IEC 61378-1:1997
(Main)Convertor transformers - Part 1: Transformers for industrial applications
Convertor transformers - Part 1: Transformers for industrial applications
Deals with specifications, design and testing of power transformers and reactors which are intended for integration within semiconductor convertor plants. It is limited to applications of power convertors of any power rating for local distribution and for equipment not exceeding 36kV. It is not applicable to transformers for HVDC power transmission.
Transformateurs de conversion - Partie 1: Transformateurs pour applications industrielles
Traite des spécifications, de la conception et des essais des transformateurs de puissance et des bobines d'inductance qui sont destinés à être intégrés dans des installations de conversion à semiconducteurs. Elle est limitée aux applications des convertisseurs de puissance de quelque puissance que ce soit, pour la distribution locale et pour des équipements n'excédant pas la classe 36kV. Elle n'est pas applicable aux transformateurs pour la transmission de puissance CCHT
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
NORME
CEI
INTERNATIONALE
IEC
61378-1
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
First edition
1997-09
Transformateurs de conversion –
Partie 1:
Transformateurs pour applications industrielles
Convertor transformers –
Part 1:
Transformers for industrial applications
Numéro de référence
Reference number
CEI/IEC 61378-1:1997
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publication de base incorporant l’amendement 1, et la incorporating amendment 1 and the base publication
publication de base incorporant les amendements 1 incorporating amendments 1 and 2.
et 2.
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constamment revu par la CEI afin qu'il reflète l'état constant review by the IEC, thus ensuring that the
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reconfirmation de la publication sont disponibles dans the publication is available in the IEC catalogue.
le Catalogue de la CEI.
Les renseignements relatifs à ces révisions, à l'établis- Information on the revision work, the issue of revised
sement des éditions révisées et aux amendements editions and amendments may be obtained from
peuvent être obtenus auprès des Comités nationaux de IEC National Committees and from the following
la CEI et dans les documents ci-dessous: IEC sources:
• Bulletin de la CEI • IEC Bulletin
• Annuaire de la CEI • IEC Yearbook
Accès en ligne* On-line access*
• Catalogue des publications de la CEI • Catalogue of IEC publications
Publié annuellement et mis à jour régulièrement Published yearly with regular updates
(Accès en ligne)* (On-line access)*
Terminologie, symboles graphiques Terminology, graphical and letter
et littéraux symbols
En ce qui concerne la terminologie générale, le lecteur For general terminology, readers are referred to
se reportera à la CEI 60050: Vocabulaire Electro- IEC 60050: International Electrotechnical Vocabulary
technique International (VEI). (IEV).
Pour les symboles graphiques, les symboles littéraux For graphical symbols, and letter symbols and signs
et les signes d'usage général approuvés par la CEI, le approved by the IEC for general use, readers are
lecteur consultera la CEI 60027: Symboles littéraux à referred to publications IEC 60027: Letter symbols to
utiliser en électrotechnique, la CEI 60417: Symboles be used in electrical technology, IEC 60417: Graphical
symbols for use on equipment. Index, survey and
graphiques utilisables sur le matériel. Index, relevé et
compilation des feuilles individuelles, et la CEI 60617: compilation of the single sheets and IEC 60617:
Symboles graphiques pour schémas. Graphical symbols for diagrams.
Publications de la CEI établies par IEC publications prepared by the same
le même comité d'études technical committee
L'attention du lecteur est attirée sur les listes figurant The attention of readers is drawn to the end pages of
à la fin de cette publication, qui énumèrent les this publication which list the IEC publications issued
publications de la CEI préparées par le comité by the technical committee which has prepared the
d'études qui a établi la présente publication. present publication.
