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Les transformateurs de mise à la terre (transformateurs en zigzag) fournissent un point neutre pour la mise à la terre dans les réseaux électriques triphasés à trois fils.

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Transformateur Zig Zag

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Le transformateur de mise à la terre, communément appelé « transformateur en zigzag », est un transformateur spécialisé utilisé pour fournir un point neutre de mise à la terre dans les réseaux électriques triphasés à trois fils qui ne disposent pas d'un neutre accessible. Il crée un neutre artificiel, permettant ainsi de raccorder le neutre du réseau directement à la terre ou via une impédance de mise à la terre, telle qu’une résistance de mise à la terre du neutre (NGR) ou une bobine de mise à la terre du neutre (NGRa).

Contrairement aux transformateurs classiques, un transformateur en zigzag n’est pas destiné à alimenter des charges électriques. Ses fonctions principales sont la mise à la terre du réseau, le contrôle du courant de défaut et la stabilisation de la tension.

Principe de fonctionnement
Dans un réseau triphasé équilibré :
· Les trois courants de phase sont égaux et déphasés de 120°.
·La disposition des enroulements fait que les flux magnétiques s’annulent mutuellement.
·Le transformateur ne consomme qu’un faible courant de magnétisation.

Lors d’un défaut unique phase-terre :
1. Le courant de défaut à la terre circule à travers le transformateur.
2. L’enroulement en zigzag fournit un chemin de retour pour le courant de séquence zéro.
3. Le point neutre reste stable.
4. Les relais de protection détectent le défaut et isolent le circuit concerné.

Structure de l’enroulement en zigzag
Le transformateur comporte :
· Trois branches
· Deux enroulements interconnectés par branche
·Chaque enroulement transporte la moitié de deux enroulements de phases différentes
·Enroulements connectés en zigzag

Cette configuration :
·Produit une tension négligeable dans des conditions équilibrées
·Fournit un chemin à faible impédance pour les courants de séquence zéro
·Empêche les courants de séquence positive et négative de circuler par le neutre

Composants principaux

Noyau magnétique
·Noyau en acier au silicium CRGO
·Construction à trois ou cinq branches
·Conception laminée à faibles pertes

Enroulements
·Conducteurs en cuivre ou en aluminium
·Disposition des enroulements interconnectés en zigzag
·Conçus pour supporter les courants de défaut à la terre

Borne de neutre
·Point neutre artificiel
Peut être :
·Mise à la terre directe
·Mise à la terre par résistance
·Mise à la terre par réactance

Système de refroidissement
Modèles à bain d’huile :
·ONAN – Huile, refroidissement naturel par air
·ONAF – Huile, refroidissement naturel par air forcé
Modèles à sec :
·AN – Refroidissement naturel par air
·AF – Refroidissement par air forcé

Caractéristiques techniques types
·Tension du système : 3,3 kV – 66 kV (autres tensions disponibles)
·Puissance nominale : 50 kVA – 10 MVA
·Fréquence : 50 Hz / 60 Hz
·Refroidissement : ONAN, ONAF, AN, AF
·Mise à la terre du neutre : par conducteur, par résistance ou par réacteur
·Classe d’isolation : A, F ou H
·Durée admissible de court-circuit : généralement 10 à 60 s

Caractéristiques principales
·Crée un neutre artificiel
·Fournit un chemin pour le courant de défaut à la terre
·Améliore la stabilité du réseau
·Réduit les surtensions transitoires
·Facilite le fonctionnement des relais de protection
·Conception compacte et économique
·Haute capacité de résistance aux courts-circuits
·Pertes minimales dans des conditions de fonctionnement normales

Applications
·Réseaux électriques industriels moyenne tension
·Exploitations minières
·Usines pétrochimiques
·Parcs éoliens
·Centrales solaires
·Postes de distribution des réseaux publics
·Mise à la terre du neutre des générateurs
·Plates-formes offshore
·Centres de données
·Stations de traitement de l’eau et des eaux usées

Avantages
·Permet la mise à la terre en l’absence de neutre
·Améliore la sécurité du personnel et des équipements
·Limite les surtensions causées par les défauts à la terre
·Permet une protection sélective contre les défauts
·Compatible avec les résistances et les réacteurs de mise à la terre du neutre
·Faibles besoins d’entretien
·Fonctionnement fiable à long terme

Considérations de conception
Lorsqu’ils choisissent un transformateur de mise à la terre, les ingénieurs prennent généralement en compte :
·La tension du réseau
·Le niveau du courant de défaut à la terre
·La durée du défaut (par exemple, 10 s, 30 s ou 60 s)
·La méthode de mise à la terre (directe, par résistance ou par réacteur)
·Le niveau d’isolation (BIL)
·Le mode de refroidissement
·L’installation en intérieur ou en extérieur
·Conditions environnementales

Normes applicables
Parmi les normes internationales courantes, on peut citer :
·CEI 60076 – Transformateurs de puissance
·IEEE C57.32 – Exigences, terminologie et code d’essai pour les dispositifs de mise à la terre du neutre
·Série IEEE C57.12 – Exigences générales relatives aux transformateurs
·Spécifications de mise à la terre propres aux réseaux de distribution et aux clients

Installation type
Une installation type de transformateur de mise à la terre comprend :
·Appareillage de moyenne tension
·Transformateur en zigzag
·Résistance de mise à la terre du neutre (NGR) ou réacteur de mise à la terre du neutre
·Transformateur de courant du neutre (TC)
·Relais de protection contre les défauts à la terre
·Parafoudres
·Raccordement au réseau de mise à la terre
·Équipements de surveillance et de contrôle

Résumé
Un transformateur de mise à la terre (en zigzag) est un transformateur spécialisé conçu pour établir un point neutre stable dans les réseaux triphasés qui en sont dépourvus. En fournissant un chemin contrôlé pour les courants de séquence zéro et de défaut à la terre, il renforce la sécurité du réseau, les performances des relais de protection et la stabilité de la tension. Les transformateurs en zigzag sont largement utilisés dans les installations industrielles, les centrales d'énergies renouvelables et les réseaux de distribution des services publics où une mise à la terre efficace est essentielle.