Analyse de la technologie de protection de mise à la terre des transformateurs sur les chantiers de construction

Actuellement, la Chine a réalisé certains accomplissements dans ce domaine. La littérature pertinente a conçu des schémas de configuration typiques pour la protection contre les défauts de mise à la terre dans les systèmes de distribution basse tension des centrales nucléaires. Sur la base de l'analyse de cas nationaux et internationaux où les défauts de mise à la terre dans les systèmes de distribution basse tension des centrales nucléaires ont causé un dysfonctionnement de la protection par séquence nulle des transformateurs, les causes sous-jacentes ont été identifiées. De plus, des suggestions d'amélioration pour les mesures de protection contre les défauts de mise à la terre dans les systèmes d'alimentation auxiliaire des centrales nucléaires ont été proposées sur la base de ces schémas de configuration typiques.

La littérature pertinente a étudié les modèles de variation du courant différentiel et du courant de retenue, et en calculant le rapport entre le courant différentiel et le courant de retenue, une analyse quantitative de l'adaptabilité de la protection différentielle par rapport du transformateur principal sous ces conditions de défaut a été réalisée.

Cependant, les méthodes mentionnées ci-dessus font toujours face à de nombreux problèmes qui nécessitent une résolution urgente. Par exemple, une résistance de mise à la terre excessive, un choix inapproprié des méthodes de mise à la terre, et des mesures de protection contre la foudre insuffisantes—ces problèmes peuvent tous conduire à des pannes de transformateur et même déclencher des accidents de sécurité. Il est donc nécessaire de mener des recherches et analyses plus approfondies sur les technologies de protection de mise à la terre des transformateurs sur les chantiers, en intégrant les derniers résultats de recherche et développements technologiques.

Grâce à cette recherche, non seulement le niveau théorique de la technologie de protection de mise à la terre des transformateurs peut être amélioré, mais aussi des solutions et mesures pratiques et réalisables peuvent être fournies pour les projets de construction réels. Il est espéré que cette recherche puisse attirer davantage l'attention et l'accent des chercheurs sur les technologies de protection de mise à la terre des transformateurs sur les chantiers, contribuant collectivement au développement de ce domaine.

1 Détermination des méthodes de mise à la terre des transformateurs

La méthode traditionnelle de mise à la terre directe du point neutre du transformateur peut causer des courants de court-circuit excessifs dans certaines conditions, potentiellement endommageant l'équipement. Par conséquent, une méthode de mise à la terre à faible résistance du point neutre est proposée. La mise à la terre à faible résistance du point neutre est une approche efficace de mise à la terre des transformateurs qui permet de contrôler efficacement le courant de mise à la terre du transformateur en connectant une résistance faible entre le point neutre du transformateur et la terre. Cette méthode de mise à la terre peut non seulement réguler l'intensité du courant de mise à la terre et réduire l'impact de la foudre et des surtensions sur les transformateurs, améliorant ainsi la stabilité opérationnelle, mais peut également limiter les courants de court-circuit et réduire le risque d'endommagement de l'équipement.

Concrètement, lors de la mise en œuvre de la mise à la terre à faible résistance du point neutre pour les transformateurs sur les chantiers, la première étape consiste à déterminer la valeur appropriée de la résistance de mise à la terre. Selon la loi d'Ohm, la valeur de la résistance de mise à la terre est inversement proportionnelle au courant de mise à la terre et à la tension de mise à la terre. Par conséquent, lors de la sélection de la valeur de la résistance de mise à la terre pour la méthode de mise à la terre à faible résistance du point neutre, la valeur de résistance doit d'abord être déterminée, avec la formule de calcul suivante :

Dans la formule, R₀ représente la valeur de résistance du résistor de mise à la terre ; U₀ représente la tension nominale moyenne du système électrique sur le chantier ; I₀ représente le courant qui circule à travers le résistor du point neutre. Selon le calcul de la formule (1), une valeur appropriée de la résistance de mise à la terre doit être sélectionnée, capable de limiter efficacement le courant de court-circuit tout en évitant un impact excessif sur le transformateur.

Ensuite, il s'agit de déterminer les paramètres tels que la section et le matériau du fil de mise à la terre. Le matériau du fil de mise à la terre doit également posséder une excellente conductivité et une résistance à la corrosion pour assurer sa durée de vie et sa fiabilité. Cette étude prend en compte de manière globale les conditions réelles de la mise à la terre des transformateurs sur les chantiers et choisit le fil de cuivre étamé comme conducteur de mise à la terre—un matériau doté d'une bonne conductivité, facile à câbler et doté de fortes capacités anticorrosion, qui répond pleinement aux exigences de la méthode de mise à la terre à faible résistance du point neutre.