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NORME
CEI
INTERNATIONALE
IEC
61378-1
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
First edition
1997-09
Transformateurs de conversion –
Partie 1:
Transformateurs pour applications industrielles
Convertor transformers –
Part 1:
Transformers for industrial applications
IEC 1997 Droits de reproduction réservés Copyright - all rights reserved
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– 2 – 61378-1 © CEI:1997
SOMMAIRE
Pages
AVANT-PROPOS . 4
Articles
1 Généralités. 6
1.1 Domaine d’application. 6
1.2 Classification . 8
1.3 Conditions de service normal . 8
2 Références normatives . 8
3 Définitions . 10
4 Régimes assignés . 10
4.1 Puissance assignée à la fréquence assignée et capacité de charge. 12
4.2 Tensions assignée et en service . 12
4.3 Courant assigné . 14
5 Pertes dues à la charge et chute de tension dans les transformateurs
et bobines d’inductance . 14
5.1 Détermination des pertes dues à la charge du transformateur en fonction
de la distorsion du courant de charge. 14
5.2 Effet de la disposition géométrique des enroulements sur leurs pertes
par courants de Foucault dues à la présence des harmoniques . 22
5.3 Pertes dans les bobines d’absorption, dans les bobines d’inductance
d’équilibrage de courant, dans les bobines d’inductance de lissage et
dans les transducteurs. 22
5.4 Chutes de tension dans les transformateurs et les bobines d’inductance . 24
6 Essais des transformateurs de conversion . 24
6.1 Mesure de la réactance de commutation et détermination de la chute inductive
de tension. 26
6.2 Mesure du rapport de transformation et du déphasage . 26
6.3 Essai de mesure des pertes dues à la charge . 28
6.4 Essais d’échauffement. 28
Tableau 1 – Montages et facteurs de calcul . 34
Annexes
A Détermination des pertes dues à la charge en service au courant non sinusoïdal
assigné en fonctionnement en conversion à partir des mesures au courant assigné
du transformateur à la fréquence fondamentale . 38
B Courants d’essais de court-circuit et pertes dues à la charge des transformateurs
pour convertisseurs à simple voie (injection des pertes totales). 56
Figures
A.1 Section d’un conducteur d’enroulement. 42
A.2 Identification des bornes pour couplage d’enroulements Y yy0 . 46
A.3 Identification des bornes pour couplage d’enroulements D d y. 52
61378-1 © IEC:1997 – 3 –
CONTENTS
Page
FOREWORD . 5
Clause
1 General. 7
1.1 Scope. 7
1.2 Classification. 9
1.3 Normal service conditions . 9
2 Normative references. 9
3 Definitions. 11
4 Ratings. 11
4.1 Rated power at rated frequency and load capability. 13
4.2 Rated and service voltages . 13
4.3 Rated current. 15
5 Load loss and voltage drop in transformers and reactors. 15
5.1 Determination of transformer load loss under distorted current loading . 15
5.2 Effect of geometrical arrangement of windings on their eddy current losses
due to harmonics . 23
5.3 Losses in interphase transformers, current-balancing reactors, series-smoothing
reactors and transductors . 23
5.4 Voltage drops in transformers and reactors . 25
6 Tests for convertor transformers . 25
6.1 Measurement of commutating reactance and determination of the inductive
voltage drop. 27
6.2 Measurement of voltage ratio and phase displacement. 27
6.3 Load loss test . 29
6.4 Temperature rise tests. 29
Table 1 – Connections and calculation factors . 34
Annexes
A Determination of transformer service load loss at rated non-sinusoidal convertor
current from measurements with rated transformer current of fundamental frequency 39
B Short-circuit test currents and load losses in transformers for single-way convertors
(total loss injection) . 57
Figures
A.1 Cross-section of a winding strand . 43
A.2 Terminal identification for winding connection Y yy0 . 47
A.3 Terminal identification for winding connection D d y . 53
– 4 – 61378-1 © CEI:1997
COMMISSION ELECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
___________
TRANSFORMATEURS DE CONVERSION –
Partie 1: Transformateurs pour applications industrielles
AVANT-PROPOS
1) La CEI (Commission Electrotechnique Internationale) est une organisation mondiale de normalisation
composée de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a
pour objet de favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les
domaines de l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI, entre autres activités, publie des Normes
Internationales. Leur élaboration est confiée à des comités d'études, aux travaux desquels tout Comité
national intéressé par le sujet traité peut participer. Les organisations internationales, gouvernementales et
non gouvernementales, en liaison avec la CEI, participent également aux travaux. La CEI collabore
étroitement avec l'Organisation Internationale de Normalisation (ISO), selon des conditions fixées par accord
entre les deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques, représentent, dans la
mesure du possible un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux
intéressés sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les documents produits se présentent sous la forme de recommandations internationales. Ils sont publiés
comme normes, rapports techniques ou guides et agréés comme tels par les Comités nationaux.
