Lorsque l'entreprise exploitante d'un site minier en Australie occidentale a décidé d'agrandir l'installation de traitement, l'ingénieur électricien a été confronté à un problème qu'il avait l'habitude de résoudre. Le transformateur principal utilisé sur le site était un transformateur ordinaire car ses phases à trois fils signifiaient que le neutre n'était pas disponible. L'entité avait besoin de neutre pour une procédure de protection de courant de l'équipement de concassage ainsi que pour l'alimentation électrique de 240 volts pour l'électricité et l'approvisionnement en eau de l'usine. La décision correcte a été de ne pas remplacer le transformateur, qui était une unité de 10 MVA fonctionnant bien depuis quinze ans. L'entreprise a décidé d'opter pour un transformateur delta, qui était un transformateur delta étoile avec un neutre artificiel, capable de fournir une protection de ligne ainsi que l'alimentation auxiliaire nécessaire au site. Avec l'installation du transformateur delta, le neutre a été établi, permettant ainsi à l'usine de commencer ses opérations à temps. Le choix du bon transformateur delta dépend de la structure de bobinage appliquée : connexion delta-delta ou combinaison complètement différente.
Résumé : Les transformateurs delta sont ceux dans lesquels l'une des bobines ou les deux sont connectées sous forme delta. Delta fait référence à une configuration de triangle fermé, où chaque bobine de phase est connectée à son extrémité avec la suivante. Dans les transformateurs delta, la tension de la ligne est égale à la tension de la phase.
Ce qu'est une connexion Delta — et pourquoi elle est utilisée
Dans la connexion delta, les enroulements triphasés du transformateur sont connectés ensemble bout à bout pour créer une boucle fermée qui ressemble à un delta. Il n'y a pas de point neutre, ce qui signifie qu'il n'y a pas de conducteurs neutres, et les tensions de ligne sont les mêmes que les tensions de phase. Et les courants circulant dans les lignes seront égaux à la somme vectorielle des courants des fils. La connexion delta présente de nombreuses caractéristiques électriques qui prouvent son efficacité pour certaines applications et lui confèrent des avantages par rapport à la connexion étoile (wye). L'absence de neutre permet de connecter des charges uniquement entre les lignes mais pas entre une ligne et un conducteur neutre, ce qui signifie que la charge doit avoir des tensions nominales plus élevées (les appareils de 230V ou 120V ne peuvent pas être connectés à une ligne de tension plus élevée dans une connexion delta). La connexion delta fonctionne pour garder les courants harmoniques triples (troisième, sixième et neuvième harmoniques) à l'intérieur de la connexion d'enroulement delta, empêchant ainsi leur passage soit du côté de l'alimentation, soit du côté de la charge. Ainsi, c'est le principal avantage d'une connexion delta dans un transformateur de distribution travaillant avec des charges non linéaires – les ordinateurs, les variateurs de fréquence, l'éclairage LED et les systèmes d'alimentation sans interruption ne feront pas passer les courants non linéaires vers le côté primaire, évitant ainsi le chauffage des transformateurs, des câbles, des turbines et des moteurs. De plus, la connexion delta est capable de fonctionner avec des charges déséquilibrées, donc si une phase sur un appareil connecté en delta est plus chargée que les autres phases, le courant circulant à l'intérieur du delta veillera à ce que les charges soient réparties uniformément.
Les caractéristiques physiques et économiques d'une connexion delta doivent également être prises en compte. La conception de l'enroulement dans le cas de la connexion delta utilise des conducteurs en cuivre qui ne sont pas plus épais que les fils en cuivre dans le cas de la connexion étoile, et l'isolation est nécessaire pour la tension de ligne. Pour une introduction à la gamme complète de configurations d'enroulement de transformateur et à leurs applications, consultez le catalogue de produits à Subian Électrique, qui comprend des transformateurs delta-delta, delta-étoile et étoile-delta, ainsi que des transformateurs de mise à la terre, des transformateurs d'isolement et des transformateurs de puissance spécialisés pour le marché mondial.
Les trois principales configurations de transformateurs delta — et où chacune d'elles se situe
Le tableau ci-dessous résume les trois principales configurations de transformateurs qui impliquent un enroulement delta, leurs caractéristiques électriques définissantes et les applications où chacune est le bon choix.
