Transformateur en zigzag ou transformateur en Y mis à la terre : lequel choisir ?

Les réseaux électriques modernes nécessitent stabilité et sécurité. De nombreuses installations triphasées, commeConnexions Deltaou certaines sorties de générateurs, ne possèdent pas de point neutre naturel, ce qui crée un système non mis à la terre.

L'exploitation d'un système sans mise à la terre est risquée. En cas de défaut à la terre, l'absence de chemin de défaut dégagé peut entraîner de graves problèmes.

Les principaux risques liés aux systèmes non mis à la terre sont les suivants :

• Surtensions transitoires qui mettent à rude épreuve et endommagent l'isolation des équipements.
• La difficulté à détecter et à localiser les défauts à la terre permet leur persistance.
• Augmentation des risques pour la sécurité du personnel en raison des tensions de contact imprévisibles.

La solution consiste à créer un neutre artificiel à l'aide d'un transformateur de mise à la terre.

Cet article compare les deux principales méthodes : le transformateur de mise à la terre en zigzag spécialisé et le transformateur de mise à la terre en étoile conventionnel.

Comprendre le transformateur en zigzag

Qu'est-ce qu'un transformateur en zigzag ?

Un transformateur en zigzag est un appareil spécifique conçu pour fournir un chemin de mise à la terre à un système triphasé non mis à la terre. On l'appelle aussi couramment transformateur de terre en zigzag.

Sa caractéristique principale est un système d'enroulement en étoile interconnecté unique qui fonctionne très différemment des transformateurs de puissance standard.

Comment ça marche

Le principe de base d'un transformateur en zigzag repose sur son comportement en impédance. Il présente une impédance très faible aux courants homopolaires, qui sont des courants de défaut, et une impédance élevée aux courants de séquence positive et négative, qui sont des courants de fonctionnement normaux.

Cela permet au courant de défaut de s'écouler en toute sécurité vers la terre. Un schéma de mise à la terre d'un transformateur montre clairement comment chaque enroulement de phase est divisé et connecté à différentes bornes du noyau, ce qui est très différent d'un simple schéma en triangle ou en étoile.Principes fondamentaux de la mise à la terre des transformateurssont essentielles à leur bon fonctionnement.

En conditions normales, le courant circulant dans le transformateur en zigzag est très faible. Lors d'un défaut à la terre, les courants homopolaires de chaque enroulement s'additionnent, créant ainsi un chemin de faible impédance vers le neutre et la terre.

Principaux avantages de la mise à la terre

La conception d'un transformateur en zigzag offre plusieurs avantages indéniables pour les applications de mise à la terre.

• Rapport coût-efficacité :Lorsqu'aucune charge secondaire n'est nécessaire, un transformateur en zigzag coûte généralement moins cher que l'installation d'un transformateur étoile-triangle complet uniquement pour la mise à la terre.
• Empreinte au sol compacte :Pour une capacité de mise à la terre donnée, la conception en zigzag est plus petite et plus légère, ce qui facilite l'installation dans les espaces restreints.
• Atténuation des harmoniques :La configuration de l'enroulement piège naturellement les harmoniques de rang 3, telles que les 3e, 9e et 15e. Cela se produit car la disposition de l'enroulement annule les flux harmoniques de rang 3, ce qui améliore la qualité globale de l'énergie.

Comprendre l'alternative de Wye mise à la terre

L'alternative à un transformateur en zigzag spécialisé consiste à utiliser le neutre de l'enroulement en étoile d'un transformateur de puissance standard. Cela se fait généralement de deux manières.

Premièrement, si un système possède déjà un transformateur de puissance Delta-Wye, son neutre côté étoile peut être utilisé pour la mise à la terre du système.

Deuxièmement, un transformateur étoile-triangle dédié peut être installé uniquement pour créer un point neutre mis à la terre.

Cette approche est courante dans les nouvelles installations ou sous-stations et se rencontre également danscourant dans les topologies BESS formant un réseaupour les systèmes d'énergies renouvelables. Contrairement à un transformateur en zigzag, la fonction principale de ces unités est souvent la transformation de tension, la mise à la terre étant une fonction secondaire mais néanmoins importante.

Comparaison des configurations en zigzag et en étoile-delta

Le choix entre un transformateur en zigzag et un transformateur en étoile mis à la terre nécessite une compréhension précise des besoins du projet, du budget et des contraintes d'espace. La meilleure solution dépend de l'application spécifique.

Ce tableau permet une comparaison directe des deux approches.

Un cadre de décision pratique

D’après notre expérience, le choix entre un transformateur en zigzag et un transformateur en étoile mis à la terre se résume souvent à trois scénarios courants.

Scénario 1 : Rénovation

Lors de l'ajout d'une mise à la terre à un système Delta existant non mis à la terre, le transformateur zigzag est presque toujours la meilleure solution. Sa taille réduite, son coût inférieur pour une application dédiée et sa simplicité d'installation facilitent son intégration à l'infrastructure existante sans modifications majeures.

Scénario 2 : Nouvelle installation

Pour une nouvelle sous-station ou installation qui a également besoin d'une alimentation électrique pour des éléments tels que l'éclairage, le CVC et les commandes, un transformateur étoile-triangle peut s'avérer plus rentable.

En utilisant le secondaire connecté en étoile pour la mise à la terre et l'alimentation de charges supplémentaires, vous combinez deux fonctions en un seul équipement, ce qui peut réduire les coûts globaux et gagner de la place.

Cela correspond à de nombreuses normesschémas de mise à la terre et de protection du système.

Scénario 3 : Harmoniques supérieures

Dans les systèmes comportant de nombreuses charges non linéaires, comme les variateurs de fréquence ou les onduleurs, le transformateur de mise à la terre en zigzag présente un avantage indéniable. Sa capacité intrinsèque à réduire les harmoniques de rang 3 améliore la qualité de l'énergie et limite l'échauffement harmonique des autres équipements.

Cela en fait un choix privilégié pour les projets d'énergies renouvelables et les usines industrielles modernes, où sonrôle essentiel dans les réseaux électriques modernesest bien reconnue.

Conclusion : Le bon choix

Le choix entre un transformateur en zigzag et un transformateur en étoile mis à la terre constitue une décision d'ingénierie importante. Les transformateurs en zigzag offrent une solution ciblée et très efficace pour la mise à la terre, tandis que les transformateurs en étoile sont plus flexibles lorsqu'une transformation de tension est également nécessaire.

En définitive, le choix du transformateur de mise à la terre adéquat représente un investissement essentiel pour la sécurité des systèmes, la protection des équipements et la fiabilité de leur fonctionnement. Que votre projet exige les performances ciblées d'un transformateur en zigzag ou une solution en étoile avec mise à la terre directe, il est primordial de collaborer avec un fabricant expérimenté.