[email protected] Extrait de l’ouvrage « Les transformateurs triphasés, leur exploitation, leur simulation » 1.1 Le couplage des enroulements 1.1.1 Présentation Les transformateurs sont réalisés à partir de trois types de couplage Le couplage étoile Le couplage triangle Le couplage Zigzag Figure 04-Couplages des enroulements d’un transformateur Etoile Zigzag Triangle A A A B B B C C C N N Le couplage est représenté par une lettre majuscule s’il s’agit d’un primaire et d’une lettre minuscule s’il s’agit d’un secondaire ou d’un tertiaire. Un neutre accessible est représenté par les lettres « N » et « n » suivant l’enroulement concerné. Y-yn : Le primaire est couplé en étoile sans neutre, le secondaire est couplé en étoile avec un neutre. -yn ou D-yn: Le primaire est couplé en triangle, le secondaire est couplé en étoile avec un neutre sorti. YN-zn : Le primaire est couplé en étoile avec neutre accessible, le secondaire est couplé en zigzag avec neutre sorti. YN-yn-d : Le primaire et le secondaire sont couplés en étoile avec leur neutre accessible, le tertiaire est couplé en triangle. Les couplages les plus utilisés sont l’étoile et le triangle. Le couplage zigzag est réservé à quelques cas particuliers réservés aux transformateurs de faible puissance. Le choix et la position des différents couplages dépendent de l’utilisation du transformateur. 1.1.2 Les raisons d’un choix Ce n’est certainement pas par habitude ou pour des raisons idéologiques ou bien encore économiques que les concepteurs utilisent de préférence un couplage plutôt qu’un autre. Certes, la mémoire technique s’est parfois estompée mais quoi qu’il en soit, le choix repose sur des raisons objectives et cohérentes. Le choix du couplage est déterminé par la nécessite de maîtriser les perturbations à la fréquence industrielle et aux fréquences d’harmoniques multiples de trois. Lorsque le réseau est exploité avec un neutre direct à la terre, on utilise un transformateur répondant à la condition ZoT/ZdT <3. Les transformateurs sont des sources de tensions harmoniques. Il convient de les maîtriser. Le cas de l’harmonique 3 et de ses multiples doivent cependant être traité d’une manière particulière. C’est ainsi que les transformateurs sont classés suivant leurs fonctions. Le 31/03/2013 1 [email protected] Extrait de l’ouvrage « Les transformateurs triphasés, leur exploitation, leur simulation » 1.2 Transformateurs des centrales de production: L’enroulement connecté à la machine est couplé en triangle. Transformateurs de distribution HTA/BT : L’enroulement HTA est couplé en triangle. L’enroulement BTA est généralement couplé en étoile avec le neutre sorti afin d’alimenter les charges monophasées Les transformateurs HTB/HTA comportant un régleur ont leur primaire généralement couplé en étoile (le régleur est inséré coté neutre) Les transformateurs d’interconnexion alimentant les réseaux de répartitions HTB. En fonction de la tension du réseau secondaire, ils ont un couplage YN-d (225 kV/63 kV) ou YN-yn-d (225 kV/90 kV/10 ou 20 kV). Les transformateurs de point neutre ont des couplages ZN-yn ou YN-d. Les propriétés des couplages On examine le comportement des transformateurs dans la transmission des perturbations dans les domaines des fréquences industriel et harmoniques. 1.2.1 Les transformateurs étoile-étoile Les transformateurs comportant des enroulements couplés en étoile permettent de créer et d’accéder au neutre du réseau. Les transformateurs Yy ont la propriété de transmettre les harmoniques de rangs 3 et multiples de 3 provenant des réseaux secondaires et susceptibles de provoquer des perturbations sur les réseaux primaires. Les transformateurs à « flux libre » parce qu’ils ont une impédance homopolaire très grande (ZoT>5000ZdT) sont d’excellent transmetteurs de perturbations harmoniques vers les ouvrages du réseau primaire ou vers les alternateurs. Ces transformateurs ne peuvent pas réaliser la mise à la terre d’un neutre. Les