La section du fil de mise à la terre affecte directement sa valeur de résistance, qui influence à son tour le courant de mise à la terre. Par conséquent, la section appropriée du fil de mise à la terre est sélectionnée sur la base de la formule suivante :

Dans la formule, S représente la section du fil de mise à la terre dans la méthode de mise à la terre à faible résistance du point neutre ; η représente le coefficient de rapport entre la résistance de mise à la terre du point neutre et la résistance de mise à la terre du transformateur ; T représente la température admissible de montée du fil de mise à la terre. Enfin, la profondeur d'enterrement de l'électrode de mise à la terre doit être déterminée. Pour garantir un fonctionnement stable de l'électrode de mise à la terre dans des environnements difficiles, sa profondeur d'enterrement doit dépasser l'épaisseur de la couche de sol gelé sur le chantier, assurant ainsi de manière globale la fiabilité et la sécurité du système de mise à la terre.

En résumé, lors de la mise en œuvre de la mise à la terre des transformateurs sur les chantiers, une méthode de mise à la terre à faible résistance du point neutre est adoptée, avec des paramètres de mise à la terre raisonnables, y compris la valeur de résistance, la section du fil de mise à la terre, le choix du matériau et la profondeur d'enterrement de l'électrode de mise à la terre, offrant ainsi une base solide pour un fonctionnement stable du transformateur pendant la construction.

2 Conception du schéma de protection de mise à la terre des transformateurs

Selon le contenu ci-dessus, la méthode de mise à la terre à basse résistance du point neutre est adoptée dans la technologie de protection de mise à la terre des transformateurs sur les chantiers de construction. Cette méthode de mise à la terre contrôle principalement le courant de mise à la terre du transformateur efficacement par une basse résistance. Diverses pannes peuvent survenir lors de l'exploitation du transformateur, la plus courante étant les pannes de mise à la terre monophasée. Une panne de mise à la terre monophasée se réfère à un court-circuit entre une enroulement de phase du transformateur et le sol, tandis que les deux autres phases continuent de fonctionner normalement. Cette panne provoque des changements dans le potentiel du point neutre du transformateur, entraînant un déséquilibre des courants triphasés. En utilisant cette caractéristique, un schéma de protection basé sur le déséquilibre de courant triphasé dans les transformateurs est proposé :

La première est la protection section I de séquence nulle, avec sa formule de calcul comme suit :

Dans la formule, I₁ représente la valeur de courant d'opération de protection de séquence nulle des transformateurs sur les chantiers de construction ; γ₁ représente le coefficient de fiabilité ; γ₂ représente le coefficient de branche de séquence nulle ; I₂ représente la valeur de courant d'opération de protection de séquence nulle des composants adjacents des transformateurs sur les chantiers de construction. Après avoir calculé la valeur de courant pour la protection section I de séquence nulle selon la formule (3), le temps d'opération de la protection section I est généralement fixé à environ 0,5 secondes plus long que le temps d'opération de la protection de séquence nulle du niveau inférieur.

Ensuite, il y a la protection section II de séquence nulle. La formule de calcul de sa valeur de courant de protection est la même que celle pour la protection section I de séquence nulle, c'est-à-dire que le courant de protection est également obtenu selon la formule (3), mais le temps d'opération diffère, nécessitant une augmentation d'environ 0,3 secondes basée sur le temps d'opération de la protection section I de séquence nulle.

Enfin, il y a la protection de tension de séquence nulle. En tenant compte globalement que, lors des pannes de mise à la terre monophasée des transformateurs sur les chantiers de construction, le point neutre peut perdre sa sensibilité intrinsèque, la tension de fonctionnement de la protection de tension de séquence nulle doit être inférieure à la tension de séquence nulle maximale apparaissant au point d'installation de la protection pendant les pannes de mise à la terre monophasée. La valeur de tension de protection de tension de séquence nulle est principalement déterminée selon la formule suivante :

Dans la formule, U₁ représente la tension de fonctionnement de la protection de tension de séquence nulle ; U₂ représente la tension nominale des trois enroulements secondaires.

En résumé, pour former un schéma complet de protection contre le déséquilibre de courant triphasé, une série de calculs complexes sont nécessaires, y compris les formules de calcul pour la protection section I de séquence nulle, la protection section II de séquence nulle et la protection de tension de séquence nulle. La dérivation et l'application de ces formules aideront à déterminer plus précisément le type et la gravité des pannes de mise à la terre monophasée sur les chantiers de construction. Ce schéma de protection peut non seulement localiser et isoler rapidement les pannes de mise à la terre, mais aussi réduire la probabilité d'incidents de coupure de courant causés par les pannes de mise à la terre. En outre, combiné avec la méthode de mise à la terre à basse résistance du point neutre, une structure de protection de mise à la terre complète pour les transformateurs sur les chantiers de construction est formée, offrant une forte protection pour le fonctionnement sûr des transformateurs.

