Un transformateur de mise à la terre est également appelé transformateur de mise à la terre du neutre. Il crée un point neutre artificiel dans les systèmes électriques où le neutre n'est pas directement disponible ou n'est pas mis à la terre.
Il ne transporte normalement pas de courant de charge significatif. Au lieu de cela, il fournit un chemin fiable pour le courant homopolaire lors d'un défaut de terre monophasé. Il fonctionne conjointement avec une résistance de mise à la terre du neutre, une résistance de terre ou une bobine d'extinction. Cela permet de limiter le courant de défaut, de supprimer les surtensions transitoires et d'assurer la protection par relais.
Les transformateurs de mise à la terre secs sont largement utilisés dans les sous-stations, les salles d'appareillage, les centres de données, les hôpitaux, les usines industrielles et les centrales d'énergie renouvelable. Ils sont sans huile, ignifuges et nécessitent une maintenance relativement faible.
Pourquoi les transformateurs de mise à la terre sont-ils nécessaires ?
De nombreux réseaux de distribution moyenne tension de 6 kV, 10 kV et 35 kV utilisent un neutre isolé ou mis à la terre par bobine d'extinction. Si le côté basse tension du transformateur principal est couplé en triangle, il n'y a pas de point neutre accessible pour la mise à la terre.
Lorsqu'un défaut de terre monophasé se produit, le courant capacitif de défaut à la terre peut devenir suffisamment important pour maintenir un arc. Cela peut entraîner des surtensions de terre par amorçage d'arc, une ferrorésonance, ou même des défauts phase à phase.
Un transformateur de mise à la terre fournit un point neutre artificiel stable. Le système peut alors être mis à la terre par l'intermédiaire d'une résistance, d'une réactance ou d'un autre dispositif de mise à la terre. Cela améliore à la fois la sécurité du système et la sensibilité des protections.
Fonctionnement : Quel est l'avantage du couplage en zigzag ?
Les transformateurs de mise à la terre utilisent couramment un couplage en zigzag. Chaque enroulement de phase est divisé en deux parties. Ces parties sont bobinées en sens opposé sur différentes jambes du noyau, puis connectées en série pour faire apparaître le point neutre.
En conditions normales, les tensions triphasées sont essentiellement équilibrées.
Le transformateur de mise à la terre transporte principalement le courant magnétisant. Il présente une impédance élevée aux courants de séquence positive et négative, de sorte qu'il fonctionne presque à vide.
Lors d'un défaut de terre monophasé, le courant homopolaire circule du point neutre vers la terre.
La disposition en zigzag permet au flux homopolaire de former un chemin fermé à l'intérieur du noyau. Il en résulte une faible impédance au courant homopolaire.
Par rapport aux transformateurs de puissance conventionnels, un transformateur de mise à la terre en zigzag présente une impédance homopolaire beaucoup plus faible.
Il est donc mieux adapté pour transporter le courant de défaut à la terre. L'impédance homopolaire exacte dépend de la capacité du produit, de la structure du noyau et du niveau de tension du système. Elle doit être confirmée à partir des rapports d'essai du fabricant et des études de défauts du système.
Types courants et dispositions de couplage
Les transformateurs de mise à la terre peuvent être classés comme suit :
- Par milieu isolant : transformateurs de mise à la terre immergés dans l'huile et transformateurs de mise à la terre secs.
- Par nombre de phases : transformateurs de mise à la terre triphasés et monophasés.
- Par disposition des enroulements : transformateurs de mise à la terre à deux enroulements et à trois enroulements.
Un transformateur de mise à la terre à trois enroulements comprend souvent un enroulement auxiliaire basse tension. Cet enroulement peut servir de transformateur de service auxiliaire. L'unité fournit alors à la fois un point neutre artificiel et une alimentation auxiliaire, réduisant ainsi le nombre d'équipements et gagnant de l'espace.
Les dispositions de couplage typiques incluent ZNyn et YNd. La sélection finale doit être basée sur la tension du système, la méthode de mise à la terre, les exigences de protection et toute demande de charge auxiliaire.
