Les opérateurs mondiaux de distribution d'électricité accélèrent la mise à niveau de leurs équipements pour construire des réseaux intelligents à faibles pertes et de haute précision, et les matériaux magnétiques des noyaux sont devenus un facteur décisif dans l'optimisation des performances des transformateurs de courant moyenne tension. Dans un projet de rénovation de réseau urbain récemment achevé dans l'est de la Chine, les équipes d'ingénierie ont remplacé les noyaux en acier au silicium par un noyau en fer nanocristallin personnalisé pour tous les transformateurs de courant inférieurs à 35 kV installés dans les unités principales en anneau et les sous-stations compactes, obtenant ainsi des améliorations remarquables en termes de consommation d'énergie, de précision des mesures et de stabilité opérationnelle à long terme, établissant ainsi une référence reproductible pour la transformation des réseaux de distribution moyenne tension dans le monde entier.
Pour bien comprendre la valeur apportée par le noyau de fer nanocristallin, il est nécessaire de trier les connaissances de base de l'industrie en matière de conception de transformateurs de courant moyenne tension. Un transformateur de courant remplit deux missions principales dans les systèmes électriques : un comptage précis pour le règlement de l'électricité et la collecte de signaux de courant en temps réel pour la protection contre les défauts de relais. Le noyau magnétique interne détermine l’efficacité globale et la précision de l’équipement. Les noyaux traditionnels laminés en acier au silicium dominent les équipements de distribution en dessous de 35 kV depuis des décennies, mais ils exposent des défauts évidents dans les conditions modernes d'exploitation du réseau. Les nouvelles sources d'énergie distribuées telles que les installations photovoltaïques sur les toits et les petites éoliennes injectent des courants harmoniques massifs dans les lignes moyenne tension ; les fluctuations fréquentes de la charge obligent également les transformateurs de courant à fonctionner sous des charges alternées lourdes et légères. Les matériaux en acier au silicium présentent une perte de noyau élevée à moyenne fréquence, une faible perméabilité magnétique initiale et un risque de saturation magnétique important, qui déclenchent facilement des erreurs de mesure dépassant la classe 0,5, une élévation excessive de la température à l'intérieur des armoires électriques et une réponse de protection retardée en cas de défauts de court-circuit, limitant considérablement le fonctionnement à haute efficacité de l'ensemble du réseau de distribution.
Le noyau de fer nanocristallin, fabriqué via des processus de trempe ultra-rapide et de recuit précis à haute température, forme une structure de grain cristallin ultra-fin à l'échelle nanométrique à l'intérieur de rubans d'alliage à base de fer, formant un avantage de performance complet par rapport à l'acier au silicium et au permalloy. Sa structure de ruban ultra-mince de 25 μm réduit considérablement les pertes par courants de Foucault ; la perméabilité relative atteint 120 000 à 150 000, ce qui minimise la consommation d'énergie d'excitation et réalise une conversion d'énergie magnétique à haut rendement dans le circuit magnétique du transformateur de courant. Parallèlement, l'induction magnétique de saturation de 1,25 T permet aux concepteurs de réduire le volume du noyau de près de 30 % sans sacrifier la capacité de flux, résolvant ainsi le problème de limitation d'espace des appareillages compacts inférieurs à 35 kV. Le matériau maintient des performances magnétiques douces et stables dans une large plage de températures allant de -55 ℃ à 130 ℃, évitant ainsi l'atténuation des performances causée par l'accumulation de chaleur à long terme dans les armoires, ce qui constitue un avantage important pour les sous-stations extérieures de type boîte et les salles de distribution d'énergie urbaines densément aménagées.
Le projet de modernisation des sous-stations urbaines de l'est de la Chine couvre 28 ensembles d'armoires de distribution compactes de 10 kV à 35 kV, desservant des communautés résidentielles, des complexes commerciaux et des stations photovoltaïques distribuées avec une charge d'alimentation totale de 180 MVA. Avant la rénovation, l'équipe d'exploitation et de maintenance a signalé de fréquents écarts de mesure anormaux lors des pics de production d'énergie photovoltaïque, et la température de surface du transformateur de courant à noyau en acier au silicium dépassait souvent 85 ℃ à pleine charge. L'équipe d'ingénierie a adopté un noyau de fer nanocristallin toroïdal personnalisé pour le CT moyenne tension, associé à un processus d'encapsulation sous vide époxy pour renforcer l'isolation et les performances anti-vibrations. Après 6 mois de suivi continu des données d'exploitation sur site, plusieurs indicateurs clés ont atteint une optimisation révolutionnaire. La perte à vide de chaque transformateur de courant inférieur à 35 kV a chuté de 68 %, réduisant directement la consommation d'énergie auxiliaire de la station de distribution et augmentant l'indice global de haute efficacité de l'alimentation électrique. La précision des mesures est restée stable à la classe 0,2S, même en dessous d'une distorsion harmonique de 20 %, éliminant ainsi les conflits historiques en matière de comptage d'électricité causés par des signaux d'échantillonnage inexacts. La température de fonctionnement maximale des unités CT a diminué à 62 ℃, prolongeant considérablement la durée de vie des matériaux d'isolation des enroulements secondaires et réduisant de 42 % les coûts annuels de main-d'œuvre de maintenance et de remplacement des composants.
Les fabricants d'équipements participant au projet ont déclaré que la barrière de promotion du noyau de fer nanocristallin dans le transformateur de courant inférieur à 35 kV résidait dans la cohérence du traitement personnalisé et la capacité d'approvisionnement de masse. Avec la maturité des lignes de production nationales intelligentes d'enroulement de ruban et de traitement thermique automatique, les produits à noyau nanocristallin standardisés correspondant à toutes les spécifications CT courantes inférieures à 35 kV ont atteint une livraison stable en grand volume, et le coût global du cycle de vie est inférieur à celui des noyaux en permalloy, présentant des avantages économiques exceptionnels pour les projets de rénovation de réseau à grande échelle.
Les analystes du secteur ont souligné qu'à mesure que les pays déploient des plans de réseaux électriques neutres en carbone, les réseaux de distribution moyenne tension inférieurs à 35 kV ouvriront la voie à une nouvelle vague de construction et de rénovation. Les matériaux de noyau magnétique à haut rendement et à faibles pertes, représentés par un noyau de fer nanocristallin, remplaceront progressivement l'acier au silicium traditionnel comme configuration standard des transformateurs de courant de nouvelle génération. Le cas pratique de cette sous-station urbaine vérifie pleinement que la mise à niveau des matériaux magnétiques du noyau est une voie technique à faible apport et à haut rendement pour améliorer la fiabilité et le niveau d'économie d'énergie des équipements de distribution d'énergie moyenne tension, fournissant une référence technique claire aux opérateurs de réseau électrique, aux intégrateurs d'appareillage de commutation et aux fournisseurs de matériaux magnétiques du monde entier.
