Sélection d’un transformateur de puissance à sec pour les immeubles de grande hauteur : guide complet en matière de sécurité incendie et de dimensionnement

Les immeubles de grande hauteur, en raison de leur structure complexe, de leur forte densité de population, de leur forte consommation d’électricité et de leurs exigences élevées en matière de fiabilité de l’alimentation électrique, imposent des exigences strictes quant au choix des équipements essentiels de distribution électrique. Les transformateurs électriques à sec, grâce à leurs avantages fondamentaux tels que l’absence d’huile, leur caractère ignifuge et leurs dimensions réduites, sont devenus les équipements privilégiés pour les systèmes de distribution électrique dans les immeubles de grande hauteur. Cet article fournira un guide professionnel de sélection destiné à la conception technique et à l’approvisionnement de projets, selon deux dimensions essentielles : la sécurité incendie et le dimensionnement de la puissance.

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i. Sécurité incendie : Pourquoi les immeubles de grande hauteur doivent-ils obligatoirement utiliser Transformateurs à isolation sèche

Les immeubles de grande hauteur présentent les exigences les plus strictes en matière de prévention incendie parmi tous les scénarios d’application. Selon l’article 4.3.5 du « Code de conception électrique des bâtiments civils » (GB51348-2019), il s’agit d’une disposition **obligatoire** : les transformateurs installés dans les bâtiments civils doivent être choisis parmi les transformateurs à sec, les transformateurs isolés au gaz ou les transformateurs isolés par un liquide non inflammable.

La logique sous-jacente de cette réglementation obligatoire repose clairement sur des considérations de sécurité : les transformateurs immergés dans l’huile contiennent une grande quantité d’huile isolante inflammable. En cas de courts-circuits entre spires ou de défauts de surcharge, ils peuvent générer des gaz et provoquer des incendies, voire des explosions. En revanche, les transformateurs secs utilisent l’air ou la résine époxy coulée comme milieu isolant, et leur conception sans huile élimine fondamentalement les risques de fuites d’huile et d’incendies liés à l’huile. Dans les immeubles de grande hauteur comportant une forte densité de personnes et où l’évacuation est difficile, le choix de transformateurs secs constitue une garantie fondamentale pour la sécurité des personnes et des biens.

Points clés de sélection et de mise en œuvre :

- Si l’installation s’effectue dans des zones critiques telles que les locaux de distribution incendie et les salles informatiques centrales, il convient de privilégier les transformateurs secs ignifugés. Leurs enroulements, leurs noyaux et leurs autres composants ont subi un traitement de renforcement ignifuge.

- Pour les lieux présentant des exigences élevées en matière de résistance au feu, la classe de performance au feu du transformateur doit atteindre F1.

- Les matériaux isolants doivent présenter des propriétés ignifuges ou non combustibles. Les matériaux isolants de classe F (température maximale admissible : 155 ℃) et de classe H (180 ℃) constituent les choix conventionnels. Parmi ceux-ci, les matériaux de classe H offrent une marge de résistance thermique supérieure et conviennent particulièrement aux locaux de distribution fermés dotés d’une ventilation insuffisante.

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iI. Sélection de la puissance nominale pour Transformateur de puissance à sec : Comment adapter précisément la puissance aux besoins de charge des immeubles de grande hauteur

La sélection de la puissance nominale des transformateurs à sec influence directement la fiabilité de l’alimentation électrique et le fonctionnement économique. Elle exige une prise en compte globale, tant du point de vue du calcul de la charge que de celui de la stratégie de configuration.

1. Calcul de la charge et détermination de la puissance nominale

La première étape pour choisir la puissance du transformateur consiste à calculer la charge totale calculée du bâtiment. La charge électrique des immeubles de grande hauteur est complexe et couvre l’éclairage, la climatisation, les ascenseurs, l’alimentation en eau et l’évacuation des eaux, les systèmes de protection contre l’incendie, les systèmes intelligents de sécurité, etc. La puissance doit être déterminée sur la base de la charge calculée, c’est-à-dire que la puissance nominale du transformateur ne doit pas être inférieure à la charge calculée.

