Les transformateurs triphasés, leur exploitation, leur simulation

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Extrait de l’ouvrage « Les transformateurs triphasés, leur exploitation, leur simulation »
Le 31/03/2013 1
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
Triangle
Zigzag
A
B
C
N
A
B
C
N
A
B
C
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.

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 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.
1.2 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 ZdTZo1,1 ZdT. Ils sont donc utilisés lorsqu’il
s’agit de réaliser un neutre direct à la terre (Zo/Zd3) 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 ».

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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 court-
circuit 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 ZoT0,2 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.