A système de mise à la terre du transformateur contrôle le courant de défaut à la terre, stabilise la tension du système par rapport à la terre et relie les parties conductrices accessibles pour des raisons de sécurité. Il fonctionne conjointement avec les protections différentielles, de surintensité, de défaut à la terre, de température, de pression et contre les surtensions. Ce guide explique la mise à la terre du neutre des transformateurs, les transformateurs de mise à la terre en zigzag, la liaison équipotentielle de la cuve, les zones de protection, les systèmes de protection contre l'incendie et la mise en service.

Mise à la terre du système vs Mise à la terre des équipements

La mise à la terre du système relie le neutre d'un transformateur ou un point dérivé à la terre, directement ou par l'intermédiaire d'une impédance. Elle détermine le courant de défaut à la terre et le comportement face aux surtensions transitoires. La mise à la terre des équipements relie la cuve, les radiateurs, les structures, les press-étoupes et les enveloppes au réseau de terre de protection.

Les deux sont nécessaires mais servent des objectifs différents. Un neutre mis à la terre ne remplace pas la liaison équipotentielle de la cuve, et une cuve reliée ne définit pas le traitement du neutre du réseau.

Méthodes de mise à la terre du neutre des transformateurs

Bases solides

Le neutre est relié à la terre avec une faible impédance. Le courant de défaut est élevé, ce qui permet une protection sensible et rapide, mais l'équipement subit une énergie de défaut plus importante.

Mise à la terre par résistance

Une résistance de mise à la terre du neutre limite le courant de défaut à la terre. La mise à la terre à haute résistance peut permettre un fonctionnement contrôlé pour certains systèmes industriels ; la mise à la terre à basse résistance fournit un courant de défaut plus élevé et défini pour un déclenchement sélectif. La résistance nécessite des caractéristiques nominales de courant, de durée et d'isolation.

Mise à la terre par réactance

Un réacteur limite le courant de défaut et influence les performances transitoires. Son application nécessite des études de réseau pour éviter les problèmes de résonance et de surtension.

Mise à la terre par résonance

Une bobine de suppression d'arc compense le courant capacitif de défaut à la terre du réseau, réduisant ainsi le courant d'arc à la terre. Le réglage et la détection des défauts nécessitent une conception spécialisée.

Tableau de comparaison rapide et de sélection

Utilisez ce tableau comme un récapitulatif rapide des principales décisions d'ingénierie et d'approvisionnement expliquées dans l'article.

Zone de décision	Sens pratique	Que vérifier
Mise à la terre du système vs Mise à la terre des équipements	La mise à la terre du système relie le neutre d'un transformateur ou un point dérivé à la terre, directement ou par l'intermédiaire d'une impédance.	Il détermine le comportement du courant de défaut à la terre et des surtensions transitoires.
Méthodes de mise à la terre du neutre des transformateurs	Le neutre est relié à la terre avec une faible impédance.	Le courant de défaut est élevé, ce qui permet une protection sensible et rapide, mais l'équipement subit une énergie de défaut plus importante.
Liaison équipotentielle de la cuve du transformateur et de la grille de terre	Fournissez des connexions robustes de la cuve du transformateur à la grille de terre de la sous-station, souvent en plus d'un point selon la conception.	Radiateurs de continuité, armoires de raccordement, équipements neutres, boîtes de câbles, rails et structures métalliques.
Transformateur de mise à la terre en zigzag	Un transformateur de mise à la terre en zig-zag crée un neutre sur un système raccordé en triangle ou dépourvu de neutre.	Ses enroulements interconnectés présentent une impédance élevée à la tension de séquence positive équilibrée, mais un chemin contrôlé pour le courant de défaut à la terre de séquence zéro.
Considérations relatives à la protection différentielle	Les rapports, la polarité, la classe et les performances de saturation des TC doivent être adaptés au courant maximal de défaut traversant.	Le relais numérique compense le rapport de transformation et le déphasage du groupe de couplage et utilise une retenue harmonique pour rester stable lors des courants d'appel à l'enclenchement.

Liaison équipotentielle de la cuve du transformateur et de la grille de terre

Assurez des connexions robustes entre la cuve du transformateur et la grille de terre de la poste, souvent en plus d'un point selon la conception. Reliez les radiateurs, les armoires de contrôle, l'équipement du neutre, les boîtes à câbles, les rails et les structures métalliques. Les conducteurs doivent supporter le courant de défaut pendant le temps d'élimination et résister aux dommages mécaniques et à la corrosion.

Transformer tank bonded by copper conductor to a substation grounding grid — La cuve, les équipements neutres, les structures et les écrans de câbles doivent être reliés à la conception de la mise à la terre du site.

La tension de contact et de pas — et non la résistance seule — déterminent la sécurité du personnel. L'étude de mise à la terre utilise la résistivité du sol, la répartition du courant de défaut, la géométrie de la grille, la couche de surface et le temps d'élimination. Testez la continuité et les performances de la grille après la construction.

Transformateur de mise à la terre en zigzag

Un transformateur de mise à la terre en zigzag crée un neutre sur un système raccordé en triangle ou dépourvu de neutre. Ses enroulements interconnectés présentent une impédance élevée aux tensions de séquence positive équilibrées, mais un chemin contrôlé pour le courant de défaut à la terre de séquence zéro. Une résistance ou une réactance de neutre peut être connectée à son neutre.

Zigzag grounding transformer installed beside medium-voltage switchgear — Un transformateur zigzag peut créer un neutre et fournir un chemin de séquence zéro contrôlé sur un système en triangle ou non mis à la terre.

