TRANSFORMATEUR BT ECOLOGIQUE A HAUT RENDEMENT : Rappel

Principe de l'étude:

Depuis le milieu du 20 ème siècle les normes de construction des produits électrotechniques ont suivi l’évolution de la chimie des produits dérivés du pétrole.

Ces constituants de base ont permis de développer des appareils finis plus petits, moins chers à l’achat mais plus énergivores.

Pour un transformateur monophasé optimisé en classe F de 63 VA la puissance consommée au réseau est de 85 W.

Pour un transformateur triphasé optimisé en classe H de 10 KVA la puissance consommée au réseau est de 10,6 KVA.

Les éléments qui suivent vont vous révéler l’aberration de ce processus.

En effet en concevant des transformateurs à haut rendement nous pouvons réduire drastiquement les pertes joules dissipées et supprimer la quasi totalité des produits dérivés du pétrole entrant dans la fabrication de ceux ci.

La différence de prix à l’achat pour l’utilisateur sera minime et son amortissement se fera entre quelques mois à 3 ans.

Exemples de gains en pertes annuelles pour plusieurs types de transformateurs BT en rapport aux mêmes produits optimisés aux normes actuelles :

Monophasé de 10 VA : gain 12 KW

Monophasé de 100 VA : gain 58 KW

Monophasé de 6,3 KVA : gain 540 KW

Triphasé de 10 KVA : gain 1020 KW

Triphasé de 40 KVA : gain 4825 KW

Ces gains annuels en KW sont obtenus avec un fonctionnement de 5000 heures/an à cosinus phi : 0,8 .

Bilan économique sur un transformateur triphasé BT de 6,3 KVA :

Base de prix matière/ main d’œuvre année 2005 et contexte économique Français .

Prix de vente transformateur 6,3 KVA optimisé classe H : 300 €

Prix de vente transformateur à haut rendement : 480 €

La différence de prix est de 180 € à l’achat pour l’utilisateur.

Le gain annuel des pertes est de 955 KW avec un prix du KW de 0,0765 € soit une valeur de 73 €.

Ainsi la différence de prix est amortie en 2 ans et demi .Ensuite le gain annuel pour ce transformateur est de 73 €.

De cette analyse il s’avère que l’ont peut en développant ces produits à haut rendement :

- Concevoir des appareils plus économiques pour l’utilisateur.

- Consommer moins de KW à puissance nominale équivalente donc diminuer notre dépendance vis à vis du pétrole.

- Utiliser pour la fabrication de ces appareils des composants non dérivés du pétrole qui auront l’avantage d’être Biodégradables ou Recyclables.

- Augmenter la durée de vie .

Pour promouvoir l’application de ces économies d’énergie, il faudrait que les organismes de normalisation introduisent une notion de rendement par palier de puissances dans les normes de fabrications.

TRANSFORMATEUR HAUT RENDEMENT: partie 5

MONOPHASE 100 VA
Définition:
Transformateur monophasé 50 Hz
Primaire : 230 Volts
Secondaire : 230 Volts
Puissance : 100 VA
Présentation : Nu IP00
Norme : IEC76
Ambiante : 40 °C

Réalisation en version optimisée actuelle (classe F)

Circuit EI 84 épaisseur : 32 mm en tôle qualité 2,6 W/Kg
Poids de tôle : 1,093 Kg

Bobinage sur une carcasse EI 84/32 classe F
Primaire : 0 871 spires en 40/100 cuivre émaillé classe F en vrac
Sur l'enroulement : 3 isolants 18/100 crantés classe F
Secondaire : 0 - 1025 spires en 35,5/100 cuivre émaillé classe F
en vrac
Finition : 2 isolants 18/100 classe F
Poids de cuivre 40/100 : 0,160 Kg
Poids de cuivre 35,5/100 : 0,185 Kg

Bilan énergétique :

Pertes dans le fer : 5,5 watts
pertes dans les conducteurs en classe F : 17 watts,
soit un échauffement de 91 °C
Chute de tension entre vide et charge : 14,5 %
Rendement à cosinus phi 1 : 81,63 %

Réalisation en version à haut rendement :

Circuit EI 96 épaisseur : 35 mm en tôle à grains orientés
qualité M6X . Poids de tôle : 1,57 Kg