transformateurs Yy à « flux forcé » qui présente une impédance homopolaire plus faible telle que 6 ZdT<ZoT<15 ZdT, transmettent des taux moins élevés de perturbation harmonique et modèrent les courants de défaut à la terre. Par contre, par ce qu’ils sont souvent utilisés pour obtenir le point neutre du réseau, ils sont susceptibles de créer des déplacements de point neutre1 qui peuvent être importants. Lorsque les neutres primaire et secondaire sont reliés simultanément à la terre, ils transmettent les déséquilibres homopolaires du primaire vers le secondaire et inversement. Ces transformateurs sont utilisés sur des réseaux exploités avec un neutre impédant (Zo/Zd>3). 1.2.2 Les transformateurs comportant un enroulement triangle Les transformateurs comportant des enroulements couplés en triangle présentent, vue de l’enroulement étoile, une impédance homopolaire de faible valeur telle que 0,8 ZdTZo1,1 ZdT. Ils sont donc utilisés lorsqu’il s’agit de réaliser un neutre direct à la terre (Zo/Zd3) et de maîtriser les déplacements de point neutre sur des déséquilibres homopolaires. De ce fait, les courants de défaut à la terre sur le réseau connecté à l’étoile ne sont que faiblement limités. 1 Ces notions sont développées dans le livre « Les régimes de neutre et les schémas des liaisons à la terre ». Le 31/03/2013 2 [email protected] Extrait de l’ouvrage « Les transformateurs triphasés, leur exploitation, leur simulation » Ils sont utilisés pour alimenter des réseaux à fort déséquilibre homopolaire tels que les réseaux BT alimentant des charges monophasées déséquilibrées et asynchrones. Les transformateurs Yyd à flux libre sont parfois utilisés pour alimenter des réseaux de distribution HTA. Les transformateurs Yyd à flux forcé alimentent les réseaux de répartition HTB et les postes d’interconnexion des réseaux de transport. Ces transformateurs permettent de cumuler les avantages d’un transformateur Yy et d’un transformateur y pour un surcout de 15% environ. Le dimensionnement d’un tertiaire est fixé par la valeur des courants de courtcircuit susceptible d’apparaitre dans le tertiaire. C’est ainsi que la puissance de ce tertiaire est le tiers de la puissance du transformateur. Il faut également noter que le tertiaire d’un transformateur d’interconnexion est souvent utilisé pour alimenter un transformateur de service auxiliaire qui crée le point neutre du tertiaire et assure sa mise à la terre constituant ainsi une protection de tertiaire. Il faut noter que ce transformateur est couplé en étoile au primaire et en zigzag au secondaire avec les neutres sortis. Les appareils comportant un enroulement triangle sont utilisés également pour créer et mettre à la terre le neutre d’un réseau. Ils sont alors constitués d’un circuit magnétique à flux libre (générateur homopolaire) ou équipés de shunts magnétiques (TPN). L’enroulement couplé en triangle ne permet pas d’accéder au neutre du réseau. Il faut donc le créer, si besoin est, par un moyen extérieur (TPN, BPN ou générateur homopolaire) L’enroulement en triangle permet de court-circuiter les harmoniques de rangs 3 et multiples de 3. Le transformateur agit alors comme un filtre d’harmoniques pour celles-ci 1.2.3 Les transformateurs comportant un enroulement zigzag Le couplage zigzag présente une impédance homopolaire (vue de l’enroulement zigzag) très faible telle que ZoT0,2 ZdT. Ils sont donc préférés lorsqu’il d’alimenter des charges monophasées fortement déséquilibrées. Sur un réseau alimenté par un enroulement zigzag, le courant de court-circuit dans les phases est maximal pour un défaut monophasé. Le courant de défaut à la terre est maximal pour un court-circuit biphasé à la terre2. Ces transformateurs sont également utilisés pour réaliser une protection de point neutre d’un tertiaire de transformateur d’interconnexion. 2 Ce point est développé dans le livre » les régimes de neutre et les schémas des liaisons à la terre. Le 31/03/2013 3