Les transformateurs de distribution destinés aux immeubles de grande hauteur sont généralement choisis avec le groupe de couplage Dyn11. En effet, ce type de couplage permet de supprimer efficacement les harmoniques de rang 3 et de réduire l’impédance homopolaire, ce qui offre des avantages significatifs pour améliorer la sensibilité de la protection contre les courts-circuits monophasés.

Points clés pour le choix des équipements :

- Il est recommandé de prévoir une marge de charge de 15 % à 20 % lors de la sélection afin d’éviter un fonctionnement prolongé en surcharge pendant les périodes de pointe.

- Le taux de charge de fonctionnement à long terme du transformateur ne doit pas dépasser 85 % afin d’assurer un fonctionnement économique.

- Lorsqu’il existe des charges prioritaires et secondaires (par exemple les systèmes de protection contre l’incendie, les ascenseurs, l’éclairage de secours), la réglementation exige l’installation d’au moins deux transformateurs. En cas de défaillance de l’un d’eux, les transformateurs restants doivent être capables de couvrir les besoins en énergie de toutes les charges prioritaires et secondaires.

2. Capacité maximale par unité et configuration redondante

La capacité d’un transformateur n’est pas nécessairement meilleure lorsqu’elle est plus élevée. La réglementation fixe des limites précises concernant la capacité d’une unité individuelle.

Lorsque la tension du côté basse tension est de 0,4 kV, la capacité d’un transformateur individuel ne doit pas dépasser 1250 kVA ; et lorsqu’il n’y a qu’un seul transformateur, celle-ci ne doit pas non plus dépasser 1250 kVA.

Pour les immeubles à très grande hauteur ou les projets présentant des charges particulièrement concentrées, il est recommandé d’adopter un mode de fonctionnement séparé avec plusieurs transformateurs, par exemple deux transformateurs de 800 kVA ou trois transformateurs de 500 kVA. Cela permet non seulement de satisfaire la demande totale en charge, mais aussi d’assurer une répartition des charges et une redondance de l’alimentation électrique.

3. Utilisation rationnelle de la capacité de surcharge

Les transformateurs secs possèdent une certaine capacité de surcharge à court terme, mais leur utilisation doit être scientifique. En conditions de refroidissement naturel par air (AN), le transformateur peut fonctionner en continu à sa puissance nominale pendant une longue période ; avec un système de refroidissement forcé par air (AF) en option, sa puissance de sortie peut être temporairement augmentée de 50 %, mais il s’agit d’une mesure d’urgence qui ne doit pas être utilisée comme mode de fonctionnement à long terme.

Points clés de sélection et de mise en œuvre :

- Pour les lieux présentant des différences importantes de charge entre le jour et la nuit (par exemple, climatisation et éclairage), la capacité de surcharge des transformateurs secs peut être utilisée de façon appropriée lors de la sélection. Toutefois, un système complet de surveillance de la température doit être installé.

- Lorsque le transformateur fonctionne en surcharge, la température des enroulements doit être surveillée en temps réel. La température d’alarme pour les transformateurs isolés classe F est de 130 °C, et la température de déclenchement est de 150 °C.

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iII. Tableau de référence rapide pour la sélection du modèle

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ⅳ. Conclusion

Le choix des transformateurs secs pour les immeubles de grande hauteur repose sur l’équilibre entre trois objectifs : **sécurité incendie, fiabilité de l’alimentation électrique et efficacité énergétique et économique**. L’exigence réglementaire impérative de « transformateurs secs » garantit le niveau minimal de sécurité, tandis que le dimensionnement de la puissance constitue la clé d’un fonctionnement économique à long terme. Dans les projets réels, il est recommandé de déterminer globalement la solution finale en tenant compte des caractéristiques spécifiques des charges du bâtiment, des contraintes d’espace dans la salle de distribution et des exigences de l’organisme local de fourniture d’électricité.

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