Un transformateur de mise à la terre sec fournit un point neutre artificiel pour les systèmes triphasés qui ne disposent pas d'un neutre naturellement accessible. Une fois le point neutre établi, il peut être connecté à une bobine d'extinction d'arc, une résistance de mise à la terre, une réactance de point neutre, ou à d'autres dispositifs auxiliaires, formant ainsi un ensemble complet de mise à la terre du neutre conjointement avec des sectionneurs, des transformateurs de courant, des parafoudres ou des éclateurs.
Quels équipements peuvent être connectés au point neutre ?
| Équipement |
Fonction principale |
Note relative à la CEI |
| Bobine d'extinction d'arc / Bobine Petersen |
Compense le courant capacitif de défaut à la terre monophasé et aide à éteindre l'arc |
Les valeurs assignées, la capacité de courte durée et les niveaux d'isolement peuvent être référencés à la CEI 60076-6 |
| Résistance de mise à la terre |
Limite le courant de défaut à la terre, supprime les surtensions et fournit un courant homopolaire détectable |
La résistance est sélectionnée en fonction de la tension phase-neutre et du courant de défaut cible ; la tenue thermique de courte durée doit être vérifiée |
| Réacteur de point neutre |
Limite le courant homopolaire ou supprime la résonance en série avec la bobine d'extinction d'arc |
Peut être traité comme un réacteur de mise à la terre du point neutre selon la CEI 60076-6 |
| Parafoudre / éclateur |
Limite les surtensions du point neutre et protège le transformateur de mise à la terre |
La coordination de l'isolement peut être référencée aux CEI 60071-1 et CEI 60071-2 |
| Transformateur de courant |
Mesure le courant homopolaire pour la protection, la sélection de la ligne en défaut à la terre et la surveillance |
Installé dans le circuit du point neutre |
| Sectionneur |
Fournit un point de séparation visible pour la maintenance et la manœuvre |
Doit être fourni dans le circuit du point neutre |
| Charge secondaire |
Fournit l'alimentation auxiliaire lorsque le transformateur de mise à la terre sert également de transformateur de service de la sous-station |
La capacité secondaire doit être calculée séparément |
Les transformateurs de mise à la terre secs utilisent couramment un couplage en zigzag, tel que ZNyn11 ou ZNvn11. En fonctionnement normal, ils présentent une impédance élevée aux courants de séquence positive et négative et ne transportent qu'un faible courant de magnétisation. Lors d'un défaut de terre monophasé, ils présentent une faible impédance au courant de séquence zéro, lui permettant de circuler à travers le point neutre vers la bobine d'extinction ou la résistance de mise à la terre.
Quand une bobine d'extinction est-elle appropriée ?
Les bobines d'extinction conviennent aux systèmes non effectivement mis à la terre, également connus sous le nom de systèmes mis à la terre par résonance ou systèmes à faible courant de défaut de terre.
Les conditions d'application typiques comprennent :
- Les systèmes moyenne tension tels que 3 kV, 6 kV, 10 kV, 20 kV, 35 kV et 66 kV.
- Les systèmes où le courant capacitif de défaut de terre monophasé dépasse la limite admissible pour un neutre isolé, mais où un fonctionnement continu de courte durée pendant un défaut de terre est requis.
- Les réseaux ayant des exigences élevées en matière de continuité de service, tels que les réseaux de distribution ruraux, les mines, les champs pétrolifères, les usines chimiques, les usines métallurgiques, les hôpitaux et les installations industrielles à processus continu.
- Les réseaux de lignes aériennes ou les réseaux mixtes aériens/câbles avec des défauts de terre transitoires fréquents.
- Fonctionnement en surcompensation pour éviter la résonance série causée par une compensation quasi totale.
La mise à la terre par résonance peut limiter les surtensions transitoires lors de défauts de terre monophasés. Cependant, la résonance doit toujours être évitée, et des surtensions plus élevées peuvent se produire si l'équipement de compensation est anormal ou mal réglé.
