Comprendre le raccordement à la terre du neutre du transformateur

• La sécurité, la fiabilité et l'économie du réseau électrique ;
• Le choix des niveaux d'isolation pour les équipements du système ;
• Les niveaux de surtension ;
• Les schémas de protection par relais ;
• Les interférences électromagnétiques avec les lignes de communication.

• Système à forte intensité de court-circuit à la terre : Lorsqu'une panne monophasée à la terre se produit, le courant de court-circuit à la terre résultant est très important. Des exemples incluent les systèmes de 110 kV et plus, ainsi que les systèmes triphasés à quatre fils de 380/220 V. Aussi connus sous le nom de systèmes effectivement mis à la terre.
• Système à faible intensité de court-circuit à la terre : Lors d'une panne monophasée à la terre, aucun circuit de court-circuit complet n'est formé, de sorte que le courant de défaut est beaucoup plus faible que le courant de charge normal. Aussi connu sous le nom de systèmes non effectivement mis à la terre.

• Point neutre massif
• Point neutre mis à la terre via une résistance

• Point neutre non mis à la terre
• Point neutre mis à la terre via une bobine d'extinction d'arc (bobine Petersen)

• Une panne monophasée à la terre nécessite un déclenchement immédiat de l'équipement défectueux, interrompant l'alimentation électrique et réduisant la fiabilité.
• Le fort courant de court-circuit génère des contraintes électrodynamiques et thermiques importantes, potentiellement amplifiant les dommages.
• Les forts champs magnétiques générés par les hauts courants de défaut provoquent des interférences électromagnétiques sur les circuits de communication et de signalisation voisins.
• Lors d'une panne monophasée, la tension de la phase défaillante tombe à zéro, tandis que les tensions des phases non défaillantes restent proches de la tension de phase normale. Ainsi, l'isolation des équipements peut être conçue pour la tension de phase uniquement, réduisant les coûts, surtout avantageux aux niveaux de tension supérieurs.

• Mise à la terre à haute résistance
• Mise à la terre à moyenne résistance
• Mise à la terre à basse résistance

• Permet l'élimination automatique des défauts et simplifie l'exploitation et la maintenance.
• Isolement rapide des pannes à la terre, entraînant de faibles surtensions, l'élimination des surtensions résonantes et permettant l'utilisation de câbles et d'équipements de classe d'isolation inférieure.
• Réduit le vieillissement de l'isolation, prolonge la durée de vie des équipements et améliore la fiabilité.
• Les courants de défaut à la terre (plusieurs centaines d'ampères ou plus) garantissent une grande sensibilité et sélectivité de la protection par relais, sans besoin de sélection complexe des lignes de défaut.
• Réduit le risque d'incendie.
• Permet l'utilisation de parafoudres ZnO sans gap avec une absorption d'énergie élevée et une tension résiduelle faible pour la protection contre les surtensions.
• Supprime les composantes harmoniques de cinquième ordre dans les surtensions d'arc de mise à la terre, empêchant leur escalade vers des pannes entre phases.

• Mise à la terre à haute résistance : Convient aux réseaux de distribution avec un courant capacitaire de terre <10 A, aux grands alternateurs où le courant monophasé à la terre dépasse les limites admissibles mais reste <10 A. Les valeurs de résistance varient généralement de centaines à milliers d'ohms.
• Mise à la terre à moyenne et basse résistance : Pas de limite stricte, mais en général :
• Moyenne résistance : Courant de défaut du point neutre entre 10 A et 100 A
• Basse résistance : Courant de défaut du point neutre >100 A

Ils sont utilisés dans les réseaux de distribution urbains dominés par des câbles, les systèmes auxiliaires des centrales électriques et les grandes installations industrielles—où les courants capacitifs sont élevés et les défauts à la terre transitoires rares.

• Courant de défaut monophasé <10 A ; l'arc s'éteint automatiquement et l'isolation peut se rétablir automatiquement.
• La symétrie du système est maintenue ; le système peut fonctionner temporairement avec un défaut pour permettre le temps de localiser le défaut.
• Interférence minimale des communications.
• Simple et économique.
• Cependant, si le courant capacitif >10 A, des surtensions d'arc intermittentes de grande ampleur peuvent se produire. Ces surtensions sont de longue durée, affectent tout le réseau et posent des menaces sérieuses pour les équipements dotés d'une isolation faible, en particulier les machines tournantes. De telles surtensions ont causé à plusieurs reprises des défauts de terre multiples, des brûlures d'équipement et de grandes pannes.
  Les surtensions résonantes provoquent fréquemment la rupture des fusibles dans les transformateurs de tension (TT), la dégradation des TT ou même des dommages aux équipements principaux.

• Le courant inductif provenant de la bobine d'extinction d'arc compense le courant de terre capacitif du système, réduisant le courant de défaut à <10 A, permettant ainsi l'extinction automatique de l'arc.
• L'isolation au point de défaut peut se rétablir automatiquement.
• Réduit la probabilité de surtensions d'arc intermittentes.
• Maintient la symétrie du système lors des défauts monophasés, permettant une opération temporaire continue pour localiser le défaut.
• Cependant, cela ne réduit que la probabilité—mais n'élimine pas—la surtension d'arc, et ne réduit pas son amplitude. Le facteur de multiplication de la surtension reste élevé, posant un stress important sur l'isolation, en particulier dangereux pour les systèmes de commutation compacts et les câbles, qui peuvent subir une rupture d'isolation ou des courts-circuits interphases, conduisant à une panne catastrophique des équipements.

• Le côté haute tension de 110 kV ou 220 kV des parcs éoliens utilise généralement la mise à la terre du neutre via un disjoncteur (interrupteur).
• Le côté du système collecteur de 35 kV utilise généralement la mise à la terre via une bobine d'extinction d'arc ou une résistance.
  • Si le système collecteur utilise des lignes entièrement câblées, le courant capacitif est relativement important ; par conséquent, la mise à la terre via une résistance est recommandée.