4) Dans le but d'encourager l'unification internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent à appliquer
de façon transparente, dans toute la mesure possible, les Normes internationales de la CEI dans leurs normes
nationales et régionales. Toute divergence entre la norme de la CEI et la norme nationale ou régionale
correspondante doit être indiquée en termes clairs dans cette dernière.
5) La CEI n’a fixé aucune procédure concernant le marquage comme indication d’approbation et sa
responsabilité n’est pas engagée quand un matériel est déclaré conforme à l’une de ses normes.
6) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente Norme internationale peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.
La Norme internationale CEI 61378-1 a été établie par le comité d’études 14 de la CEI:
Transformateurs de puissance.
Le texte de cette norme est issu des documents suivants:
FDIS Rapport de vote
14/261/FDIS 14/270/RVD
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à l'approbation de cette norme.
Les annexes A et B sont données uniquement à titre d’information.
La CEI 61378 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général:
Transformateurs de conversion:
– Partie 1: Transformateurs pour applications industrielles;
– Partie 2: Transformateurs pour applications courant continu à haute tension (à l’étude)
– Partie 3: Guide d’application (à l’étude)
61378-1 © IEC:1997 – 5 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
___________
CONVERTOR TRANSFORMERS –
Part 1: Transformers for industrial applications
FOREWORD
1) The IEC (International Electrotechnical Commission) is a worldwide organization for standardization
comprising all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of the IEC is to
promote international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic
fields. To this end and in addition to other activities, the IEC publishes International Standards. Their
preparation is entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested in the subject dealt
with may participate in this preparatory work. International, governmental and non-governmental organizations
liaising with the IEC also participate in this preparation. The IEC collaborates closely with the International
Organization for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by agreement between the
two organizations.
2) The formal decisions or agreements of the IEC on technical matters express, as nearly as possible, an
international consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation
from all interested National Committees.
3) The documents produced have the form of recommendations for international use and are published in the
form of standards, technical reports or guides and they are accepted by the National Committees in that
sense.
4) In order to promote international unification, IEC National Committees undertake to apply IEC International
Standards transparently to the maximum extent possible in their national and regional standards. Any
divergence between the IEC Standard and the corresponding national or regional standard shall be clearly
indicated in the latter.
5) The IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any
equipment declared to be in conformity with one of its standards.
6) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this International Standard may be the
subject of patent rights. The IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard IEC 61378-1 has been prepared by IEC technical committee 14: Power
transformers.
The text of this standard is based on the following documents:
FDIS Report on voting
14/261/FDIS 14/270/RVD
Full information on the voting for the approval of this standard can be found in the report on
voting indicated in the above table.
Annexes A and B are for information only.
IEC 61378 consists of the following parts, under the general title: Convertor transformers:
– Part 1: Transformers for industrial applications
– Part 2: Transformers for HVDC applications (under consideration)
– Part 3: Application guide (under consideration)
– 6 – 61378-1 © CEI:1997
TRANSFORMATEURS DE CONVERSION –
Partie 1: Transformateurs pour applications industrielles
1 Généralités
1.1 Domaine d’application
La présente Norme internationale traite des spécifications, de la conception et des essais des
transformateurs de puissance et des bobines d’inductance qui sont destinés à être intégrés
dans des installations de conversion à semiconducteurs; cette norme n’est pas applicable en
général aux transformateurs conçus pour la distribution industrielle ou publique de puissance
en courant alternatif.
Le domaine d’application de cette norme est limité aux applications des convertisseurs de
puissance, de quelque puissance que ce soit, pour la distribution locale, à tension de
conversion assignée modérée, généralement pour des applications industrielles, et
typiquement avec une tension maximale pour équipement n’excédant pas la classe 36 kV.
Cette norme n’est pas applicable aux transformateurs de puissance pour la transmission de
puissance CCHT. Ceux-ci sont des transformateurs à haute tension et ils sont soumis à des
essais diélectriques en courant continu.