| Configuration | Connexion primaire | Connexion secondaire | Caractéristiques électriques clés | Meilleur pour |
|---|---|---|---|---|
| Delta‑Delta (Δ‑Δ) | Delta | Delta | Il n'y a pas de point neutre sur les enroulements ; la charge déséquilibrée est efficacement gérée grâce aux courants circulants dans le delta. Cela filtre également les harmoniques triplen des deux côtés. L'alimentation monophasée peut être prélevée sur n'importe quelles deux lignes à pleine tension de ligne. En cas de défaut d'une phase d'un transformateur delta-delta, le transformateur peut être utilisé en mode open-delta (V-V) à une capacité réduite ; fournissant ainsi cette tolérance aux défauts tant nécessaire dans les applications industrielles où l'arrêt coûteux d'un processus de production est impliqué. | Les connexions delta triphasées sont adaptées aux entraînements de moteurs industriels, au chauffage par résistance, aux appareils de soudage, etc. où les neutres ne sont pas nécessaires. La propriété de gestion des exceptions de la connexion delta triphasée est importante dans les industries de processus continu comme l'industrie minière du charbon, l'industrie pétrolière et gazière, et le traitement chimique. |
| Delta‑Wye (Δ‑Y) | Delta | Wye (Étoile) | Pour les charges monophasées et pour la mise à la terre du système, il y a un neutre sur le côté secondaire. L'enroulement delta sur le côté primaire empêche le flux des troisièmes harmoniques en amont du côté d'alimentation. L'enroulement wye fournit une référence à la terre pour la charge. Avec la transformation de tension accompagnée d'un décalage de phase de 30 degrés entre les tensions primaire et secondaire, cela mérite une attention particulière lors de la connexion des transformateurs en parallèle. | Les transformateurs abaisseurs de tension standard divisent le courant en types triphasés et monophasés. Ils reçoivent de l'énergie de la même ligne secondaire, par exemple, des moteurs triphasés alimentés en 480V, et un éclairage de 277V, à partir d'une ligne secondaire transportant 480Y/277V en Amérique du Nord. De même, sur les marchés IEC, les transformateurs de puissance abaisseurs fournissent soit des moteurs de 400V soit des charges de 230V à partir de 400Y/230V secondaire. Ces transformateurs sont la configuration la plus fréquemment appliquée dans les secteurs commercial et industriel. |
| Wye‑Delta (Y‑Δ) | Wye (Étoile) | Delta | Il fournit le neutre sur le côté primaire, ce qui permet la mise à la terre pour la protection dans un système. Le delta sur le côté secondaire piège les harmoniques induites par la charge, empêchant ainsi leur passage vers le primaire. L'objectif est de travailler avec un générateur de connexion wye lors de l'élévation vers une ligne de transmission de connexion delta. Le côté wye peut être mis à la terre pour maintenir une tension de système stable et diriger le courant de défaut à la terre. | Les transformateurs élévateurs sont utilisés pour connecter un générateur connecté en wye avec une ligne de transmission connectée en delta. Ils sont un exemple de transformateur de mise à la terre qui établit un point neutre d'un système delta non mis à la terre. Ce type de mise à la terre supplémentaire est populaire dans les industries alimentées via une source connectée en delta mais nécessitant un neutre pour la protection contre le courant de court-circuit. |
Harmoniques, mise à la terre et option open-delta : trois considérations pratiques
En dehors de la configuration d'enroulement fondamentale, trois facteurs majeurs aident à finaliser le transformateur delta approprié pour chaque cas.
Le premier est les harmoniques. Les applications non linéaires comme les variateurs de fréquence, les alimentations sans interruption, les lumières LED et les ballasts électroniques créent des courants harmoniques qui circulent dans le transformateur. La troisième harmonique, c'est-à-dire 180 Hz sur un système de 60 Hz et 150 Hz sur un système de 50 Hz, et ses multiples impairs (harmoniques triplen) peuvent grandement perturber car elles se combinent dans le conducteur neutre d'un système delta-wye, ce qui peut entraîner une surchauffe. Les connexions delta piègent ces harmoniques triplen, les faisant circuler à l'intérieur du delta et les convertissant en chaleur. Le delta-delta est capable de piéger les harmoniques des deux côtés de son fonctionnement. Le delta-wye ne piège bien que du côté primaire. Le wye-wye n'a aucune capacité à piéger les harmoniques et est rarement utilisé dans l'industrie à cause de cela. Dans le cas où les charges produisent trop d'harmoniques, alors le transformateur delta avec au moins un enroulement delta (surtout celui qui fait face à la source harmonique) devrait être utilisé.
La deuxième considération est la mise à la terre et la protection contre les défauts à la terre. Le delta n'aura jamais de neutre, donc il n'y a pas de point de mise à la terre naturel à utiliser. Lorsque le transformateur de service public est connecté en delta, le système est non mis à la terre à moins qu'un transformateur de mise à la terre ne soit utilisé. Un tel système non mis à la terre présente ses dangers spécifiques : lorsqu'un défaut à la terre se produit, le disjoncteur ne se déclenche pas, et il y a une surtension aux phases non défectueuses, et il peut y avoir un second défaut à la terre causant un défaut entre les phases. L'utilisation du transformateur de mise à la terre wye-delta, ou du transformateur de mise à la terre zig-zag permet la mise à la terre du système qui est nécessaire pour un fonctionnement correct avec l'utilisation du défaut à la terre. Le transformateur de mise à la terre se connecte au bus delta, tandis que son neutre (qui est soit mis à la terre directement soit avec l'aide d'une résistance limitant le courant de défaut autant que nécessaire pour le processus de fonctionnement du relais de protection) permet d'avoir un comportement contrôlé du défaut à la terre.