Paramètres clés et considérations de sélection
Les paramètres importants pour la sélection comprennent :
- Tension assignée : doit correspondre à la tension du système, par exemple 10 kV ou 35 kV.
- Impédance homopolaire : affecte le courant de défaut de terre monophasé. Elle doit être coordonnée avec la résistance de mise à la terre du neutre, la bobine d'extinction et les réglages de protection.
- Puissance assignée : déterminée par le courant capacitif du système, la méthode de mise à la terre et le courant de défaut de courte durée.
- Classe d'isolation : les classes courantes pour les unités sèches sont la classe F et la classe H.
- Capacité de courant de courte durée : le transformateur doit résister au courant de défaut de terre pendant la durée de défaut requise.
- Méthode de mise à la terre : mise à la terre par faible résistance, mise à la terre par haute résistance, mise à la terre par réactance, mise à la terre par bobine d'extinction ou mise à la terre franche.
Dans les systèmes mis à la terre par faible résistance, la capacité du transformateur de mise à la terre doit être vérifiée par rapport à la tension du système et au courant de défaut cible. Elle doit également être vérifiée par rapport à la durée de défaut requise. La puissance continue doit être déduite de la charge thermique de courte durée. Si l'unité alimente également une charge de service auxiliaire, la charge auxiliaire doit être ajoutée pour éviter une surchauffe à long terme.
Applications typiques
- Réseaux de distribution 10 kV / 35 kV : fourniture d'un point neutre artificiel et limitation des surtensions par amorçage d'arc.
- Réseaux câblés : un courant capacitif de défaut à la terre plus élevé nécessite une méthode de mise à la terre contrôlée.
- Centrales d'énergie renouvelable : stabilisation du potentiel du point neutre dans les systèmes de collecte des parcs solaires et éoliens.
- Centres de données, hôpitaux et installations industrielles : amélioration de la sécurité de la mise à la terre et de la détection des défauts.
- Alimentation auxiliaire de sous-station : utilisation d'un transformateur de mise à la terre à trois enroulements comme transformateur de service auxiliaire.
Liste de contrôle de l'inspection quotidienne
Un transformateur de mise à la terre sec fonctionne normalement à vide ou à très faible charge. Il ne transporte un courant significatif que lors d'un défaut de terre. Les inspections de routine doivent couvrir à la fois les éléments généraux des transformateurs secs et le circuit de mise à la terre du neutre.
| Zone d'inspection |
Éléments clés |
Conditions normales / Actions |
| Aspect et isolation |
Boîtier, enroulements, isolateurs, traversées, brides de noyau |
Pas de fissures, décoloration, carbonisation, pistes de conduction ou corps étrangers ; nettoyer la poussière accumulée lors de l'arrêt |
| Connexions électriques |
Extrémités de câbles, jeux de barres, bornes, boulons |
Pas de desserrage, d'oxydation, de décoloration ou de brûlure ; vérifier par thermographie infrarouge |
| Neutre et mise à la terre |
Conducteur de neutre, résistance de mise à la terre ou bobine d'extinction d'arc, mise à la terre du boîtier, mise à la terre du noyau |
Conducteurs de mise à la terre fixes et exempts de corrosion ; la résistance de mise à la terre de protection est généralement ≤ 4 Ω ou selon les exigences du réseau de terre ; la résistance de mise à la terre du neutre doit être déterminée par le calcul du système |
| Température et refroidissement |
Régulateur de température, température des enroulements, ventilateurs de refroidissement, conduits d'air |
Les unités de classe F déclenchent généralement une alarme vers 130 °C et provoquent un déclenchement vers 150 °C ; la classe H permet des températures plus élevées ; confirmer les réglages avec la plaque signalétique et les données du fabricant |
| Bruit et vibrations |
Noyau, brides, boîtier, ventilateurs |
Un bourdonnement uniforme est normal ; investiguer immédiatement en cas de craquement, d'arc électrique ou de bruit métallique |
| Paramètres de fonctionnement |
