Transformateur QDTB®
All figures are configurator-generated feasibility-level estimates; drawings are schematic deliverables pending refinement by a licensed design institute, not construction documents.
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4 MW d'énergie hydrogène vert : alimentation 35 kV N+1 + APF 4055 A + analyse approfondie SVG

2×SCB13-4000/35 N+1 · APF 4055 A + SVG ±1 Mvar + PFC 1000 kvar · 35 kV · THDi 88% traité

1 · TL;DR Conclusion

Conclusion : cette installation d'hydrogène vert de 4 MW utilise une double alimentation 35 kV + 2 transformateurs secs SCB13-4000/35 (N+1) + un filtre actif de puissance (APF) de 4055 A + un SVG de ±1 Mvar + une PFC de 1000 kvar. Le THDi du redresseur de 88 % est traité pour être conforme ; total du configurateur ≈ 1 524 603 $ (APF tarifé selon l'application), défaut BT 69,56 kA → 80 kA de pouvoir de coupure (niveau de faisabilité).

  • •2 transformateurs secs de 4000 kVA N+1 ; charge de 84 % après la perte d'une unité (validé), transfert en 2 s ≤ 15 s autorisé
  • •Charge du redresseur de l'électrolyseur 3500 kW (88 % non linéaire), THDi 88 % → 4055 A APF + ±1 Mvar SVG + 1000 kvar PFC
  • •Démarrage du compresseur/pompe VFD de 500 kW, SVG de ±1 Mvar supprime le scintillement de tension
  • •Défaut BT 69,56 kA → bus MNS 4000 A, pouvoir de coupure 80 kA ; MT 35 kV à 25 kA
  • •≈2 917 501 kWh/an de pertes (489 427 $/an)

2 · Solution Overview

La charge principale d'une usine d'hydrogène vert est le redresseur de l'électrolyseur : purement non linéaire, important et continu, donc les harmoniques sont le problème principal, tandis que les auxiliaires de VFD ajoutent un impact et des variations réactives. Ce schéma associe une alimentation 35 kV + transformateurs N+1 + filtrage actif + VAR dynamique pour construire une alimentation à haute puissance, faible harmonique et haute continuité.

2×4000 kVA (SCB13, N+1)
Transformateur
35 kV double
Alimentation
3500 kW (88 % non linéaire)
Charge du redresseur
500 kW (VFD)
Auxiliaires du VFD
APF 4055 A + SVG ±1 Mvar
Atténuation des harmoniques
80 kA (69,56 kA)
Coupure BT
3200 kW
Demande
$1,524,603
Total
SourceRoleShare kWShare
Grid 35 kVbase3200 kW100%

3 · Design Process & Rationale

1. Identification des besoins

Une usine d'hydrogène de 4 MW = redresseur d'électrolyseur de 3500 kW (purement non linéaire) + auxiliaires VFD de 500 kW (compresseur H2, pompes de refroidissement). Continu, sensible aux harmoniques — un cas classique de charge non linéaire de forte puissance.

2. Classification et catégorisation des charges

Ensemble du site en grade 2 (loadGrade2=4000) ; non linéaire 88 % (3500/4000), impact 500 kW (démarrage VFD). Demande 3200 kW (Kd=0,8).

3. Choix du niveau de tension

La charge continue de 4 MW dépasse la livraison économique à 10 kV → alimentation à 35 kV (appareillage MT KYN61-40.5) pour réduire le courant de ligne et les pertes.

4. Dimensionnement du transformateur

3200 kW ÷ 0,8 PF = 4000 kVA ; N+1 → 2×SCB13-4000/35 de type sec (intérieur, sécurité incendie, faible bruit), 84 % de charge après perte d'une unité.

5. Atténuation des harmoniques et des réactifs

THDi du redresseur ≈ 88 %, bien au-dessus de la limite → filtre actif APF de 4055 A pour éliminer le THDi ; impact VFD + variations de VAR → SVG de ±1 Mvar ; réactif de base → condensateurs de 1000 kvar avec réacteurs désaccordés.

