Qu'est-ce qu'un transformateur de mise à la terre ?
Un transformateur de mise à la terre crée un point neutre artificiel pour les systèmes triphasés qui n'ont pas de neutre accessible, tels que les réseaux couplés en triangle ou en étoile non mise à la terre à 6 kV, 10 kV, 12,47 kV, 13,8 kV, 24 kV, 33 kV ou 35 kV.
Il est le plus souvent construit avec un couplage en zigzag, car chaque enroulement de phase est divisé en deux moitiés enroulées sur des colonnes du noyau différentes.
Dans des conditions normales, le transformateur ne prélève qu'un faible courant de magnétisation. Lors d'un défaut monophasé à la terre, cependant, la structure en zigzag offre une faible impédance homopolaire, permettant au courant homopolaire de circuler à travers le point neutre et permettant à la bobine d'extinction, à la résistance de mise à la terre du neutre ou au relais de protection de fonctionner correctement.
Les transformateurs de mise à la terre sont généralement dimensionnés pour un fonctionnement à vide de longue durée et un régime de défaut de courte durée, comme 10 s, 30 s ou 60 s.
Transformateurs de mise à la terre immergés dans l'huile ou de type sec
| Élément de comparaison |
Transformateur de mise à la terre immergé dans l'huile |
Transformateur de mise à la terre sec |
| Isolation et refroidissement |
L'huile du transformateur assure l'isolation et le refroidissement par circulation d'huile |
Refroidissement par air avec résine époxy, isolation VPI ou isolation à base de Nomex |
| Sécurité incendie |
L'huile est combustible ; les risques de fuite et d'incendie doivent être gérés |
Sans huile, faible risque d'incendie ; adapté aux environnements intérieurs et aux zones à forte densité de personnel |
| Capacité de surcharge |
Forte surcharge de courte durée et stabilité thermique |
Limitée par l'élévation de température des enroulements ; nécessite souvent une ventilation ou un refroidissement par air forcé |
| Adaptabilité environnementale |
Bonne résistance à l'humidité, à la condensation et à la pollution ; adapté aux postes de transformation extérieurs |
Sensible à la poussière, à la condensation et aux embruns salins sauf traitement spécial ; l'indice de protection et la classe environnementale doivent être vérifiés |
| Capacité et tension typiques |
Adapté aux puissances nominales plus importantes et aux tensions de système plus élevées, y compris les applications de 33 kV et 66 kV |
Plus courant pour les petites et moyennes puissances nominales ; les produits typiques sont disponibles jusqu'à environ 3150 kVA, avec des puissances nominales plus élevées selon le fabricant et la méthode de refroidissement |
| Coût initial |
Généralement plus bas pour une même puissance nominale |
Généralement plus élevé en raison de l'isolation solide et du processus de fabrication |
| Maintenance |
Nécessite la vérification du niveau d'huile, l'analyse de l'huile, l'inspection des fuites et une maintenance périodique |
Pratiquement sans maintenance ; principalement inspection visuelle, surveillance de la température et nettoyage |
| Installation |
Généralement en extérieur ; peut nécessiter une fosse de rétention d'huile ou une cuvette de rétention |
Peut être installé en intérieur, souvent à proximité des appareillages de connexion ou à l'intérieur des postes préfabriqués |
| Applications typiques |
Postes de transformation extérieurs, centrales photovoltaïques/éoliennes, réseaux industriels, systèmes 33/66 kV |
Salles d'appareillage intérieures, bâtiments, centres de données, hôpitaux, tunnels, stations de métro, usines chimiques |
Quand choisir un transformateur de mise à la terre immergé dans l'huile ?
Choisir le type immergé dans l'huile lorsque :
- L'installation est en extérieur, comme dans un poste de transformation classique, une centrale photovoltaïque, un parc éolien ou un poste industriel.
- La tension du système est relativement élevée, par exemple 33 kV ou 66 kV.
- Le transformateur de mise à la terre doit supporter un courant de défaut à la terre de courte durée élevé ou fonctionner sous une température ambiante élevée.
- Le projet est sensible aux CAPEX et dispose d'un personnel de maintenance qualifié.
- Une longue durée de vie, une inertie thermique élevée et une fiabilité en extérieur éprouvée sont prioritaires.
Quand choisir un transformateur de mise à la terre de type sec ?
Choisir le type sec lorsque :
- L'équipement est installé à l'intérieur, dans un sous-sol, un bâtiment, un tunnel, une station de métro, un centre de données, un hôpital ou une usine chimique.
- Les réglementations de protection contre l'incendie restreignent ou interdisent les équipements remplis d'huile.
- Les exigences environnementales sont strictes et le risque de fuite d'huile doit être évité.
- Le site dispose de ressources de maintenance limitées.
