Certaines raisons pour lesquelles les utilisateurs de transformateurs demandent une conversion de tension de prise sont les suivantes : pour compenser les changements dans l'alimentation électrique du système et la tension externe fournie par d'autres transformateurs ; Utilisé pour compenser l'ajustement de tension généré à l'intérieur du transformateur lui-même et maintenir la tension de sortie du transformateur inchangée ; Utilisé pour contrôler la direction du flux de puissance réactive des transformateurs de générateur et des systèmes de transformateurs d'interconnexion ; Utilisé pour compenser certains facteurs qui ne sont pas encore clairs lors de la phase de planification du système électrique ; Autoriser certains développements et changements dans les conditions du système.
Les raisons ci-dessus constituent les principales raisons pour lesquelles vous devez demander un changement de robinet d'enroulement. En effet, l'utilisation des changeurs de prises est si répandue de nos jours que la plupart des utilisateurs ne se demandent pas s'ils peuvent éviter d'utiliser des changeurs de prises ou s'ils doivent limiter la gamme des changeurs de prises. Cependant, les transformateurs sans changeurs de prises ont une structure simple, de faibles coûts de fabrication et une fiabilité relativement élevée. L'utilisation d'un changeur de prises en soi augmente le coût et la complexité structurelle des transformateurs, et réduit également la fiabilité opérationnelle. Par conséquent, il est conseillé d’éviter autant que possible d’utiliser des structures de changeur de prises. Même si cela est inévitable, la plage et le nombre de changements de prise doivent être minimisés.
Les inconvénients de l'utilisation d'une structure de changeur de prises sur les transformateurs : l'utilisation d'un changeur de prises provoque presque inévitablement des changements dans la densité de flux magnétique dans le noyau de fer, de sorte que la sélection de la valeur de densité de flux magnétique doit être inférieure à la valeur optimale pour compenser l'augmentation possible de la densité de flux magnétique dans certains cas ; L'impédance du transformateur varie en fonction de la position de la prise, la conception du système doit donc tenir compte de ces changements d'impédance ; Les pertes du transformateur varient selon la position des prises, le système de refroidissement doit donc avoir une capacité de refroidissement suffisante pour répondre aux exigences de perte maximales possibles ; Il existe inévitablement une situation dans laquelle certains segments d'enroulement sont coupés du circuit, ce qui entraînera une détérioration de la relation d'équilibre électromagnétique à l'intérieur du transformateur, augmentant ainsi la force électromagnétique déséquilibrée dans des conditions de court-circuit ; L'augmentation du nombre de fils de dérivation à l'intérieur des transformateurs augmentera la complexité de la structure du produit et la probabilité de défauts internes ; Le changeur de prises lui-même, en particulier le changeur de prises en charge, constitue la source de défaut du transformateur.
Bien que des problèmes de régulation de tension surviennent dans de nombreux transformateurs et câbles de puissance et que la valeur du taux de régulation de tension varie considérablement entre les conditions de faible charge et de pleine charge, l'une des exigences de base du système électrique est qu'il doit être capable de fournir une tension stable aux utilisateurs et de ne pas lui permettre de trop changer avec la charge du système. Bien que dans de nombreux systèmes industriels, en particulier ceux qui nécessitent une tension d'alimentation suffisamment élevée pour assurer un pilotage satisfaisant de gros équipements moteurs, une tension d'alimentation élevée soit requise. Mais la tension d'alimentation ne doit pas être trop élevée pour éviter tout risque de surtension sur des appareils tels que les systèmes de protection électronique lors de la désinstallation du système. Si la tension est insuffisante, certains processus industriels ne pourront pas se dérouler normalement. Même certains processus de traitement industriel utilisent des relais de sous-tension pour la protection, et lorsque la tension d'alimentation est trop basse, le processus de traitement doit être complètement arrêté. La plupart des consommateurs civils espèrent également assurer une haute tension à tout moment de la journée (que ce soit le jour ou la nuit) pour assurer le fonctionnement normal des appareils électroménagers. Cependant, la tension ne doit pas être trop élevée pour éviter de raccourcir la durée de vie de l'équipement d'éclairage. Si la tension d'alimentation est trop élevée, ces dispositifs d'éclairage sont les premiers à dysfonctionner.
Dans cette situation, malgré certaines inquiétudes concernant les facteurs défavorables associés à l'utilisation de changeurs de prises, il est toujours nécessaire que de nombreux transformateurs du réseau électrique civil soient équipés de changeurs de prises en charge. Sans changeurs de prises en charge, il est presque impossible de concevoir ces réseaux électriques de manière économique. Dans le domaine industriel, les transformateurs équipés de changeurs de prises en charge sont généralement utilisés comme équipements électriques pour des industries telles que les fours à arc, les usines d'électrolyse et les usines chimiques. Si le transformateur n'a pas de capacité de régulation de tension de charge, les exigences ci-dessus ne peuvent pas être respectées. Cependant, en plus d'exiger que le générateur envoie de la puissance active, il doit également être capable d'envoyer ou d'absorber certaines charges réactives en fonction des conditions du système, et ces charges réactives doivent changer en raison de certains facteurs. La puissance réactive générée par le générateur est affectée par l'augmentation de la tension du transformateur du générateur. Si le transformateur abaisse la tension, le générateur devra absorber une charge réactive. Ce mode de fonctionnement doit être pris en compte dans la conception du transformateur afin de provoquer des changements significatifs dans la densité de flux magnétique dans le noyau de fer.