Le troisième type de connexion est la configuration open-delta (V-V). Lorsque le transformateur delta-delta échoue dans l'une de ses phases (un enroulement ou une phase), le reste de ses phases peut fonctionner en mode de connexion open-delta, permettant ainsi d'alimenter une certaine charge triphasée. Dans la configuration de l'open-delta, la capacité n'est que de 57,7% de la capacité de la connexion delta-delta (plutôt que 66,7%), car cela se produit en raison d'un décalage de phase de 60 degrés entre les deux enroulements au lieu de 120 degrés, rendant ainsi impossible de fournir une valeur de courant supérieure à la cote pour chacun des enroulements. La connexion de l'open-delta est utilisée dans des situations d'urgence — elle permet à un processus critique de continuer à fonctionner pendant que le nouveau transformateur est obtenu — mais elle n'est pas utilisée pour le fonctionnement normal du transformateur delta-delta. La régulation de tension en mode open-delta est moins bonne que celle du delta-delta, tout comme l'équilibre de phase. Dans le cas où la défaillance du transformateur entraîne d'énormes pertes pour l'usine de fabrication, l'option open-delta a servi de solution temporaire fiable. Pour un examen plus approfondi de la manière dont les configurations de transformateurs s'intègrent dans le système de distribution électrique plus large, notre article sur le meilleur guide d'achat de transformateurs électriques de base fournit le cadre complet pour spécifier et évaluer tout achat de transformateur.
Comment spécifier un transformateur delta : les paramètres qui comptent
La préparation d'une spécification d'achat pour un transformateur delta implique que l'acheteur stipule les spécifications électriques que le transformateur doit remplir et fournisse un haut niveau de détails, afin que chaque soumissionnaire propose un produit similaire. Les paramètres clés sont la puissance en kVA (qui doit être définie par le calcul de charge appliquant la règle de charge continue 80% pour la marge thermique), la tension primaire et secondaire et la configuration des enroulements (par exemple, en ce qui concerne un transformateur abaisseur delta-wye — “ 13,8 kV Delta primaire, 480Y/277 V secondaire ” ou dans le cas d'un transformateur d'isolement delta-delta — “ 480 V Delta primaire, 480 V Delta secondaire ”), l'impédance (exprimée en pourcentage de la base kVA du transformateur et qui varie généralement de 5% à 6% pour les transformateurs de distribution ; une impédance trop faible entraîne une qualité de tension inférieure, mais des courants de court-circuit plus élevés, et elle doit être coordonnée avec les moyens de protection et la capacité de court-circuit de l'équipement), la classe d'isolation et l'élévation de température (pour un transformateur sec Classe F ou Classe H, où l'élévation peut varier de 80 à 150 degrés Celsius, ou pour les transformateurs à huile, l'élévation de température est généralement d'environ 65 degrés Celsius au-dessus de 30 degrés Celsius), la méthode de refroidissement (ONAN pour les transformateurs à huile, AN ou AF pour les transformateurs secs ; le refroidissement forcé permet d'augmenter la puissance en kVA d'un transformateur sec jusqu'à 25-33%. Par conséquent, l'acheteur doit spécifier si des capacités supplémentaires sont requises), les prises (les prises hors circuit sont standard et généralement de 2.5% en haut et en bas de la tension primaire nominale pour s'ajuster à la tension d'alimentation réelle ; le changeur de prises sous charge est plus coûteux, mais peut être appliqué pour des applications critiques et si la tension primaire varie beaucoup), l'enceinte (NEMA 1 pour des conditions sèches en intérieur, NEMA 3R pour l'extérieur, NEMA 4X pour lavage, ou NEMA 12 pour l'industrie étanche à la poussière), et la norme (IEC 60076, IEEE C57.12, ou norme nationale locale, car une norme détermine la manière dont les tests doivent être effectués et les méthodes que l'équipement doit documenter). Une bonne spécification oblige le fournisseur à fournir des réponses à tout ce qui précède et une spécification vague donne au fabricant la possibilité de faire son propre jugement.
Questions Fréquemment Posées
Quelle est la différence entre un transformateur delta et un transformateur wye ?
Un enroulement delta consiste en un triangle en boucle fermée sans neutre. La tension de ligne d'un système connecté en delta est égale à la tension de phase ; cependant, le courant de ligne est √3 fois le courant de phase dans cette configuration. Un enroulement wye a un point neutre où les trois enroulements se croisent, ce qui permet à la tension de ligne d'être √3 fois la tension de phase, tandis que le courant de ligne est égal au courant de phase. De plus, en raison des avantages de la connexion wye, tels que la neutralité pour les charges monophasées et la possibilité de mettre à la terre le système, de nombreux utilisateurs l'utilisent en conjonction avec des enroulements delta.
