de protection en amont sont compatibles avec les caractéristiques de court-circuit du transformateur.

Check-list pratique avant de commander

• Liste de charge complète avec kW/kVA et PF pour chaque appareil

• Identification des moteurs et des courants de démarrage répertoriés ou des courants à rotor bloqué

• Hypothèses de diversité/coïncidence documentées

• Marge de sécurité et de croissance sélectionnée (10-25%)

• Évaluation harmonique effectuée pour les redresseurs/UPS/chargeurs EV

• Déclassement environnemental pris en compte (température, altitude)

• La coordination de la protection et des courts-circuits revue

• Contraintes physiques vérifiées (poids, encombrement, transport)

• Conformité aux normes et codes locaux confirmée (IEC, IEEE, NEC, etc.)

• Fabricant consulté pour l'impédance, la classe de refroidissement et les paramètres de prise

FAQ

Q : Dois-je dimensionner les transformateurs en kW ou en kVA ?
R : Taille en kVA. Convertissez kW en kVA en utilisant le facteur de puissance.

Q: Combien de marge dois-je ajouter pour une croissance future?
R: généralement 10 à 25% selon les plans d'affaires et la tolérance au risque. Pour les charges continues / critiques, considérez un conservatisme supérieur.

Q : Les harmoniques sont-elles un problème ?
R : Oui : de lourdes charges non linéaires peuvent provoquer une surchauffe même si le kVA apparent semble acceptable. Utilisez des transformateurs à facteur K ou déclassez.

Recommandations finales

1. Commencez avec des données de charge précises. Une bonne contribution donne de bons résultats.

2. Documenter les hypothèses (diversité, croissance, démarrages de moteurs). Cela vous protège plus tard.

3. Consultez le fabricant de transformateurs pour les tableaux de déclassement, les valeurs d'impédance et les limites thermiques — leurs données sont spécifiques à chaque modèle.

4. En cas de doute, demandez à un ingénieur électricien. Les sites complexes (générateurs, transformateurs en parallèle, grands parcs de moteurs ou nombreuses charges non linéaires) nécessitent une analyse de coordination.