Dans les réseaux de distribution d'électricité à moyenne tension, transformateurs de mise à la terre (transformateurs de mise à la terre) jouent un rôle essentiel dans la protection et la fiabilité du système. Il est indispensable pour les ingénieurs impliqués dans ce domaine de bien comprendre leurs principes et leurs applications. Réseaux de 6 kV, 10 kV et 35 kV.
1. Qu'est-ce qu'un transformateur de mise à la terre ?
A transformateur de mise à la terre est un transformateur spécialisé utilisé pour créer un point neutre artificiel dans les installations où le neutre n'est pas disponible par défaut.
Classification
- Par type d'isolant
- Transformateur de mise à la terre à bain d'huile
- Transformateur de mise à la terre de type sec
- Par phase
- Transformateur de mise à la terre triphasé
- Transformateur de mise à la terre monophasé
Fonction principale
Les transformateurs de mise à la terre fournissent un point neutre pour réseaux sans mise à la terre ou à neutre isolé, permettant de connecter :
- Bobines de suppression d'arc (bobines de Petersen)
- Résistances de mise à la terre neutre (NGR)
Cela réduit courant de défaut à la terre capacitif lors de défauts monophasés à la terre et améliore considérablement fiabilité de l'alimentation électrique.
2. Pourquoi les transformateurs de mise à la terre sont-ils nécessaires dans les réseaux moyenne tension ?
Dans de nombreux Réseaux de distribution de 6 kV / 10 kV / 35 kV, le système fonctionne avec un neutre non mis à la terre.
- Le côté basse tension du transformateur principal est souvent en triangle, avec pas de point neutre accessible.
- Lorsqu'un défaut à la terre monophasé se produit :
- Les tensions entre phases restent symétriques
- Le système peut continuer à fonctionner pendant 1 à 2 heures
- Le courant de défaut à la terre capacitif est généralement faible (≤ 10 A)
Cela permet à certains les pannes temporaires se résolvent d'elles-mêmes, ce qui permet d'améliorer la continuité de l'approvisionnement.
3. Problèmes liés à l'augmentation du courant capacitif de défaut à la terre
Avec l'extension du réseau urbain et l'augmentation rapide de conduites d'alimentation par câble, la capacité entre le réseau et la terre augmente fortement. Lorsque le courant capacitif de défaut à la terre dépasse 10 A, des risques sérieux apparaissent :
Principaux risques
- Surtension due à la mise à la terre de l'arc
- Extinction et réallumage intermittents de l'arc
- Surtension jusqu'à 4 × U (U = valeur de crête de la tension de phase)
- Sollicitations importantes et prolongées de l'isolation
- Courts-circuits phase-phase
- Un arc électrique continu ionise l'air
- Rupture d'isolation entre phases
- Surtension par ferrorésonance
- Dommages subis par les transformateurs de tension (TT)
- Défaillance ou explosion d'un parafoudre
Ces phénomènes peuvent entraîner déclenchement des lignes, dommages matériels et aggravation des défauts, ce qui compromet la sécurité du fonctionnement du réseau.
4. Rôle des transformateurs de mise à la terre dans la compensation du courant de défaut
Afin de réduire le courant de défaut à la terre capacitif, bobines ou résistances d'extinction d'arc doit être raccordé au neutre du réseau.
Étant donné que les réseaux non mis à la terre ne disposent pas d'un neutre naturel, un Un transformateur de mise à la terre est installé pour créer un point neutre artificiel., ce qui permet :
- Mise à la terre du neutre par des bobines d'extinction d'arc
- Réduction du courant de défaut à la terre
- Amélioration de la stabilité et de la sécurité du système
5. Transformateur de mise à la terre triphasé (type « en zigzag »)
Connexion en zigzag (type Z)
Les transformateurs de mise à la terre triphasés utilisent généralement un Raccordement en zigzag (type Z).
Caractéristique structurelle essentielle:
- Chaque enroulement de phase est divisé en deux sections
- Enroulé dans des sens opposés sur le même brin central
Avantages des transformateurs de mise à la terre en zigzag
- Un flux de séquence zéro traverse les bords du noyau, et non des chemins de fuite
- Impédance de séquence zéro très faible (généralement environ 10 Ω)
- Permet une circulation efficace du courant de zéro-séquence
En revanche, les transformateurs classiques présentent une impédance de séquence zéro nettement plus élevée.
Avantage en termes de capacité
- Transformateurs classiques équipés de bobines anti-arc :
- Limité à ≤ 20% de la puissance du transformateur
- Transformateurs de mise à la terre en zigzag :
- Peut transporter 90%–100% de la capacité de la bobine d'extinction d'arc
Avantages supplémentaires
- Peut fournir charges auxiliaires secondaires
- Peut remplacer les transformateurs de service des sous-stations
- Contribue à réduire l'investissement global du projet
6. Transformateur de mise à la terre monophasé
Les transformateurs de mise à la terre monophasés sont principalement utilisés dans :
- Systèmes de mise à la terre du point neutre des générateurs
- Armoires de résistance de mise à la terre du neutre pour grands transformateurs
Objectif
- Fournir un point de mise à la terre pour les installations déjà équipées d'un neutre
- Réduire le taille et coût des armoires de résistance de mise à la terre neutre
7. Caractéristiques de fonctionnement des transformateurs de mise à la terre
Un transformateur de mise à la terre bien conçu présente les caractéristiques suivantes :
- Faible impédance de séquence zéro
- Garantit un courant de séquence zéro suffisant en cas de défaut à la terre
- Impédance de magnétisation élevée
- Réduit le courant à vide
- Faibles pertes à vide
- Réduit au minimum la consommation d'énergie liée au fonctionnement quotidien
Ces caractéristiques garantissent un fonctionnement fiable tout en assurant un rendement élevé.
8. Applications typiques
Les transformateurs de mise à la terre sont largement utilisés dans :
- Postes de distribution à moyenne tension
- Réseaux électriques urbains à prédominance câblée
- Réseaux électriques industriels
- Parcs éoliens et postes de transformation d'énergie renouvelable
Ils sont souvent installés avec :
- Bobines de suppression d'arc
- Résistances de mise à la terre du neutre
- Systèmes de protection et de surveillance
Conclusion
Les transformateurs de mise à la terre sont composants essentiels dans les réseaux électriques modernes à moyenne tension. En créant un point neutre artificiel, ils permettent en effet :
✔ Réduire le courant de défaut à la terre
✔ Supprimer la surtension due à la mise à la terre de l'arc
✔ Empêcher la ferrorésonance
✔ Améliorer la sécurité et la fiabilité du système
À mesure que les réseaux de distribution continuent de s'étendre, les transformateurs de mise à la terre joueront un rôle de plus en plus important dans fonctionnement sûr et stable du réseau.