Conseils de sélection :
- Lorsque le courant capacitif de défaut de terre dépasse la limite autorisée pour un système à neutre isolé et qu'un fonctionnement en défaut de courte durée est requis, une bobine d'extinction peut être envisagée. La limite exacte doit être déterminée conformément aux normes nationales applicables, aux exigences des services publics locaux et aux spécifications des équipements.
- Lorsque le courant capacitif est élevé, en particulier dans les réseaux entièrement câblés, une mise à la terre par faible résistance ou un schéma de mise à la terre combiné peut être préféré.
- Lorsque le courant capacitif est proche de la limite de sélection, un schéma combiné peut être adopté : la bobine d'extinction fonctionne dans des conditions normales, et une résistance en parallèle est enclenchée après un délai pour éliminer les défauts de terre permanents.
Quand une résistance de mise à la terre est-elle appropriée ?
Les résistances de mise à la terre sont divisées en mise à la terre par faible résistance et mise à la terre par haute résistance.
Mise à la terre par faible résistance
Les applications typiques comprennent les réseaux de câbles de 6 kV à 35 kV, les systèmes de distribution urbains, les systèmes d'alimentation industriels et les systèmes auxiliaires de centrales électriques.
Caractéristiques principales :
- Le courant de défaut de terre est relativement élevé, généralement limité à plusieurs centaines d'ampères.
- La protection de séquence zéro peut détecter le défaut de manière fiable.
- Les départs en défaut peuvent être déconnectés rapidement.
- Les surtensions transitoires sont efficacement limitées.
- La continuité de service est inférieure à celle des systèmes mis à la terre par résonance car le circuit en défaut est déclenché.
Considérations de sélection :
- Convient aux réseaux entièrement câblés et aux systèmes de distribution souterrains urbains.
- Préféré lorsqu'une protection rapide, une localisation précise des défauts et un déclenchement sélectif sont requis.
- Le transformateur de mise à la terre, la résistance de mise à la terre et l'appareillage doivent être vérifiés pour leur tenue thermique de courte durée en fonction du courant de défaut de terre prévu et du temps d'élimination du défaut.
La valeur de la résistance peut être estimée préliminairement comme suit :
R = V_ln / I_f
où V_ln est la tension phase-neutre du système et I_f est le courant cible de défaut de terre monophasé. Cette expression est une base de sélection simplifiée. La valeur finale doit également prendre en compte la variation de tension du système, le schéma de mise à la terre, les réglages de protection, le courant capacitif et les limites thermiques des équipements.
Mise à la terre par haute résistance
La mise à la terre par haute résistance est utilisée lorsque le courant de défaut de terre doit être limité, que les surtensions de résonance doivent être supprimées et qu'un fonctionnement continu de courte durée est acceptable.
Caractéristiques principales :
- Le courant de défaut de terre est généralement limité de quelques ampères à plusieurs dizaines d'ampères.
- Le système peut continuer à fonctionner temporairement, mais le défaut doit être localisé et éliminé rapidement.
- Couramment appliqué aux bornes des générateurs, aux systèmes d'alimentation auxiliaire et aux petits systèmes de distribution.
Bobine d'extinction contre mise à la terre par faible résistance
| Comparaison |
Mise à la terre par bobine d'extinction d'arc |
Mise à la terre à faible résistance |
| Courant de défaut à la terre |
Faible courant résiduel |
Généralement plusieurs centaines d'ampères |
| Traitement des défauts |
Extinction de l'arc ; maintien du fonctionnement à court terme possible |
Déclenchement rapide du départ en défaut |
| Continuité de l'alimentation |
Plus élevée |
Plus faible |
| Contrôle des surtensions |
Limite les surtensions transitoires ; la résonance doit être évitée |
Limitation efficace des surtensions |
| Protection |
Dépend de la sélection de la ligne en défaut à la terre ; le déclenchement n'est pas toujours immédiat |
La protection homopolaire déclenche le circuit en défaut |
| Réseau typique |
Réseaux aériens ou mixtes avec des exigences de fiabilité élevées |
Réseaux câblés, systèmes de distribution urbains et industriels |
transformateur de mise à la terre sec
Protection du point neutre et exigences de fonctionnement
Outre l'équipement principal du point neutre, les mesures de protection et de fonctionnement suivantes doivent être prises en compte :
- Un sectionneur doit être installé pour fournir un point de sectionnement visible.