Préciser la tension du réseau, le service continu du neutre, le courant de défaut à la terre et sa durée, le niveau d'isolement, l'impédance, la charge auxiliaire éventuelle, l'enveloppe et l'échauffement. La protection doit couvrir à la fois les défauts d'enroulement et le service de mise à la terre externe.

Fonctions de protection du transformateur principal

Protection différentielle : compare les courants compensés autour de la zone du transformateur.
Défaut terre restreint protection sensible contre les défauts à la terre près d'un neutre d'enroulement mis à la terre.
Surintensité et défaut à la terre : protection de secours contre les défauts externes et internes.
Relais Buchholz détection de flux de gaz et d'huile sur les transformateurs à liquide de type conservateur.
Décompression / pression soudaine : détecte ou soulage la pression interne.
Température alarmes/déclencheurs de température des enroulements et de l'huile et contrôle du refroidissement.
Défaillance du niveau d'huile et du refroidissement : alarmes d'état mécanique.
Parafoudres : limiter les surtensions de foudre et de manœuvre.

Considérations relatives à la protection différentielle

Les rapports des TC, la polarité, la classe et les performances de saturation doivent être adaptés au courant de défaut traversant maximal. Le relais numérique compense le rapport de transformation et le déphasage du couplage et utilise le freinage harmonique pour rester stable lors des courants d'appel de magnétisation. Les réglages nécessitent des données de transformateur et des études de défauts.

Sécurité incendie et physique

La conception des transformateurs remplis de liquide peut nécessiter un système de rétention d'huile, une séparation coupe-feu, un système d'extinction ou de drainage conformément aux réglementations locales. Maintenez une ventilation et des dégagements de sécurité autour des unités de type sec. Des clôtures, des serrures, une signalisation et des barrières contrôlent l'accès. Les évents de décharge de pression ne doivent pas diriger leur flux vers les voies de circulation du personnel.

Coordination des protections

Les disjoncteurs ou fusibles primaires et secondaires doivent tolérer l'appel de courant à la mise sous tension et la surcharge normale tout en respectant les limites thermiques et de courant de défaut du transformateur. Coordonner avec les dispositifs en aval afin que les défauts sur les départs extérieurs ne déclenchent pas inutilement le disjoncteur d'arrivée du transformateur.

A transformateur immergé dans l'huile de 35 kV doit être coordonné avec les équipements en amont tels que Tableau de commutation KYN61-40,5. Projets empaquetés utilisant un poste électrique 35 kV pour énergies renouvelables exiger la même étude de mise à la terre et de protection au niveau du système.

Essais et mise en service

Vérifier le rapport de transformation, le groupe de couplage et la résistance des enroulements.
Vérifier l'isolation, les traversées, l'huile et la continuité de la mise à la terre.
Confirmer les rapports des TC, la polarité et la mise à la terre secondaire.
Injecter les fonctions différentielle, de défaut à la terre et de surintensité.
Tester les contacts de température, de gaz, de pression et de niveau d'huile.
Points de détection d'alarmes, de contrôle du refroidissement et de SCADA.
Faites déclencher chaque disjoncteur concerné sur l'ensemble du circuit.

Transformer differential protection relay and trip-circuit test equipment — La mise en service doit prouver la polarité des TC, la logique des relais et toute la chaîne de déclenchement du disjoncteur.

Opération sécuritaire

Le travail sur les transformateurs nécessite une isolation, une consignation (verrouillage/étiquetage), une vérification d'absence de tension, une décharge, une mise à la terre et le contrôle des sources induites ou de réalimentation. Les conducteurs neutres et les résistances de mise à la terre peuvent rester dangereux pendant les défauts. Seul un personnel qualifié doit commuter, tester ou entretenir les systèmes de transformateurs.

Transformateurs en zigzag et de mise à la terre

Un transformateur de mise à la terre en zig-zag crée un neutre pour un système en triangle ou autrement non mis à la terre, tout en présentant une impédance élevée au courant de séquence positive équilibré. Sa valeur nominale dépend du courant de défaut à la terre admissible et de sa durée, et non pas seulement du kVA nominal du départ normal. Une résistance de neutre peut être ajoutée pour limiter le courant de défaut.

Mise à la terre par rapport à la liaison équipotentielle et essais des noyaux de terre

La mise à la terre du système établit la référence du circuit ; la liaison équipotentielle connecte les parties conductrices exposées au chemin de retour des défauts. Les grands transformateurs nécessitent également une mise à la terre contrôlée du noyau, généralement un seul point intentionnel. Des mises à la terre multiples du noyau peuvent provoquer des courants de circulation et un échauffement, de sorte que les tests d'isolation et de courant de mise à la terre du noyau favorisent l'évaluation de l'état.

Références techniques et lectures complémentaires

Les sources indépendantes suivantes étayent les normes, la terminologie, les calculs et le contexte de sécurité abordés dans ce guide :

norme de transformateur de puissance CEI 60076-1 — Domaine d'application, terminologie, caractéristiques assignées, symboles de raccordement, essais, sécurité et exigences générales pour les transformateurs de puissance.
Département de l'Énergie des États-Unis : Transformateurs de distribution — Définitions officielles, exigences d'efficacité, procédures d'essai et ressources réglementaires pour les transformateurs de distribution.
Exigences de l'OSHA relatives au transport et à la distribution d'énergie électrique — Exigences de sécurité applicables aux travaux de construction et aux interventions à proximité des équipements de transport et de distribution d'électricité.