Quand devrais-je utiliser un transformateur delta-delta ?
Essayez d'utiliser un transformateur delta-delta dans une condition de charge qui est généralement caractérisée par l'utilisation de systèmes triphasés ou à trois fils, qui inclut principalement des moteurs, des appareils de chauffage ou des machines à souder, en notant qu'il n'est pas nécessaire d'avoir un fil neutre dans ces transformateurs. De plus, un transformateur delta-delta peut facilement fonctionner sous des conditions de charge déséquilibrées, piéger les harmoniques des deux côtés de ces transformateurs, et peut également être utilisé en cas de défaillance d'une seule phase dans une connexion delta ouverte. Ainsi, un transformateur delta-delta est une solution parfaite pour les applications industrielles impliquant des moteurs lourds, par exemple.
Un transformateur delta peut-il alimenter des charges monophasées ?
En effet, un secondaire connecté en delta peut être utilisé pour alimenter des charges monophasées reliées entre deux lignes et capables de supporter la pleine valeur de la tension de ligne. Cependant, les charges monophasées doivent être conçues pour gérer la tension de ligne du système delta particulier utilisé — c'est-à-dire, des équipements de 480 volts pour des systèmes delta de 480 volts — et équilibrées sur les trois phases afin d'éviter un déséquilibre excessif. Un secondaire delta ne peut pas être appliqué à des charges nécessitant un circuit neutre pour fonctionner à basse tension, telles que des charges de 120 volts ou 277 volts.
Qu'est-ce qu'une connexion de transformateur delta ouverte ?
La connexion delta ouverte consiste en deux transformateurs monophasés connectés dans deux des trois phases pour servir une charge triphasée. La configuration utilise 57,7% de la capacité d'un transformateur dans une connexion delta triphasée complète. Ce type de connexion est utilisé en cas de défaillance d'une des phases dans un système triphasé complet ou comme solution économique et permanente dans certaines applications à faible charge. La régulation de la tension est moins bonne et l'équilibre des phases n'est pas aussi stable que celui du système triphasé complet.
Références
- IEEE C57.12.00 — Norme pour les exigences générales des transformateurs de distribution, de puissance et de régulation immergés dans un liquide. La norme fondamentale IEEE pour la conception, les tests et les performances des transformateurs, y compris les configurations de bobinage delta et étoile et les caractéristiques électriques associées.
- IEC 60076 — Transformateurs de puissance. La série de normes internationales qui définit les exigences de conception, de test et de performance pour les transformateurs de puissance et de distribution, y compris les désignations de groupe vectoriel — Dyn11, YNd1, et autres — qui spécifient la configuration de bobinage et la relation de phase.
- Eaton — Guide des configurations de bobinage de transformateur et d'application. Fabricant de transformateurs delta-delta, delta-étoile et étoile-delta, avec une documentation technique couvrant la sélection, l'installation et les exigences de mise à la terre pour chaque configuration.
- Schneider Electric — Groupes de vecteurs de transformateurs et connexions de bobinage. Guide du fabricant sur la spécification et l'application des configurations de bobinage de transformateurs delta et wye pour les systèmes électriques commerciaux et industriels.
Le processus de sélection du transformateur delta idéal implique d'identifier un design de bobinage qui correspond au type de système électrique et à ses caractéristiques telles que la tension, la mise à la terre, les harmoniques et le neutre. Un transformateur delta-delta est utilisé pour la charge industrielle triphasée et à trois fils et possède les éléments nécessaires d'atténuation des harmoniques et de sécurité pour les usines de traitement continues. Un transformateur delta-wye réduit la tension et crée un neutre pour une charge mixte de systèmes monophasés et triphasés et a la capacité d'atténuer les harmoniques de l'alimentation d'entrée. Un transformateur wye-delta élève la tension du générateur pour la transmission d'électricité ou crée un neutre pour un système delta afin d'améliorer la sécurité. Chaque configuration de transformateurs delta sert son objectif et un acheteur averti sait quel transformateur est nécessaire pour l'application au lieu de choisir celui que le vendeur a en stock. Co. Subian est un fabricant de transformateurs delta dans les trois configurations et est capable de fournir des transformateurs avec la plage de kVA et la classe de tension nécessaires, l'impédance et les certifications exigées par le marché. Il est essentiel d'utiliser des transformateurs correctement fabriqués pour le fonctionnement des usines, des mines ou des installations de traitement où les transformateurs doivent être conçus de manière appropriée pour le système électrique, rendant le processus de configuration extrêmement important.