Bobinage : sur une carcasse EI 96/35 (isolant voir ci dessous)
Primaire 0 - 696 spires 50/100 cuivre émaillé en vrac
(isolant voir ci dessous)
Sur l'enroulement : 3 isolants 18/100 crantés(isolant voir ci dessous)
Secondaire : 0 - 740 spires 50/100 cuivre émaillé en vrac
(isolant voir ci dessous)
Finition : 2 isolants 18/100 (isolant voir ci dessous)

Bilan énergétique :

Pertes dans le fer : 2 watts
Pertes dans les conducteurs(isolant voir ci dessous) : 6 watts,
soit un échauffement < à 40 °C Chute de tension entre vide et charge : 5,7 % Rendement à cosinus phi 1 :92,6 % On notera que l'échauffement est < à 40°c

Celui ci est très inférieur à la valeur préconisée par la première
classe de la normalisation
En effet la classe A impose un échauffement maximum de 60 °C
Dans un premier temps on considérera que l'on peut utiliser les
composants de la classe F pour construire ces transformateurs
à haut rendement
Nous garderons dans ce cas l'effet du gain des pertes consommées
au réseau et nous augmentons considérablement la durée de vie
En fin d'analyse nous verrons comment et s'il est possible de
remplacer les produits dérivés du pétrole qui entrent dans la
construction de ces transformateurs par des produits
plus écologique

Pour un fonctionnement de 5000 heures à cosinus phi : 0,8 le gain
annuel par rapport au modèle optimisé est de 58 KW ,ce qui
représente à un prix de 0,0765 €/KW une économie de 4,4 €

TRANSFORMATEUR HAUT RENDEMENT: partie 4

TRIPHASE 25 KVA .
Définition:
Transformateur triphasé 50 Hz
Primaire : 400 Volts entre phases couplage triangle
Secondaire : 400 Volts entre phases couplage étoile neutre sorti
Puissance : 25 KVA
Présentation : Nu IP00
Norme : IEC76
Ambiante : 40 °C

Réalisation version optimisée actuelle (classe H)

Circuit 3 UI 210 (350*350) ou équivalent en lamelles épaisseur :
140 mm en tôle qualité 1,7 W/Kg . poids de tôle : 99,8 Kg

Bobinage sur 3 caniveaux 73*147 h:194 mm (classe F) épaisseur :
3 mm + 4 cales d'angle de 8 (classe F)
Secondaire : 0 - 84 spires en 40/10 cuivre émaillé classe H en vrac
Sur l'enroulement : 3 isolants 18/100 classe H + 1 canal de
ventilation de 14 mm (classe F) sur tête de bobine de chaque côté
Primaire : 0 139 spires en 25/10 cuivre émaillé classe H en
2 couches, 1 entre couches isolant 18/100 classe H
Finition : enrubannage classe H
Poids de cuivre 40/10 : 16,2 Kg
Poids de cuivre 25/10 : 12,1 Kg

Bilan énergétique :

Pertes dans le fer : 299 Watts
Pertes joules dans les conducteurs classe H : 1055 Watts,
soit un échauffement de 125 °C
Chute de tension entre vide et charge : 4,1 %
Rendement à cosinus phi 1 : 94,86 %

Réalisation en version à haut rendement :

Circuit 3 UI 240 (400*400) ou équivalent en lamelles épaisseur :
150 mm tôle à grains orientés qualité M6X. Poids de tôle :139,5 Kg

Bobinage sur 3 caniveaux 83*155 h:237mm épaisseur :3 mm
(isolant voir ci dessous)
Secondaire : 0 - 66 spires en 1 méplat de 9*2,5 en cuivre émaillé
(isolant voir ci dessous) en vrac . H. bobinage : 227 mm centré
Sur l'enroulement : 3 isolants 18/100 (isolant voir ci dessous) + 1
canal ventilation 14 mm sur tête de bobine de chaque coté
Primaire : 0 -113 spires en 1 méplat 7,1 * 2 en cuivre émaillé
(isolant voir ci dessous) en vrac
Finition : enrubannage (isolant voir ci dessous)
Poids de cuivre méplat 9*2,5 : 21,8 Kg
Poids de cuivre méplat 7,1*2 : 27 Kg

Bilan énergétique :

Pertes dans le fer : 167 watts
Pertes joules conducteurs ( isolant voir ci dessous) : 289 Watts,
soit un échauffement de 49 °C
Chute de tension entre vide et charge : 1,15 %
Rendement à cosinus phi 1 : 98,21 %