6. Protection et coupure

Courant de défaut BT 69,56 kA (grand transformateur sec de 4000 kVA) → appareillage BT de 80 kA ; MT 8,2 kA → 25 kA. Gradation de surintensité multiniveau 0,3/0,2 s, sélectivité 13,6× satisfaite.

7. Secondaire et surveillance

Communications 61850 + auxiliaire CC + SCADA pour la température redresseur-transformateur, l'état APF/SVG et la surveillance en temps réel de la qualité de l'énergie afin de maintenir la production d'hydrogène en continu.

Pain Points → Solution → Evidence

Pain

Les harmoniques du redresseur de l'électrolyseur déclenchent le réseau et déclassent les transformateurs

Solution

Filtre actif APF 4055 A + réactances de désaccord + guide de redresseur 12 pulses

Evidence

V6 : THDi 88 % traité pour passer par APF

Pain

Les auxiliaires du VFD provoquent un impact de démarrage et des variations de VAR → scintillement de tension

Solution

SVG dynamique VAR ±1 Mvar (réponse <10 ms)

Evidence

Impact VFD 500 kW → réponse rapide du SVG ; 70 000 $ dans la nomenclature

Pain

Une seule défaillance à 4 MW met toute l'usine hors tension

Solution

Alimentations doubles 35 kV + transformateurs doubles N+1 + transfert automatique

Evidence

Passage N-1 (84 % après perte d'une unité), transfert en 2 s ≤ 15 s

Pain

Le fonctionnement continu implique un coût énergétique élevé lié aux pertes

Solution

Mise à niveau amorphe SH15 + gestion de la mesure côté HT

Evidence

489 427 $/an de pertes

4 · Key Parameter Deep-Read

ParameterValueBasisImpact & Boundary
Puissance du transformateur4000 kVA ×2 (SCB13, 35 kV)3200 kW ÷ 0,8 FP = 4000 kVA ; N+1 → 2 unités sèchesCharge à 84 % ; le type sec est ignifuge et peu bruyant en intérieur
Au-delà d'environ 3800 kVA de demande, passer à 5000/6300
Tension d'entrée35 kVLa charge continue de 4 MW dépasse la livraison économique à 10 kVCourant MT seulement 66 A, forte réduction des pertes et chutes en ligne
Nécessite un point de fourniture 35 kV, sinon abaisser sur site
Atténuation des harmoniquesAPF 4055 A + réactances désaccordéesTHDi du redresseur 88 %, ordres caractéristiques 6 pulsations 5/7/11/13THDi conforme, protège transformateur et comptage
APF 4055 A tarifé selon application ; recommander redresseur 12 pulsations
VAR dynamiqueSVG ±1 MvarImpact du VFD 500 kW + variations de VARRéponse <10 ms supprime le scintillement de tension
Étagé avec condensateurs 1000 kvar (SVG rapide + condensateurs en régime permanent)
Coupure BT80 kA (Icu)Courant de défaut BT 69,56 kAJeu de barres MNS 4000 A, marge de coupure 1,1×
Confirmer le niveau de défaut réel du système avec le réseau
Coupure MT25 kA (Icu)Courant de défaut HT 8,2 kAAppareillage à vide KYN61-40.5, marge 3×
Le côté 35 kV nécessite des réglages de protection dédiés
Pertes annuelles2 917 501 kWh (489 427 $)Charge 84 % + pertes en ligne (88 % non linéaire amplifie)Domine l'opex et motive la mise à niveau amorphe
La perte réelle sous harmoniques dépasse l'estimation fondamentale — mesurer sur site

