Transformateur de mise à la terre Rockwill : ce qu'il est et en quoi il diffère d'un transformateur de puissance standard

Un transformateur de mise à la terre est un dispositif spécial de classe de protection dans les systèmes électriques. Sa mission principale est de fournir un point neutre artificiel aux systèmes de distribution haute tension couplés en triangle qui ne disposent pas de point neutre ou dont le point neutre ne peut pas être accessible. La grande majorité des transformateurs de mise à la terre utilisent une configuration d'enroulement en zigzag (type Z). Grâce à cette conception spéciale, ils créent un chemin pour le courant homopolaire et, associés à une bobine d'extinction d'arc ou à une armoire de résistance de mise à la terre du neutre, forment un ensemble complet de mise à la terre du neutre qui garantit le fonctionnement sûr et stable du réseau électrique.

Transformateur de mise à la terre/neutre de type sec

Fonctions principales

• Création d'un point neutre artificiel : Dans les réseaux de distribution de 10 kV et 35 kV, le côté basse tension du transformateur principal est généralement couplé en triangle, ce qui laisse le système sans point neutre accessible. Lorsqu'il est connecté au jeu de barres, la configuration spéciale d'enroulement triphasé du transformateur de mise à la terre converge vers un point neutre commun, fournissant une interface physique pour connecter les équipements de mise à la terre.
• Conduction du courant de défaut homopolaire : Lorsqu'un défaut monophasé à la terre se produit, le déséquilibre de tension entre les trois phases génère un courant homopolaire. L'enroulement en zigzag fournit un chemin à faible impédance pour ce courant homopolaire, permettant au relais de protection d'identifier et d'éliminer rapidement le défaut. Il supprime également efficacement les surtensions de terre par arc, empêchant le claquage de l'isolement des câbles et des équipements.
• Fonction d'alimentation des services auxiliaires à double usage : Certains transformateurs de mise à la terre sont équipés d'un enroulement secondaire basse tension supplémentaire (par exemple, couplage ZNyn), fournissant de l'énergie à l'éclairage de la sous-station, aux alimentations de contrôle et à d'autres charges basse tension tout en fournissant également le point neutre artificiel. Ce type, connu sous le nom de « transformateur de mise à la terre et de service auxiliaire », peut réduire l'investissement global du projet.

Différences essentielles entre les transformateurs de mise à la terre et les transformateurs de puissance standard

Les transformateurs de mise à la terre et les transformateurs de distribution/de puissance standard diffèrent fondamentalement dans leur logique de conception sous-jacente. Les différences se manifestent dans six dimensions clés :

Transformateur sec standard

1. Configuration des enroulements et réponse du circuit magnétique (Différence la plus critique)

• Transformateur de mise à la terre (enroulement en zigzag de type Z) : Chaque jambe du noyau porte deux segments d'enroulement appartenant à des phases différentes, bobinés dans des directions opposées et connectés en série inversée. En fonctionnement triphasé équilibré normal, les flux de séquence positive et de séquence négative s'annulent mutuellement, ce qui entraîne pratiquement aucune perte d'excitation dans le noyau. Lorsqu'un défaut monophasé à la terre se produit, les flux de séquence zéro de différentes phases sont dans la même direction sur la même jambe du noyau et se renforcent mutuellement, produisant une faible impédance de séquence zéro contrôlée, spécifiquement conçue pour conduire le courant de défaut à la terre.
• Transformateur de puissance standard (enroulement conventionnel Yyn/Dyn) : Chaque jambe du noyau ne porte que l'enroulement complet de sa propre phase. La conception est destinée à transmettre la puissance de charge de séquence positive et de séquence négative. De tels transformateurs présentent une très haute impédance au courant de séquence zéro ; le flux de séquence zéro ne peut circuler que le long des chemins de fuite. Forcer un tel transformateur à servir de point neutre mis à la terre provoquerait un échauffement sévère et potentiellement des dommages à l'équipement.