- La puissance est faible ou moyenne, généralement pour les systèmes de distribution de 6 kV, 10 kV, 12,47 kV, 13,8 kV ou 35 kV.
- L'unité de type sec est spécifiée avec une classe environnementale appropriée, telle que C2 pour les basses températures, E2 pour l'humidité/pollution, et F1/F0 pour les performances au feu.
Remarque : Les transformateurs de mise à la terre de type sec peuvent être utilisés dans des environnements côtiers ou corrosifs, mais uniquement lorsque le système d'isolation, l'enveloppe, la ligne de fuite et le traitement anticorrosion sont correctement spécifiés. Ils ne sont pas automatiquement supérieurs aux unités immergées dans l'huile dans les zones de brouillard salin.
Malentendus courants
- « Le type sec est toujours plus cher. »
Pas nécessairement. Les unités de type sec ont généralement un prix d'achat plus élevé, mais elles peuvent réduire les travaux de génie civil, les coûts de protection contre l'incendie, les exigences d'espace intérieur et la charge de maintenance. Pour les projets intérieurs, le coût total de possession peut être compétitif.
- « Les transformateurs immergés dans l'huile ne peuvent pas être utilisés à l'intérieur. »
Ils le peuvent, mais une protection supplémentaire contre l'incendie, un confinement de l'huile, une ventilation et des distances de sécurité sont généralement requis. Dans de nombreux projets de bâtiment, le type sec reste le choix le plus simple.
- « N'importe quel transformateur peut être utilisé comme transformateur de mise à la terre. »
Non. Un transformateur de distribution standard ne fournit pas la même faible impédance homopolaire qu'un transformateur de mise à la terre zigzag. L'utilisation d'un transformateur normal pour connecter une bobine d'extinction d'arc limite généralement la capacité utilisable à environ 20 % de la puissance du transformateur, alors qu'un transformateur de mise à la terre zigzag peut utiliser 90 % à 100 % de sa capacité à des fins de mise à la terre.
Paramètres clés à spécifier
Lors de la préparation d'une fiche technique ou d'une demande de renseignements, ces paramètres doivent être clairement définis :
- Tension du système et tension maximale pour l'équipement, par exemple 12 kV, 13,8 kV, 24 kV, 33 kV ou 36 kV.
- Fréquence du système, 50 Hz ou 60 Hz.
- Type de connexion, généralement ZNyn ou ZN, selon qu'un enroulement auxiliaire secondaire est requis.
- Impédance homopolaire, qui doit être déterminée par l'étude du système, la limitation du courant de défaut et la coordination de la mise à la terre du neutre. Les transformateurs de mise à la terre zigzag sont conçus pour une faible impédance homopolaire, mais la valeur exacte doit être spécifiée au cas par cas.
- Courant de défaut à la terre nominal, par exemple 200 A, 400 A, 600 A ou 1200 A.
- Durée du défaut, telle que 10 s, 30 s ou 60 s.
- Puissance nominale continue en kVA, si le transformateur de mise à la terre alimente également une charge auxiliaire de poste.
- Méthode de mise à la terre du neutre, y compris bobine d'extinction d'arc, résistance de mise à la terre du neutre, ou mise à la terre directe/réactance.
- Niveau d'isolation / BIL, selon les exigences IEC, IEEE ou des services publics locaux.
- Rapport X/R du système et pouvoir de court-circuit, pour garantir une capacité de tenue thermique et dynamique correcte.
- Altitude, en particulier pour les installations au-dessus de 1000 m.
- Harmoniques ou conditions de charge non linéaire, si le transformateur de mise à la terre supporte également une charge auxiliaire.
- Indice de protection IP de l'enveloppe et niveau de bruit, en particulier pour les installations à l'intérieur.
- Classe environnementale, en particulier pour les unités de type sec : classe de température, classe d'humidité, classe de pollution et indice IP.
- Normes applicables, telles que IEC 60076-6, IEC 60076-11, IEEE C57.32-2015 (inactive-réservée à partir de mars 2026), IEEE C62.92, GB/T 1094.6 et GB/T 10228.
Fournisseur de transformateurs de mise à la terre
Règle empirique de sélection
- Sites intérieurs, à risque d'incendie limité, nécessitant peu de maintenance ou sensibles à l'environnement → transformateur de mise à la terre de type sec.
- Sites extérieurs, à haute tension, à fort courant de défaut, à usage intensif ou sensibles aux dépenses d'investissement → transformateur de mise à la terre immergé dans l'huile.
La décision finale ne doit pas se fonder uniquement sur le prix d'achat. Elle doit prendre en compte l'environnement d'installation, le code de prévention des incendies, la coordination de l'impédance homopolaire, la durée du défaut, la capacité de maintenance et le coût total de possession.
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