Modes de fonctionnement des neutres des transformateurs du réseau électrique

Les transformateurs ont des neutres dont le mode de fonctionnement ou la méthode de mise à la terre est dû à :

• les exigences en matière de sécurité et de protection du travail du personnel,

• courants de défaut à la terre admissibles,

• les surtensions résultant des défauts à la terre, ainsi que la tension de fonctionnement des phases intactes de l'installation électrique par rapport à la terre, qui déterminent le niveau d'isolement des appareils électriques,

• la nécessité d'assurer un fonctionnement fiable du relais de mise à la terre,

• la possibilité d'utiliser les schémas les plus simples de réseaux électriques.

Dans le cas d'un défaut à la terre monophasé, la symétrie du système électrique est rompue : les tensions des phases par rapport à la terre changent, des courants de défaut à la terre apparaissent, des surtensions se produisent dans les réseaux. Le degré de changement de symétrie dépend du mode neutre.

Le mode neutre a un impact significatif sur les modes de fonctionnement des récepteurs électriques, les schémas du système d'alimentation, les paramètres de l'équipement sélectionné.

Neutre du réseau C'est un ensemble de points neutres interconnectés et de conducteurs pouvant être isolés du réseau ou reliés à la terre par une résistance faible ou élevée.

Les modes neutres suivants sont utilisés :

• neutre à la terre sourd,

• neutre isolé,

• neutre effectivement mis à la terre.

Le choix du mode neutre dans les réseaux électriques est déterminé par l'alimentation continue des consommateurs, fiabilité du travail, la sécurité du personnel de service et l'efficacité des installations électriques.

Les neutres des transformateurs des installations électriques triphasées, aux enroulements desquels sont connectés les réseaux électriques, peuvent être mis à la terre directement par résistance inductive ou active ou isolés de la terre.

Si le neutre de l'enroulement du transformateur est connecté au dispositif de mise à la terre directement ou via une faible résistance, alors ce neutre est appelé aveuglément mis à la terre, et les réseaux qui y sont connectés, respectivement, des réseaux avec un neutre mis à la terre.

Un neutre qui n'est pas relié à un dispositif de mise à la terre est appelé neutre isolé.

Les réseaux dont le neutre est relié au dispositif de mise à la terre par l'intermédiaire d'un réacteur (résistance inductive) qui compense le courant capacitif du réseau sont appelés réseaux à neutre mis à la terre ou compensé par résonance.

Les réseaux dont le neutre est mis à la terre via une résistance (résistance) sont appelés un réseau avec un neutre mis à la terre de manière résistive.

Réseau électrique avec une tension supérieure à 1 kV, où le facteur de défaut à la terre ne dépasse pas 1,4 (le facteur de défaut à la terre est le rapport de la différence de potentiel entre la phase non endommagée et la terre au point d'un défaut à la terre d'un autre ou de deux autres phases à la différence de potentiel entre la phase et la terre à ce moment avant la fermeture) est appelé réseau avec neutre effectivement mis à la terre.

Les installations électriques, en fonction des mesures de sécurité électrique, sont divisées en 4 groupes :

• les installations électriques avec des tensions supérieures à 1 kV dans des réseaux à neutre effectivement mis à la terre (avec des courants de défaut à la terre élevés),

• les installations électriques de tension supérieure à 1 kV dans les réseaux à neutre isolé (à faibles courants de terre),

• les installations électriques d'une tension jusqu'à 1 kV avec un neutre à la terre,

• installations électriques avec tension jusqu'à 1 kV avec neutre isolé.

Modes neutres des systèmes triphasés

Tension, kV Mode neutre Remarque 0,23 Neutre à la terre sourd Exigences de sécurité. Toutes les armoires électriques sont mises à la terre 0,4 0,69 Neutre isolé Pour améliorer la fiabilité de l'alimentation électrique 3,3 6 10 20 35 110 Neutre effectivement mis à la terre Pour réduire la tension des phases ouvertes à la terre lorsqu'une phase est court-circuitée à la terre et réduire la tension d'isolement nominale 220 330 500 750 1150

Les systèmes avec un neutre à la terre aveugle sont des systèmes avec un courant de défaut à la terre élevé. En cas de court-circuit, le court-circuit est automatiquement déconnecté. Dans les systèmes 0,23 kV et 0,4 kV, cet arrêt est dicté par les exigences de sécurité. Tous les châssis de l'équipement sont mis à la terre simultanément.

Les systèmes 110 et 220 kV et plus sont mis en œuvre avec un neutre effectivement mis à la terre… En cas de court-circuit, le court-circuit se déclenche également automatiquement. Ici, la mise à la terre du neutre entraîne une réduction de la tension d'isolement nominale. Elle est égale à la tension de phase des phases non endommagées à la terre. Pour limiter l'amplitude des courants de défaut à la terre, tous les neutres des transformateurs ne sont pas mis à la terre (mise à la terre effective).

Modes neutres des systèmes triphasés : a — neutre mis à la terre, b — neutre isolé

Neutre isolé dit neutre, non relié à un dispositif de mise à la terre ou relié par des dispositifs qui compensent le courant capacitif dans le réseau, transformateurs de tension et autres dispositifs à haute résistance.

Un système avec un neutre isolé utilisé pour améliorer la fiabilité de l'alimentation électrique. Il se caractérise par le fait que lorsqu'une phase est fermée à la terre, la tension des conducteurs de phase par rapport à la terre augmente jusqu'à tension de ligne, et la symétrie des contraintes est rompue. Le courant capacitif circule entre la ligne et le neutre. S'il est inférieur à 5 A, il est alors permis de continuer à fonctionner jusqu'à 2 heures pour les turbogénérateurs d'une puissance allant jusqu'à 150 MW et pour les hydrogénérateurs - jusqu'à 50 MW. S'il s'avère que le court-circuit ne s'est pas produit dans l'enroulement du générateur, mais dans le réseau, le travail est autorisé pendant 6 heures.

Les réseaux de 1 à 10 kV sont des réseaux à tension de générateur des centrales électriques et des réseaux locaux de distribution. Lorsqu'une phase est mise à la terre dans un tel système, la tension des phases non endommagées par rapport à la terre augmente jusqu'à la valeur de la tension du réseau. L'isolation doit donc être dimensionnée pour cette tension.

Le principal avantage du mode neutre isolé est la capacité à fournir de l'énergie aux consommateurs de départ et aux consommateurs avec un défaut à la terre monophasé.

L'inconvénient de ce mode est la détection difficile de l'emplacement du défaut à la terre.

La fiabilité accrue du mode (c'est-à-dire la possibilité d'un fonctionnement normal en cas de défauts à la terre monophasés, qui constituent une part importante de la panne des équipements électriques) du neutre isolé conduit à son utilisation obligatoire à des tensions supérieures 1 kV jusqu'à 35 kV inclus, car ces réseaux alimentent de grands groupes de consommateurs et de consommateurs d'énergie.

A partir d'une tension de 110 kV et plus, l'utilisation d'un mode neutre isolé devient économiquement non rentable, car l'augmentation de la tension par rapport à la terre de phase à ligne nécessite une augmentation significative de l'isolement des phases. L'utilisation du mode neutre isolé jusqu'à 1 kV est autorisée et justifiée par des exigences accrues en matière de sécurité électrique.

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