- Un transformateur de courant doit être fourni pour la mesure du courant homopolaire, la protection et la sélection de la ligne en défaut à la terre.
- Des parafoudres ou des éclateurs doivent être envisagés pour limiter les surtensions au point neutre.
- Le transformateur de mise à la terre doit être équipé d'une protection contre les surintensités homopolaires, coordonnée avec le schéma de mise à la terre du système.
- Normalement, un seul point neutre de transformateur de mise à la terre doit être connecté sur la même section de jeu de barres, avec un verrouillage de position appliqué.
- Les systèmes à mise à la terre résonante doivent être équipés d'une sélection de la ligne en défaut monophasé à la terre.
- Les systèmes mis à la terre par faible résistance doivent assurer un fonctionnement fiable de la protection homopolaire et vérifier la tenue thermique de la résistance de mise à la terre.
- Les niveaux d'isolation doivent être vérifiés par une coordination de l'isolation conformément aux normes CEI 60071-1 et CEI 60071-2.
Recommandations de sélection
- Lorsque le côté basse tension du transformateur principal est couplé en triangle et ne dispose pas de point neutre accessible, un transformateur de mise à la terre doit être prévu.
- Lorsque le courant de défaut capacitif à la terre est relativement faible et qu'un fonctionnement continu de courte durée est acceptable, une bobine d'extinction d'arc est souvent préférée.
- Lorsque le réseau comporte de nombreux circuits câblés, un courant capacitif élevé et qu'une élimination rapide des défauts est requise, la mise à la terre par faible résistance est souvent plus adaptée.
- Lorsque le courant capacitif est proche de la limite de sélection, un schéma combiné peut être adopté : la bobine d'extinction d'arc fonctionne en conditions normales, et une résistance en parallèle est enclenchée pour les défauts permanents à la terre.
- La puissance nominale du transformateur de mise à la terre doit correspondre à l'équipement du point neutre. Pour la mise à la terre par bobine d'extinction d'arc, le transformateur doit satisfaire à la puissance nominale de la bobine, au service de courte durée et aux exigences thermiques. Pour la mise à la terre par résistance, elle doit être vérifiée par rapport au courant de défaut à la terre de courte durée et à la durée du défaut. Si le transformateur de mise à la terre fournit également l'alimentation auxiliaire, la capacité de charge secondaire doit être calculée séparément.
- Les valeurs nominales de courte durée typiques incluent 10 s, 30 s et 60 s, mais la valeur finale doit être déterminée en fonction du temps d'élimination par la protection, des conditions de fonctionnement du système et des spécifications du fabricant.
- Le circuit du point neutre doit être conçu comme une disposition complète, comprenant des sectionneurs, des transformateurs de courant, des parafoudres ou des éclateurs, et les dispositifs de protection nécessaires.
En résumé, le point neutre d'un transformateur de mise à la terre sec est principalement utilisé pour connecter une bobine d'extinction d'arc, une résistance de mise à la terre et les équipements de protection et de mesure associés. La mise à la terre par bobine d'extinction d'arc est plus adaptée aux réseaux nécessitant une continuité d'alimentation élevée et des courants de défaut à la terre contrôlés.
La mise à la terre par faible résistance est plus adaptée aux réseaux urbains et industriels riches en câbles où une élimination rapide des défauts est requise. Les paramètres finaux et la sélection des équipements doivent être conformes aux normes CEI applicables, aux réglementations locales des services publics et aux conditions techniques du fabricant des équipements.
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