2. Objectif de conception et critères d'évaluation

• Transformateur de mise à la terre : La priorité de conception est les exigences d'impédance de séquence zéro et la capacité à résister aux défauts à la terre de courte durée. Sa puissance nominale n'est pas calculée sur la base des kVA de charge continue, mais déterminée par le courant capacitif de mise à la terre du système et les exigences de tenue thermique de courte durée, généralement évaluée sur une base de service de courte durée de 10 s ou 30 s. Pour une même puissance nominale, sa taille physique est souvent supérieure à celle d'un transformateur standard. La spécification du noyau est la « capacité de courte durée à transporter un courant de défaut monophasé à la terre important » ; la capacité de transport de charge normale à long terme n'est pas la préoccupation principale.
• Transformateur de puissance standard : L'objectif principal est la transmission continue et efficace de la charge active et réactive triphasée. La conception se concentre sur les pertes en charge, les limites d'échauffement et la capacité de transport de charge à long terme, sans aucune considération pour le fonctionnement en courant de défaut de séquence zéro soutenu.

3. Conditions de fonctionnement et caractéristiques de charge

• Transformateur de mise à la terre : Le mode de fonctionnement peut être décrit comme « à vide à long terme, en surcharge à court terme ». Pendant le fonctionnement normal du réseau, il passe la grande majorité du temps dans un état à vide avec seulement un courant d'excitation minimal et des pertes très faibles. Ce n'est que pendant la brève période d'un défaut à la terre qu'il transporte un courant de défaut de séquence zéro important.
• Transformateur de puissance standard : Fonctionne en charge toute l'année, transmettant continuellement de l'énergie électrique. Les pertes en charge sont l'indicateur clé de sa consommation d'énergie de fonctionnement quotidienne.

4. Caractéristiques de double impédance

• Transformateur de mise à la terre : Présente une nature à double impédance — « très haute impédance de séquence positive, très faible impédance de séquence zéro ». En fonctionnement normal, la haute impédance signifie qu'il ne consomme presque pas de puissance ; pendant un défaut, la faible impédance fournit un chemin clair pour le courant de séquence zéro.
• Transformateur de puissance standard : L'impédance de séquence zéro est très élevée, rendant le passage du courant de séquence zéro pratiquement impossible. Forcer un point neutre mis à la terre à travers un tel transformateur pour transporter le courant de séquence zéro peut facilement induire une surtension de ferro-résonance, mettant en danger les équipements du réseau.

5. Rôle fonctionnel et position dans le système

• Transformateur de mise à la terre : Un dispositif de protection au niveau du système dont le rôle principal est la protection contre les surtensions et le support de la protection contre les défauts à la terre. Il n'assure pas de fonctions de transmission ou de distribution d'énergie de routine.
• Transformateur de puissance standard : Un dispositif de transmission d'énergie et le cœur du réseau pour la transformation de tension (élévation, abaissement) et la distribution d'énergie au sein du réseau.

6. Exigences en matière d'équipements associés

• Transformateur de mise à la terre : Son point neutre doit être utilisé conjointement avec des équipements dédiés de limitation de courant ou de compensation, tels qu'une armoire de mise à la terre à faible résistance, une bobine d'extinction ou une réactance de mise à la terre, pour former un système complet de protection contre les défauts à la terre.
• Transformateur de puissance standard : Son point neutre est généralement mis à la terre simplement selon les exigences du système (par exemple, mis à la terre directement ou isolé), sans nécessiter d'équipements supplémentaires complexes de limitation de courant ou d'extinction d'arc.

Résumé de la distinction fondamentale

Un transformateur de puissance standard est un dispositif de transmission d'énergie dont le but est de « transmettre la puissance de charge triphasée ». Sa configuration d'enroulement l'empêche de conduire le courant homopolaire. En revanche, le transformateur de mise à la terre de type Z est un dispositif de classe de protection dont l'unique objectif principal est de « créer un point neutre artificiel et de conduire le courant de défaut homopolaire à la terre ». Il échange des pertes à vide normales très faibles contre la sécurité et la fiabilité du réseau électrique en cas de défaut monophasé à la terre.

Édité à partir de :Echo