5 · Drawing Deep-Read

Dwg 3/23Schéma unifilaire — 35 kV double → 2×SCB13-4000/35 → bus BT MNS 4000 A → redresseur/électrolyseur + départs auxiliaires VFD
Why: Le SLD relie le squelette d'alimentation : alimentations doubles 35 kV + transformateurs doubles N+1 + bus BT 4000 A, avec redresseur et auxiliaires VFD sur des départs séparés — la source structurelle d'une alimentation continue de forte puissance.
Dwg 12/23Évaluation de la qualité de l'énergie — THDi redresseur 88% · ordres 6 pulsations 5/7/11/13 · traité par APF
Why: Les harmoniques sont ici une métrique de conformité réseau stricte : les ordres caractéristiques 5/7/11/13 du redresseur 6 pulsations poussent le THDi ≈ 88% bien au-delà de la limite — la base quantifiée pour l'APF de 4055 A et un point de risque de mesure.
Dwg 19/23Compensation réactive et harmonique — APF 4055 A + SVG ±1 Mvar + condensateurs 1000 kvar
Why: Trois étages aux rôles distincts : condensateurs 1000 kvar pour le VAR de base, SVG ±1 Mvar pour l'impact/flicker VFD, APF 4055 A pour éliminer les harmoniques du redresseur — la coopération par étages est le locus de la qualité de l'énergie.
Dwg 8/23Calcul de court-circuit — BT 69,56 kA / MT 8,2 kA · coupure BT 80 kA / HT 25 kA
Why: Le transformateur sec 4000 kVA + grand bus poussent le courant de défaut BT à 69,56 kA, forçant directement une coupure de 80 kA — le courant de défaut quantifie la ligne rouge de sécurité de capacité de coupure des équipements.
Dwg 14/23Configuration de protection — Surintensité 50/51 + communications 61850 · gradation 0,3/0,2 s · sélectivité 13,6×
Why: Une usine d'hydrogène craint qu'un seul défaut ne mette le site hors tension : gradation multiniveau + communications haute vitesse 61850 garantissent qu'un défaut du redresseur en aval ne déclenche que son départ tandis que l'amont tient 0,3 s, avec 13,6× assurant la gradation.

The following drawings are shown for reference (full set in the configurator “View design document”):

Dwg 1 · Base de conception électriqueDwg 2 · Légende des symbolesDwg 4 · Diagramme de topologie du systèmeDwg 5 · Système de distributionDwg 6 · Système de distribution moyenne tensionDwg 7 · Système de distribution basse tensionDwg 9 · Codes et normes applicablesDwg 10 · Données techniques de l'équipement principalDwg 11 · Exigences de construction et d'essaisDwg 13 · Architecture SCADADwg 15 · Courbe de coordination de protection TCCDwg 16 · Système de mise à la terreDwg 17 · Protection contre la foudre et les surtensions (LPS/SPD)Dwg 18 · Plan d'implantation des équipementsDwg 20 · Circuit de commande secondaire et de signalisationDwg 21 · Bornier (panneaux de protection et de contrôle)Dwg 22 · Disposition frontale du panneau et schéma du panneauDwg 23 · Système d'alimentation auxiliaire CC

6 · Operation Demo (Deep-Read)

Flux d'énergie

Entrée 35 kV → transformateurs doubles (charge 84%) → bus BT 4000 A → redresseur/électrolyseur 3200 kW + auxiliaires VFD ; perte système 333,05 kW (10,41%), dont ligne 317,52 kW et transformateur 15,53 kW — la perte élevée sous harmoniques est évidente.

Qualité de l'énergie et harmoniques

Les ordres 6 pulsations 5/7/11/13 dominent, THDi 88% ; l'APF 4055 A élimine le THDi, le SVG ±1 Mvar supprime le flicker et les condensateurs 1000 kvar couvrent les VAR de base — trois étages amènent le THDi à passer.

Défaut et protection

Répète la coupure de 80 kA sous un défaut BT de 69,56 kA plus une gradation multiniveau (aval 0,1 s, amont 0,3 s), avec 61850 et auxiliaire CC — un seul défaut ne s'aggrave jamais.

Perte et coût

2 917 501 kWh/an (489 427 $).