Les transformateurs d'interconnexion reliant les systèmes 400 kV, 275 kV et 132 kV utilisent très probablement des structures d'autotransformateur. Le rapport de tension de ce transformateur n'est pas facile à ajuster car l'ajout ou la suppression de tours de prise au point neutre entraînera des modifications du nombre de tours de l'enroulement série et de l'enroulement commun. Bien entendu, si ces transformateurs ne sont pas équipés d’un équipement de régulation de tension, cela peut non seulement permettre d’économiser le coût élevé des changeurs de prises, mais également d’éviter certains des inconvénients liés aux changeurs de prises. Le "coût" provoqué par la simplification de la structure du transformateur a réduit dans une certaine mesure la flexibilité de fonctionnement des systèmes 275kV et 132kV, mais cela peut être compensé en installant des changeurs de prises sur les transformateurs 275kV/33kV ou 132kV/33kV du niveau inférieur.
Au Royaume-Uni, la tension de fonctionnement d'un système 400 kV est généralement maintenue à ± 5 % de sa tension nominale. Si les transformateurs d'interconnexion entre les systèmes 2751V et 132kV ne disposent pas de changeurs de prises, la variation de tension de ces systèmes sera supérieure à ± 5% de leur tension nominale, car cela inclut également les facteurs d'ajustement de tension au sein des transformateurs d'interconnexion. Par conséquent, la tension de fonctionnement des systèmes 275 kV et 132 kV doit généralement être maintenue à ± 10 % de leur tension nominale. Cela nécessite que le transformateur de puissance du réseau 275kV/33kV (plus communément 132kV/33kV) soit équipé d'un changeur de prises pour s'adapter aux changements de tension mentionnés ci-dessus. De plus, si ces transformateurs doivent augmenter la tension du côté 33 kV dans des conditions de charge élevée du système (c'est-à-dire que la tension du système 275 kV ou 132 kV est inférieure à la tension nominale correspondante), alors la limite inférieure de la plage de prises requise pour ces transformateurs doit atteindre -10 %. Ainsi, il est généralement stipulé que la plage de prise de ces transformateurs est de +10 %~-20 %. Cela contredit l’objectif de limiter la plage de prises des transformateurs afin d’améliorer leur fiabilité, comme mentionné précédemment. Mais d'un autre côté, cela montre que l'omission des changeurs de prises sur les transformateurs 400kV/132kV réduit la flexibilité opérationnelle du système, ce qui entraîne une structure plus complexe pour les transformateurs 132kV/33kV. Évidemment, par rapport aux bornes de ligne 275 kV ou 132 kV des transformateurs 400 kV/275 kV ou 400 kV/132 kV, la disposition des segments du changeur de prise du côté point neutre mis à la terre de la connexion en étoile de l'enroulement 275 kV ou 132 kV aura une plus grande fiabilité et des coûts de fabrication inférieurs.
Par rapport au système 132 kV, le maintien d'un niveau de contrôle sur une plage de tension plus large pour le système 33 kV signifie que les transformateurs 33 kV/11 kV ne nécessitent généralement qu'une plage de régulation de tension de ± 10 %. Cependant, tout comme dans le cas des transformateurs 132 kV/33 kV, la prise haute tension des transformateurs 33 kV/11 kV est toujours configurée pour augmenter la tension de sortie basse tension et compenser l'ajustement de la tension du système. Dans ce cas, le rapport de tension en circuit ouvert du transformateur est généralement conçu pour être de 33 kV/11,5 kV, ce qui signifie que dans des conditions à vide-de charge, lorsqu'une tension nominale est appliquée au côté haute-tension du transformateur, sa tension de sortie basse-tension sera supérieure à la tension nominale du système basse-tension.
La capacité nominale du transformateur du dernier étage du réseau (supposé être un transformateur de 11 kV/0,433 kV) est généralement de 1 600 kV · A ou moins. Cela ne vaut pas la peine d'utiliser des équipements de régulation de tension de charge coûteux et structurellement complexes sur ces transformateurs de petite capacité à faible coût. Ils sont généralement équipés de changeurs de prises non excités et leur plage de prises est généralement de ± 2,5 % ou ± 5 %. L'utilisation de ce réglage de prise peut permettre de modifier le rapport de tension pour s'adapter aux conditions de fonctionnement du réseau électrique local. Bien que ces dispositifs puissent fonctionner à tout moment pendant le fonctionnement du transformateur, ils doivent généralement être adaptés aux conditions de charge du système local lors de la mise en service du transformateur.
