Quelle est la différence entre un transformateur de terre et une bobine d'extinction d'arc?

Présentation des transformateurs de terre
Un transformateur de terre, communément appelé "transformateur de terre" ou simplement "unité de terre", peut être classé en type à isolation liquide et type sec selon le milieu d'isolation, et en triphasé et monophasé selon le nombre de phases. La fonction principale d'un transformateur de terre est de fournir un point neutre artificiel pour les systèmes électriques dont les transformateurs ou générateurs n'ont pas de neutre naturel (par exemple, les systèmes en delta). Ce point neutre artificiel permet l'utilisation soit d'une bobine Peterson (bobine d'extinction d'arc) soit d'une méthode de mise à la terre à faible résistance, réduisant ainsi le courant de défaut à la terre de capacité lors des défauts unipolaires et améliorant la fiabilité du système de distribution.

Présentation des bobines d'extinction d'arc (bobines Peterson)
Comme son nom l'indique, une bobine d'extinction d'arc est conçue pour éteindre les arcs. Il s'agit d'une bobine inductive à noyau ferromagnétique connectée entre le point neutre d'un transformateur (ou d'un générateur) et la terre, formant un système de mise à la terre avec bobine d'extinction d'arc. Cette configuration représente un type de système de mise à la terre à petit courant. Dans des conditions de fonctionnement normales, aucun courant ne circule dans la bobine. Cependant, lorsque le réseau est frappé par la foudre ou subit un défaut unipolaire d'arc à la terre, la tension au point neutre monte à la tension de phase. À ce moment-là, le courant inductif provenant de la bobine d'extinction d'arc compense le courant de défaut capacitif, le neutralisant efficacement. Le courant résiduel devient alors très faible - insuffisant pour maintenir l'arc - permettant à celui-ci de s'éteindre naturellement. Cela élimine rapidement le défaut à la terre sans déclencher de surtensions dangereuses.

Le rôle clé de la bobine d'extinction d'arc est de fournir un courant inductif qui compense le courant capacitif au point de défaut lors d'un défaut unipolaire à la terre, réduisant le courant total de défaut à moins de 10 A. Cela aide à prévenir la réallumage de l'arc après le passage par zéro du courant, permet l'extinction de l'arc, réduit la probabilité de surtensions de grande amplitude et empêche l'escalade du défaut. Lorsqu'elle est correctement réglée, la bobine d'extinction d'arc non seulement minimise la probabilité de surtensions induites par l'arc, mais aussi atténue leur amplitude et réduit les dommages thermiques au point de défaut et la montée de tension sur la grille de mise à la terre.

Un réglage correct signifie que le courant inductif (IL) correspond ou approxime étroitement le courant capacitif (IC). En pratique, le degré de désaccord est exprimé par le facteur de désaccord V :

• Lorsque V=0, on parle de compensation totale (condition de résonance).

• Lorsque V>0, c'est une sous-compensation.

• Lorsque V<0, c'est une surcompensation.

Idéalement, pour une extinction optimale des arcs, la valeur absolue de V devrait être aussi petite que possible - idéalement zéro (compensation totale). Cependant, dans un fonctionnement normal du réseau, un petit désaccord (en particulier une compensation totale) peut entraîner des surtensions de résonance en série. Par exemple, dans un système de distribution électrique de 6 kV pour une mine de charbon, la tension de déplacement du point neutre sous compensation totale peut être 10 à 25 fois plus élevée qu'un système non mis à la terre - connu sous le nom de surtension de résonance en série. De plus, les opérations de commutation (par exemple, la mise sous tension de grands moteurs ou la fermeture non synchrone de disjoncteurs) peuvent également induire des surtensions dangereuses. Par conséquent, en l'absence de défaut à la terre, le fonctionnement de la bobine d'extinction d'arc près de la résonance présente un risque plutôt qu'un avantage de sécurité. En pratique, les bobines d'extinction d'arc fonctionnant en ou près de la compensation totale sont généralement équipées d'une résistance d'amortissement pour supprimer les surtensions de résonance, et l'expérience sur le terrain a montré que cette approche était très efficace.

Différence entre les transformateurs de terre et les bobines d'extinction d'arc
Dans les systèmes de distribution triphasés de 10 kV en Chine, le point neutre est généralement non mis à la terre. Pour prévenir les courants capacitifs intermittents lors des défauts unipolaires à la terre, qui pourraient causer des arcs persistants et des oscillations de tension - pouvant se transformer en incidents majeurs - un transformateur de terre est utilisé pour créer un point neutre artificiel. Le transformateur de terre utilise généralement une connexion en zigzag (type Z). Son point neutre est connecté à une bobine d'extinction d'arc, qui est ensuite mise à la terre. Lors d'un défaut unipolaire à la terre, le courant inductif de la bobine d'extinction d'arc annule le courant capacitif du système, permettant au système de continuer à fonctionner pendant jusqu'à 2 heures tandis que le personnel de maintenance localise et corrige le défaut.

Ainsi, le transformateur de terre et la bobine d'extinction d'arc sont deux dispositifs distincts : la bobine d'extinction d'arc est essentiellement un grand inducteur, connecté entre le point neutre fourni par le transformateur de terre et la terre. Ils travaillent ensemble comme un système coordonné - mais remplissent des fonctions fondamentalement différentes.