Other views (shown): LCC (coût du cycle de vie) · Profil de tension · Caractéristiques du schéma · Déclassement environnemental

7 · Economics & Payback

Équipement total ≈ 1 524 603 $ (l'APF de 4055 A est tarifé sur demande) ; pas de PV/BESS donc pas de modèle de retour sur production. L'économie se concentre sur l'exploitation : 2 917 501 kWh/an de pertes (489 427 $/an). Le SVG à 70 000 $ et le PFC à 27 000 $ sont des investissements ponctuels qui achètent la conformité harmonique du réseau et la fiabilité en fonctionnement continu.

1 524 603 $
Total des équipements
489 427 $
Coût annuel des pertes
69,56 kA
Niveau de défaut BT
5,86 cal/cm² (Cat 2)
Énergie d'arc électrique

8 · FAQ

Quelle taille de transformateur pour une usine d'hydrogène de 4 MW ?
3200 kW ÷ 0,8 = 4000 kVA → palier de 4000 kVA ; N+1 utilise 2 transformateurs secs SCB13-4000/35, 84 % de charge après la perte d'une unité.
Pourquoi une alimentation de 35 kV au lieu de 10 kV ?
La charge continue de 4 MW dépasse la livraison économique à 10 kV ; à 35 kV, le courant MT n'est que de 66 A, réduisant fortement les pertes de ligne et la chute — nécessite un point d'alimentation de 35 kV.
Comment sont gérés les harmoniques du redresseur ?
Le redresseur 6 pulses de l'électrolyseur donne un THDi ≈ 88 %, bien au-dessus de la limite ; un filtre actif APF de 4055 A l'élimine. Un redresseur 12 pulses est recommandé pour réduire les 5e/7e à la source.
Quelle est la différence entre SVG et condensateurs ?
Les condensateurs de 1000 kvar couvrent le VAR de base en régime permanent ; le SVG de ±1 Mvar répond en <10 ms pour supprimer l'impact du VFD et le scintillement — les deux sont étagés ensemble.
Que se passe-t-il en cas de coupure de courant ?
Double alimentation 35 kV + transformateurs N+1 + transfert automatique : 84 % de charge après la perte d'une unité, un transfert de 2 s maintient la production d'hydrogène continue.
Combien coûte le schéma ?
≈ 1 524 603 $ (APF de 4055 A tarifé sur demande), incluant 2 transformateurs secs de 4000 kVA, appareillage MT/BT, SVG, PFC et systèmes secondaires.
Les pertes d'exploitation sont-elles élevées ?
2 917 501 kWh/an (489 427 $).
Quel est le niveau de défaut BT et le pouvoir de coupure ?
BT 69,56 kA → coupure 80 kA ; MT 8,2 kA → 25 kA.
Les transformateurs de redresseur et d'isolement sont-ils dans le devis ?
Non — ils appartiennent au package de l'électrolyseur / à une conception spécialisée. Le configurateur modélise uniquement la distribution CA + l'atténuation des harmoniques ; ces transformateurs sont coordonnés avec le fabricant de l'électrolyseur.

Special Considerations

  • Le transformateur redresseur et le transformateur d'isolement (pour le bus DC de l'électrolyseur) relèvent du périmètre du package électrolyseur / conception spécialisée — le configurateur modélise la distribution AC 35 kV→0,4 kV ainsi que l'atténuation des harmoniques, et ne chiffre PAS les transformateurs redresseur/isolement eux-mêmes.
  • L'APF de 4055 A est un calibre extra-large chiffré à l'application (exclu du total) ; préférez un redresseur 12 pulses pour supprimer les 5e/7e à la source et réduire fortement la taille de l'APF.
  • Les pertes du transformateur sous harmoniques dépassent l'estimation fondamentale — pour un service continu, utilisez un transformateur à facteur K ou une marge supplémentaire, et vérifiez le THDi par mesure.
  • Le défaut BT de 69,56 kA nécessite un pouvoir de coupure de 80 kA ; arc flash 5,86 cal/cm² (Cat 2) — une étude formelle IEEE 1584 est requise avant la sélection des EPI.
  • Estimation au niveau de faisabilité ; les plans sont en attente d'un institut de conception agréé. La sélection redresseur/isolement/bus DC doit être coordonnée avec le fabricant d'électrolyseurs.

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