Les normes pour l’installation complète de conversion (CEI 60146 ou autres publications
relatives à des champs particuliers d’application) peuvent contenir des prescriptions de
garanties et d’essais (par exemple isolement et niveaux de pertes) pour toute l’installation
comprenant le transformateur de conversion et éventuellement les transformateurs auxiliaires
et des bobines d’inductance. Cela n’empêche pas que les prescriptions de la présente norme
concernant les garanties et les essais s’appliquent au transformateur de conversion lui-même
comme composant séparé avant d’être assemblé avec le restant de l’installation de
conversion.
Les garanties, les essais de type et de service définis dans cette norme s’appliquent aussi bien
aux transformateurs fournis comme partie d’un ensemble d’équipement de conversion qu’aux
transformateurs commandés séparément mais destinés à être utilisés dans des installations de
conversion. Toute garantie supplémentaire ou vérification spéciale doit faire l’objet d’un accord
spécifique dans le contrat du transformateur.
Les transformateurs de conversion couverts par cette norme peuvent être de conception
immergée dans l’huile ou du type sec. A moins que des exceptions spécifiques ne soient
prescrites dans la présente norme, les transformateurs doivent être conformes à la CEI 60076
pour les transformateurs immergés dans l’huile et à la CEI 60726 pour les transformateurs du
type sec.
NOTES
1 Pour certaines applications en conversion, il est possible d’utiliser des transformateurs communs de distribution
de conception normalisée. L’utilisation de tels transformateurs normalisés dans des applications spéciales en
conversion peut nécessiter un certain déclassement. Ce sujet n’est pas spécifiquement couvert dans la présente
norme qui traite des prescriptions à imposer à des unités spécialement conçues. Il est possible d’estimer ce
déclassement à partir des formules données en 5.1 et aussi de l’article 9 de la CEI 60076-8.
2 Lorsque des transformateurs du type sec sont utilisés pour cette application, il convient d’apporter un soin
particulier dans la prise en compte des courtes constantes de temps applicables et des pertes par courants de
Foucault accrues dans les conducteurs de grande section et dans les enroulements en feuilles.
61378-1 © IEC:1997 – 7 –
CONVERTOR TRANSFORMERS –
Part 1: Transformers for industrial applications
1 General
1.1 Scope
This International Standard deals with the specification, design and testing of power
transformers and reactors which are intended for integration within semiconductor convertor
plants; it is not applicable to transformers designed for industrial or public distribution of a.c.
power in general.
The scope of this standard is limited to applications of power convertors, of any power rating,
for local distribution, at moderate rated convertor voltage, generally for industrial applications
and typically with a highest voltage for equipment not exceeding 36 kV.
This standard is not applicable to transformers for HVDC power transmission. These are high-
voltage transformers, and they are subjected to d.c. voltage tests.
The standards for the complete convertor plant (IEC 60146, or other publications dedicated to
particular fields of application) may contain requirements of guarantees and tests (such as
insulation, power loss) for the whole plant, including the convertor transformer and possibly
auxiliary transformers and reactor equipment. This does not relieve the application of the
requirements of this standard concerning the guarantees and tests applicable to the convertor
transformer itself as a separate component before being assembled with the remainder of the
convertor plant.
The guarantees, service and type tests defined in this standard apply equally to transformers
supplied as part of an overall convertor package, or to those transformers ordered separately
but for use with convertor equipment. Any supplementary guarantee or special verification has
to be specifically agreed in the transformer contract.
The convertor transformers covered by this standard may be of the oil-immersed or dry-type
design. Unless specific exceptions are stated in this standard, the transformers are required to
comply with IEC 60076 for oil-immersed transformers, and with IEC 60726 for dry-type
transformers.
NOTES
1 For some convertor applications, it is possible to use common distribution transformers of standard design.
The use of such standard transformers in the special convertor applications may require a certain derating. This
matter is not specifically covered in this standard, which deals with the requirements to be placed on specially
designed units. It is possible to estimate this derating from the formulae given in 5.1, and also from clause 9 of
IEC 60076-8.
2 Where dry-type transformers are used, special care should be taken in considering the short time constants
applicable and the increased eddy currents flowing in the larger cross-section conductors or foil windings.
– 8 – 61378-1 © CEI:1997
Cette norme s’applique seulement aux transformateurs comportant une seule partie active et
une seule bobine d’absorption. Pour plusieurs parties actives dans la même cuve, un accord
est nécessaire entre l’acheteur et le fabricant pour la détermination et la mesure des pertes.