Tension, courant, équilibre des phases, courant homopolaire |
L'écart de tension doit de préférence être dans les ±5 % ; courants de phase équilibrés ; un courant homopolaire anormal nécessite une investigation |
| Environnement |
Ventilation, température, humidité, condensation, protection contre les nuisibles |
Température ambiante généralement ≤ 40 °C ; humidité relative ≤ 85 % ; pas de condensation, de débris ou de joints endommagés |
Pannes courantes et dépannage
| Symptôme |
Cause possible |
Action recommandée |
| Déplacement de la tension du point neutre |
Déséquilibre de phase, mauvaise mise à la terre, défaut de mise à la terre du système |
Vérifier l'équilibre des charges, le circuit de mise à la terre et la tension homopolaire |
| Courant homopolaire anormal |
Défaut de mise à la terre monophasé, défaut de la résistance de mise à la terre, problème de protection |
Vérifier l'état de défaut du système ; inspecter le circuit du neutre, la résistance de mise à la terre et le TC homopolaire |
| Surchauffe des enroulements ou des connexions |
Connexion desserrée, surcharge, défaillance du ventilateur |
Effectuer une inspection infrarouge ; resserrer les connexions ; vérifier les ventilateurs et les conduits d'air |
| Bruit ou odeur de décharge |
Humidité, accumulation de poussière, décharge partielle |
Inspecter la surface de l'isolation lors de l'arrêt ; effectuer des tests d'isolation si nécessaire |
| Courant de mise à la terre du noyau élevé |
Points de mise à la terre multiples du noyau, vieillissement de l'isolation |
Mesurer la résistance d'isolement du noyau ; localiser et éliminer les points de mise à la terre involontaires |
| Déclenchement de la protection homopolaire |
Défaut de mise à la terre réel, endommagement de la résistance de mise à la terre, dysfonctionnement du TC ou du relais |
Confirmer si un défaut réel s'est produit ; inspecter le circuit du neutre, la résistance de mise à la terre, le TC homopolaire et les réglages du relais |
Recommandations en matière de maintenance et d'essais
Tenez des registres de fonctionnement pour la température des enroulements, le courant, la tension, le courant homopolaire et le fonctionnement des ventilateurs. Les activités mensuelles peuvent inclure une inspection visuelle, le serrage des bornes et des tests de fonctionnement des ventilateurs. Les vérifications trimestrielles doivent couvrir le système de mise à la terre, le courant de mise à la terre du noyau et l'état de l'isolation.
Les essais annuels ou basés sur les normes peuvent inclure la résistance d'isolement, la résistance continue des enroulements, le rapport de transformation, l'étalonnage du régulateur de température et les essais de décharges partielles, le cas échéant.
Bien qu'un transformateur de mise à la terre supporte très peu de charge en fonctionnement normal, sa fiabilité affecte directement les performances de la protection contre les défauts à la terre. Le conducteur de neutre, la résistance de mise à la terre, la bobine d'extinction et le circuit de protection homopolaire doivent être traités comme des points d'inspection prioritaires.
Portée et notes de sécurité
Cet article est destiné à servir de référence générale sur les transformateurs de mise à la terre secs utilisés dans les systèmes de distribution moyenne tension. Les paramètres spécifiques, les réglages et les intervalles de maintenance doivent toujours suivre la plaque signalétique de l'équipement, les instructions du fabricant, les spécifications du projet et les normes locales applicables.
Lors des inspections sous tension, maintenez une distance de sécurité par rapport aux parties sous tension. Tout travail impliquant une isolation, un serrage de bornes ou des essais doit suivre les procédures appropriées de consignation/déconsignation, de vérification de l'absence de tension et de mise à la terre.
Les informations fournies ici sont uniquement destinées à la discussion technique et ne constituent pas une conception d'ingénierie, une coordination de protection ou une instruction opérationnelle.
Connexion