3 Analyse expérimentale

Pour vérifier l'efficacité de la technologie de protection de mise à la terre des transformateurs mentionnée ci-dessus sur les chantiers de construction, ce chapitre utilisera le logiciel de simulation de systèmes électriques PowerFactory pour mener des expériences de simulation de protection de mise à la terre des transformateurs. Tout d'abord, un modèle de système électrique de bâtiment est établi dans le logiciel de simulation, qui comprend principalement des transformateurs, des lignes haute et basse tension, des charges et d'autres équipements. Le tableau 1 présente le modèle et les spécifications des paramètres du transformateur expérimental.

La structure spécifique du transformateur est montrée dans la Figure 1.

Ensuite, des expériences de simulation de protection de mise à la terre du transformateur ont été menées en utilisant trois méthodes de mise à la terre différentes : la mise à la terre de point neutre à faible résistance, la mise à la terre de point neutre à haute résistance et la mise à la terre de point neutre avec bobine d'extinction d'arc. Lors de la configuration des méthodes de mise à la terre, pour la méthode de mise à la terre de point neutre à faible résistance, un résistor de petite valeur de résistance a été sélectionné, spécifiquement réglé à 0,5 Ω, pour simuler l'effet de la mise à la terre à faible résistance ; pour la méthode de mise à la terre de point neutre à haute résistance, un résistor de grande valeur de résistance a été sélectionné, réglé à 10 Ω, pour simuler les caractéristiques de la mise à la terre à haute résistance.

Au cours de l'expérience, les niveaux de courant de mise à la terre du transformateur en cas de défaut de mise à la terre monophasée ont été simulés. L'emplacement spécifique du défaut a été fixé au milieu d'une ligne de phase sur le côté basse tension du transformateur, avec une résistance de défaut réglée à 100 Ω pour simuler la résistance de mise à la terre lors d'un défaut de mise à la terre. Dans le processus de simulation de défaut, un système d'acquisition de données à taux d'échantillonnage élevé a été utilisé pour enregistrer les données de courant de mise à la terre, avec une fréquence d'échantillonnage réglée à 1000 fois par seconde afin de s'assurer de capturer les changements subtils du courant de mise à la terre.

En plus d'enregistrer la valeur du courant de mise à la terre au moment de l'apparition du défaut, plusieurs points de temps ont été fixés, y compris 0,1 s, 0,5 s, 1 s, 5 s et 10 s après l'apparition du défaut, pour observer les changements du courant de mise à la terre à différents moments. Pour éviter l'aléatoire des résultats expérimentaux, les données de courant de mise à la terre ont été enregistrées 10 fois, avec la valeur moyenne prise comme résultat final de l'expérience. La Figure 2 fournit une comparaison des effets de la protection de mise à la terre du transformateur selon différentes méthodes de mise à la terre.

Comme le montre la Figure 2, l'analyse de simulation a comparé les caractéristiques du courant de mise à la terre des transformateurs en cas de défaut monophasé pour les méthodes de mise à la terre de point neutre à faible résistance, à haute résistance et avec bobine d'extinction d'arc. Les résultats indiquent que, en cas de défaut de mise à la terre monophasée des transformateurs, le courant de mise à la terre sous la méthode de mise à la terre de point neutre à faible résistance est significativement plus élevé que celui sous les méthodes de mise à la terre de point neutre à haute résistance et avec bobine d'extinction d'arc.

Avec la technologie de protection de mise à la terre conçue, le courant moyen de mise à la terre du transformateur était de 70,11 A, ce qui représente une augmentation de 43,44 A et 21,62 A respectivement par rapport aux technologies du groupe témoin. Cela aide à réduire l'intensité de l'arc au point de défaut et à accélérer la capacité de dégagement spontanée du défaut. Par conséquent, la technologie de protection de mise à la terre conçue est réalisable et fiable, adaptée à l'application pratique en cas de défaut de mise à la terre monophasée des transformateurs, protégeant efficacement la sécurité opérationnelle des transformateurs sur les chantiers de construction.

4.Conclusion

La technologie de protection de mise à la terre pour les transformateurs sur les chantiers de construction propose un schéma de protection de surintensité nulle basé sur la méthode de mise à la terre de point neutre à faible résistance. Grâce à des expériences comparatives, la supériorité de la technologie de protection de mise à la terre conçue dans la protection principale des défauts monophasés des transformateurs a été vérifiée. Bien que certains résultats de recherche aient été obtenus, il existe encore certaines limitations. Par exemple, les conditions expérimentales et les échantillons de données peuvent ne pas être suffisamment complets, nécessitant une validation supplémentaire de la généralité des conclusions.

Les recherches futures pourraient se concentrer sur les domaines suivants : premièrement, élargir la portée des expériences et augmenter les échantillons de données pour améliorer la précision et la généralité des conclusions ; deuxièmement, mener des études approfondies sur d'autres schémas et technologies de protection pour explorer des méthodes de protection de mise à la terre des transformateurs plus efficaces et fiables ; enfin, développer des dispositifs et systèmes de protection de meilleure performance en combinaison avec des applications d'ingénierie pratiques.