Cette norme s’applique seulement aux transformateurs à couplage étoile Y et à couplage
triangle Δ. Pour d’autres couplages, un accord est nécessaire entre l’acheteur et le fabricant.
1.2 Classification
La classification des convertisseurs et les applications des convertisseurs sont données en 1.3
de la CEI 60146-1-1 et en 1.2 de la CEI 60146-1-2. Pour la conception des transformateurs, il
est important de distinguer entre
– les applications avec une tension essentiellement sinusoïdale le long du transformateur,
et
– les applications avec des tensions non sinusoïdales où le primaire du transformateur est
excité à partir d’un circuit convertisseur de puissance commandé en courant alternatif ou
d’un circuit convertisseur à fréquence variable.
Il est aussi important de distinguer entre
– les applications avec une charge continue, comme l’électrolyse, les fours à arc à courant
continu, etc., et
– les applications avec des variations de charge cycliques ou irrégulières de courte durée,
comme les laminoirs à commande par moteurs réversibles, etc.
Il est nécessaire que des informations sur l’application des convertisseurs soient fournies avec
la spécification du transformateur. Cela est détaillé plus complètement dans les paragraphes
suivants de la présente norme.
1.3 Conditions de service normal
Les conditions de service normal pour le transformateur doivent être conformes à la
CEI 60076-1, à la CEI 60076-2, à la CEI 60726 et à la CEI 60146-1-1.
Il est nécessaire qu’une quelconque déviation de la tension en courant alternatif par rapport
à la valeur de la tension assignée ou aux valeurs des tensions de prise, forme d’onde
sinusoïdale ou symétrie des trois phases soit inscrite dans les limites de la classe
d’immunité B, conformément à 2.5 de la CEI 60146-1-1. Si le transformateur de conversion est
alimenté avec une tension non sinusoïdale, une application en convertisseur de fréquence ou
en onduleur, il est nécessaire que des informations sur la plage de variation de la forme de la
tension de service et sur la variation de sa fréquence soient fournies dans la spécification. Il
est aussi important que des informations soient données concernant la composante en courant
continu du cycle de tension appliquée.
2 Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence
qui y est faite, constituent des dispositions valables pour la présente partie de la CEI 61378.
Au moment de la publication, les éditions indiquées étaient en vigueur. Tout document normatif
est sujet à révision, et les parties prenantes aux accords fondés sur la présente partie de la
CEI 61378 sont invitées à rechercher la possibilité d’appliquer les éditions les plus récentes
des documents normatifs indiqués ci-dessous. Les membres de la CEI et de l’ISO possèdent le
registre des normes internationales en vigueur.
CEI 60050(421):1990, Vocabulaire électrotechnique international (VEI) – Chapitre 421: Trans-
formateurs de puissance et bobines d’inductance
61378-1 © IEC:1997 – 9 –
This standard only deals with transformers with one active part and one interphase
transformer. For several active parts in the same tank, an agreement between the purchaser
and manufacturer is necessary regarding the determination and the measurement of the total
losses.
This standard deals only with transformer star Y and delta Δ connections. For other
connections an agreement between purchaser and manufacturer is necessary.
1.2 Classification
Classification of convertors and convertor applications are given in 1.3 of IEC 60146-1-1 and in
1.2 of IEC 60146-1-2. From the aspect of transformer design, it is important to distinguish
between
– applications with essentially sinusoidal voltage across the transformer, and
– applications with non-sinusoidal voltage where the transformer primary is energized from
a convertor circuit for a.c. power control or variable frequency conversion.
It is also important to distinguish between
– applications characterized by a continuous load, such as electrolysis, d.c. arc furnace
etc., and
– applications with short-time cyclic or irregular load variation, such as reversible mill-
motor drives, etc.
It is required that information about the convertor application be supplied in the transformer
specification. This is detailed further in following subclauses of this standard.
1.3 Normal service conditions
Normal service conditions for the transformer shall be in accordance with IEC 60076-1,
IEC 60076-2, IEC 60726 and IEC 60146-1-1.
It is required that any deviation of the a.c. voltage from the rated voltage value or tapping
voltage value, sinusoidal wave shape or three-phase symmetry be within the limits of immunity
class B, according to 2.5 of IEC 60146-1-1. If the convertor transformer is supplied with non-
sinusoidal voltage, invertor or frequency convertor application, it is necessary that information
on the range of variation of service voltage shape and frequency variation be submitted in the
specification. It is also important that information be given regarding the d.c. component of the
applied voltage cycle.