Dans le cas de ce transformateur on peut le bobiner en aluminium
(isolant voir ci dessous) en conservant le même circuit magnétique
et la même technique de bobinage
Poids d' aluminium : 25,5 Kg
Performances électriques équivalentes
Avantage : prix du produit fini plus faible

On notera que l'échauffement est de 49 °C

Celui ci est très inférieur à la valeur préconisée par la première
classe de la normalisation
En effet la classe A impose un échauffement maximum de 60 °C
Dans un premier temps on considérera que l'on peut utiliser les
composants des normes F ou H pour ces transformateurs à
haut rendement
Nous garderons dans ce cas l'effet du gain des pertes consommées
au réseau et nous augmentons considérablement la durée de vie
En fin d'analyse nous verrons comment et s'il est possible de
remplacer les produits dérivés du pétrole qui entrent dans la
construction de ces transformateurs par des produits plus écologiques

Pour un fonctionnement de 5000 heures à cosinus phi : 0,8 le gain
annuel par rapport au modèle optimisé est de 3600 KW, ce qui
représente à un prix de 0,0765 €/KW une économie de 275,4 €

TRANSFORMATEUR HAUT RENDEMENT: partie 3

MONOPHASE 2,5 VA
Définition:
Transformateur monophasé 50 Hz
Primaire : 230 Volts
Secondaire : 24 Volts
Puissance : 2,5 VA
Présentation : Nu IP00
Norme : IEC76
Ambiante : 40 °C

Réalisation version optimisée actuelle (classe B):

Circuit EI 42 épaisseur : 8,5 mm en tôle qualité à grains orientés
M6X .Poids de tôle : 0,073 Kg

Bobinage sur une carcasse EI 42/8,5(classe F) standard ou
à joue médiane
Primaire : 0 - 6107 spires en 7,1/100 cuivre émaillé classe F en vrac
Sur l'enroulement : 4 tours isolants 125 microns crantés classe B ou
joue médiane.
Secondaire : 0 - 1159 spires en 16/100 cuivre émaillé classe F en vrac
Finition : 2 tours isolants 125 microns classe B.
Poids de cuivre 7,1/100 : 0,0165 Kg
poids de cuivre 16/100 : 0,0157 Kg

Bilan énergétique :

Pertes dans le fer : 0,183 watts
Pertes joules dans les conducteurs en classe B : 2,04 watts,
soit un échauffement de 35 °C
Chute de tension entre vide et charge : 45 %
Rendement à cosinus phi 1 : 53 %

Réalisation version à haut rendement :

Circuit EI 42 épaisseur : 14,8 mm en tôle qualité à grains orientés
M6X .Poids de tôle : 0,127 Kg

Bobinage sur une carcasse EI 42/14,8(isolant voir ci dessous) standard ou à joue médiane
Primaire : 0 - 3762 spires en 9/100 cuivre émaillé (isolant voir ci dessous) en vrac
sur l'enroulement : 4 tours isolants 125 microns crantés (isolant voir ci dessous) ou joue médiane
secondaire : 0 - 478 spires 22,4/100 cuivre émaillé (isolant voir ci dessous) en vrac
Finition : 2 tours isolants 125 microns (isolant voir ci dessous)
Poids de cuivre 9/100 : 0,0192 Kg
Poids de cuivre 22,4/100 : 0,015 Kg

Bilan énergétique :

Pertes dans le fer : 0,25 Watts
Pertes joules dans les conducteurs(isolant voir ci dessous) : 0,5 watts,soit un échauffement de 10°C
Chute de tension entre vide et charge : 16,6 %
Rendement à cosinus phi 1 : 77 %

On notera que l'échauffement est < à 40 °C

Celui ci est très inférieur à la valeur préconisée par la première classe de la normalisation.
En effet la classe A impose un échauffement maximum de 60 °C.
Dans un premier temps on considérera que l'on peut utiliser les composants de la classe F pour construire ces transformateurs à haut rendement.
Nous gardons dans ce cas l'effet du gain des pertes consommées au réseau et nous augmentons considérablement la durée de vie.
En fin d'analyse nous verrons comment et s'il est possible de remplacer les produits dérivés du pétrole qui entrent dans la construction de ces transformateurs par des produits plus écologiques.

Pour un fonctionnement de 5000 heures à cosinus phi 0,8 le gain
annuel par rapport au modèle optimisé est de 4,9 KW, ce qui
représente à un prix de 0,0765 €/KW une économie de 0,375 €