2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text,
constitute provisions of this part of IEC 61378. At the time of publication, the editions indicated
were valid. All normative documents are subject to revision, and parties to agreements based
on this part of IEC 61378 are encouraged to investigate the possibility of applying the most
recent editions of the normative documents indicated below. Members of IEC and ISO maintain
registers of currently valid International Standards.
IEC 60050(421):1990, International Electrotechnical Vocabulary (IEV) – Chapter 421: Power
transformers and reactors
– 10 – 61378-1 © CEI:1997
CEI 60076-1:1993, Transformateurs de puissance – Partie 1 : Généralités
CEI 60076-2:1993, Transformateurs de puissance – Partie 2 : Echauffement
CEI 60076-3:1980, Transformateurs de puissance – Partie 3 : Niveaux d’isolement et essais
diélectriques
CEI 60076-5:1976, Transformateurs de puissance – Partie 5 : Tenue au court-circuit
CEI 60146-1-1:1991, Convertisseurs à semiconducteurs – Spécifications communes et
convertisseurs commutés par le réseau – Partie 1-1: Spécifications des clauses techniques de
base
CEI 60146-1-2:1991, Convertisseurs à semiconducteurs – Spécifications communes et
convertisseurs commutés par le réseau – Partie 1-2: Guide d’application
CEI 60289:1988, Bobines d’inductance
CEI 60354:1991, Guide de charge pour transformateurs de puissance immergés dans l’huile
CEI 60076-8:1997, Guide d’application pour transformateurs de puissance
CEI 60726:1982, Transformateurs de puissance de type sec
CEI 60905:1987, Guide de charge pour transformateurs de puissance du type sec
3 Définitions
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les définitions de la CEI 60050(421)
(VEI) sont applicables. Des définitions additionnelles, plus spécifiques, relatives aux termes
concernant les transformateurs et les convertisseurs, sont données dans la CEI 60076-1 et
dans la CEI 60146-1-1 respectivement. Pour certains de ces termes, les définitions sont
différentes de celles du VEI. Lorsqu’il existe une différence, ce sont les définitions de la
CEI 60076-1 et de la CEI 60146-1-1 qui prévalent. Voir, en particulier, les termes définis en
1.5.17, 1.5.18, 1.5.19 et 1.5.22 à 1.5.26 inclus, de la CEI 60146-1-1.
4 Régimes assignés
La CEI 60076-1 s’applique, avec les additions et explications des paragraphes suivants.
Les transformateurs pour application en conversion sont chargés avec des courants non
sinusoïdaux et fonctionnent parfois sous tension non sinusoïdale. Même la fréquence peut
varier considérablement dans certaines applications.
Le régime assigné des transformateurs est exprimé en grandeurs sinusoïdales à la fréquence
fondamentale en régime permanent, avec lesquelles les essais sur les transformateurs seront
conduits et auxquelles les garanties correspondantes feront référence.
Les paragraphes suivants indiquent comment déterminer le régime assigné du transformateur
lorsque les renseignements concernant le convertisseur et d’autres informations sur la charge
sont disponibles.
61378-1 © IEC:1997 – 11 –
IEC 60076-1:1993, Power transformers – Part 1: General
IEC 60076-2:1993, Power transformers – Part 2: Temperature rise
IEC 60076-3:1980, Power transformers – Part 3: Insulation levels and dielectric tests
IEC 60076-5 :1976, Power transformers – Part 5: Ability to withstand short circuit
IEC 60146-1-1:1991, Semiconductor convertors – General requirements and line commutated
convertors – Part 1-1: Specifications of basic requirements
IEC 60146-1-2:1992, Semiconductor convertors – General requirements and line commutated
convertors – Part 1-2: Application guide
IEC 60289:1988, Reactors
IEC 60354:1991, Loading guide for oil-immersed power transformers
IEC 60076-8:1997, Application guide for power transformers
IEC 60726:1982, Dry-type power transformers
IEC 60905:1987, Loading guide for dry-type power transformers
3 Definitions
For the purpose of this International Standard, the definitions in IEC 60050(421) (IEV) apply.
Additional definitions of more specific transformer and convertor terms are given in IEC 60076-1,
and IEC 60146-1-1, respectively. Where some of these terms are at variance with earlier general
definitions of the same terms, found in the IEV, the terms specified in IEC 60076-1 and
IEC 60146-1-1 will take precedence. Particular attention is drawn to the terms defined in 1.5.17,
1.5.18, 1.5.19, and 1.5.22 to 1.5.26 inclusive, of IEC 60146-1-1.
4 Ratings
IEC 60076-1 applies, with the following additions and explanations.
Transformers for convertor application are loaded with non-sinusoidal current, and sometimes
work with non-sinusoidal voltage. Even the frequency may vary considerably in certain
applications.
The rating of the transformers on which the tests will be conducted and to which the
corresponding guarantees are related is expressed in sinusoidal quantities of fundamental
frequency in steady state.
The following subclauses provide guidance as to how to determine the transformer rating when
the details of the convertor and other information about the loading are available.
– 12 – 61378-1 © CEI:1997
4.1 Puissance assignée à la fréquence assignée et capacité de charge
La puissance assignée d’un transformateur de conversion est basée sur les composantes
fondamentales de tension et de courant; la puissance assignée triphasée est donc:
SU=×3 ×I
R 11
où
U est la valeur efficace de la composante fondamentale de la tension entre phases;
I est la valeur efficace de la composante fondamentale du courant de ligne.
Les prescriptions concernant l’échauffement et le refroidissement doivent être déterminées
après avoir tenu compte de l’accroissement des pertes dues aux harmoniques (voir article 5).
La capacité de charge d’un transformateur est essentiellement une question d’échauffement
des enroulements. Si les variations de charge sont rapides avec des pointes de 5 min ou
moins, la puissance assignée du transformateur sera basée sur la moyenne à long terme des
pertes dues à la charge.
Si les variations de charge sont de durée plus longue que celles définies ci-dessus, une étude
plus détaillée peut être faite sur les pointes maximales de température pendant les cycles ou
pulsations de charge. Des conseils pour la détermination d’une charge constante équivalente,
pour ce qui concerne le taux de vieillissement thermique du système d’isolation, peuvent être
obtenus dans la CEI 60354 pour les transformateurs immergés dans l’huile, et dans la
CEI 60905 pour les transformateurs du type sec. La charge constante équivalente ainsi
déterminée peut être considérée comme la puissance assignée du transformateur.
NOTE – Les règles ci-dessus sont justifiées par les constantes de temps thermique considérables des
transformateurs. Au tableau 2 de la CEI 60146-1-1, un certain nombre de modèles de cycles de charge
conventionnels représentant plusieurs services en conversion sont donnés. Il convient que ces cycles de charge
soient vérifiés conformément aux règles données ci-dessus.
Le modèle de variation de la charge doit être inclus par l’acheteur dans la spécification du
transformateur pour déterminer une valeur appropriée de la puissance assignée.
4.2 Tensions assignée et en service
4.2.1 Transformateur mis sous tension à partir d’un réseau de puissance en courant alternatif
Pour un transformateur de conversion connecté à un réseau de puissance en courant
alternatif, la tension assignée doit être spécifiée conformément à 4.4 de la CEI 60076-1, et à la
CEI 60076-8.
4.2.2 Transformateur mis sous tension à partir d’un convertisseur/onduleur avec ou sans
variation de fréquence
Dans le cas d’un convertisseur avec une tension du transformateur présentant une
considérable distorsion, la tension assignée doit être la valeur efficace de la composante
sinusoïdale fondamentale obtenue à partir de la décomposition en série de Fourier de la
tension de service maximale en régime permanent.
Dans les applications présentant une telle distorsion de la tension du transformateur, ou une
fréquence variable, des informations concernant les tensions appliquées dans diverses
conditions de service doivent être données dans la spécification.
NOTE 1 – Pour les applications ci-dessus, c’est l’amplitude de l’induction dans le circuit magnétique qui est le
paramètre déterminant, et non l’amplitude d’une tension non sinusoïdale. La valeur du flux est déterminée à
partir de l’intégrale tension-temps sur un demi-cycle. Cette valeur sera la valeur maximale en régime
permanent. Si des valeurs élevées de courte durée de l’intégrale tension-temps existent, il convient qu’elles
fassent également partie de la spécification, pour permettre de vérifier une possible surexcitation.
61378-1 © IEC:1997 – 13 –
4.1 Rated power at rated frequency and load capability
The rated power of the convertor transformer is based on the fundamental frequency
components of voltage and current, hence the rated three-phase power is:
SU=×3 ×I
R 11
where
U is the r.m.s. value of the fundamental component of the line-to-line voltage;
I is the r.m.s. value of the fundamental component of the rated line current.
The temperature rise and cooling requirements of the transformers shall be determined after
allowance is made for the increased losses due to harmonics (see clause 5).
The load capability of a transformer is essentially a matter of temperature rise within the
windings. If load variations are rapid, with peaks having a duration of 5 min or less, then the
power rating of the transformer is based on the long-term average value of the load losses.
If the load variations are of longer duration than those defined above, a more detailed study
can be made of the maximum temperature peaks during the load pulse or cycle. Guidance for
determination of an equivalent constant loading with respect to the rate of thermal aging of the
insulation system can be obtained from IEC 60354 for oil-immersed transformers, and
IEC 60905 for dry-type transformers. The equivalent constant load so determined may be taken
as the rated power of the transformer.
NOTE – The rules above are justified by the considerable thermal time constants of power transformers. In
table 2 of IEC 60146-1-1, a number of conventional load cycle patterns are given, representing different
convertor duties. These load cycles should be verified in accordance with the rules given above.
The load variation pattern shall be included by the purchaser in the transformer specification in
order to determine a suitable value of rated power.
4.2 Rated and service voltages
4.2.1 Transformer energized from an a.c. power system
For a convertor transformer connected to an a.c. power system, the rated voltage shall be as
specified in 4.4 of IEC 60076-1 and in IEC 60076-8.
4.2.2 Transformer energized from a convertor/invertor with or without variable frequency
For a convertor application with a considerably distorted transformer voltage, the rated voltage
shall be the r.m.s value of the sinusoidal fundamental component derived from the Fourier
spectrum of the maximum continuous service voltage.
For applications with such a distorted transformer voltage, or with variable frequency,
information shall be given in the specification concerning the applied voltage under various
service conditions.
NOTE 1 – For the above applications, the amplitude of flux density in the magnetic circuit is the determining
parameter, and not the amplitude of a non-sinusoidal voltage. The value of flux is determined by the voltage-
time integral over a half-cycle. This value will be the maximum value in continuous service. If short-time higher
values of the voltage-time integral exist, they should also be included in the specification, to permit checking
against possible overfluxing.
– 14 – 61378-1 © CEI:1997
Les pertes à vide du circuit magnétique sont relativement faibles. Donc, aucune correction
n’est nécessaire pour la mesure des pertes à vide au regard des harmoniques de tension.
NOTE 2 – L’ondulation correspondante du flux, étant une intégrale par rapport au temps, est relativement plus
petite que les pointes de tension de courte durée.
4.3 Courant assigné
Le courant assigné du transformateur est la valeur efficace de la composante fondamentale du
courant correspondant à la puissance assignée conformément à 4.1.
5 Pertes dues à la charge et chute de tension dans les transformateurs
et bobines d’inductance
La mesure des pertes dues à la charge doit être effectuée avec le courant assigné. Les pertes
dues à la charge garanties doivent faire référence à cette mesure.
Les pertes réelles dues à la charge en service comprennent des pertes additionnelles dues à
la distorsion du courant. Cette valeur doit être calculée en accord avec la procédure de 5.1.
Elle n’est pas garantie, mais doit être fournie à l’acheteur par le fabricant du transformateur.
Les pertes réelles dues à la charge calculées comme ci-dessus doivent être utilisées comme
base pour la détermination des échauffements de l’huile et des enroulements, et pour vérifier
que les températures n’excèdent pas les valeurs permises par la CEI 60076-2 pour les
transformateurs immergés dans l’huile et par la CEI 60726 pour les transformateurs du type
sec.
L’essai de type d’échauffement sur le transformateur, quand il est spécifié, doit prendre en
compte les pertes dues à la charge en service (voir 5.1 et 6.4).
5.1 Détermination des pertes dues à la charge du transformateur en fonction de la distorsion
du courant de charg
...
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