Conception des résistances de mise à la terre

« La conception résistive pour la mise à la terre est devenue une nécessité dont le poids et l’importance ne cessent de croître ».

C’est pourquoi, à partir des matériaux KLK Electro, nous avons décidé d’écrire cet article de concepts généraux pour aider à clarifier les doutes de la main de notre responsable de l’ingénierie dans le département des résistances de puissance Fernando Rodriguez Fernandez.

1. DESCRIPTION :

Les résistances de mise à la terre du neutre sont des équipements destinés à limiter le défaut à la terre résultant d’un court-circuit dans le primaire d’un transformateur (généralement dans la zone de distribution ou de production).

Cet équipement est connecté au neutre du secondaire du transformateur car, en cas de court-circuit entre les phases du primaire (ou entre la phase et la terre), les tensions de ligne ne s’annuleront pas dans le neutre du transformateur, donnant lieu à une tension et à un courant associé qui, dans le pire des cas, atteindront l’ordre de kA, provoquant un grave danger pour les personnes et les équipements.

2. LES PRINCIPES FONDAMENTAUX DU CALCUL :

Les RPAT sont conçus en considérant le scénario le plus défavorable, c’est-à-dire un défaut à la terre aux bornes du générateur (en considérant que la valeur de la résistance de défaut RT dans la figure est 0).

Imagen cedida por D.Ricardo Granizo | UPM

Dans ce cas, le courant de défaut sera :?? = ? · ?? /√3 · ????

Où :

Id : courant de défaut à la terre

c : facteur de surtension

Un : tension nominale du réseau

RPAT : Valeur ohmique de la résistance de mise à la terre.

Dans la plupart des calculs, le facteur de surtension est considéré comme étant de 1, bien que certaines entreprises (suivant la norme UNE-EN 60909-0) utilisent 1,1.

À l’heure actuelle, la seule norme pertinente pour la conception des résistances de mise à la terre est la norme IEEE C52.37, où les valeurs de conception critiques sont indiquées :

• Augmentation moyenne de la température pour des services de moins de 10 minutes : 760°C
• Augmentation maximale de la température pour des services de plus de 10 minutes (service continu) : 385°C

 3. LES PRINCIPES FONDAMENTAUX DE LA CONCEPTION :

a. Aspects fondamentaux de la conception

Les principaux paramètres définissant une résistance de mise à la terre sont les suivants :

• Tension nominale du réseau
• Courant de défaut de terre
• Durée du défaut (temps d’extinction)
• Intensité permanente

Parmi celles-ci, la durée du défaut a généralement été fixée à 10 secondes, bien que le temps de déclenchement des protections puisse être plus court, car il est parfois nécessaire de tenir compte d’éventuels défauts consécutifs.

L’intensité du défaut à la terre est extrêmement variable car elle dépend de la capacité du réseau de terre à absorber le défaut. Les valeurs les plus courantes vont de 10 A (généralement utilisé pour les générateurs, car des courants supérieurs à 14 A peuvent endommager le stator) à 2000 A. Les valeurs les plus couramment utilisées par les compagnies d’électricité sont 300, 500 et 1000 A, les valeurs inférieures à 200 A n’étant pas recommandées. Il ne faut pas perdre de vue que cette conception est le pire scénario possible, les valeurs mesurées des défauts à la terre étant considérablement plus faibles (entre 40 et 60%, étant donné que la gamme de défauts qui peuvent se produire est très variée, et que la distance du défaut par rapport à la sous-station peut être pertinente).

Le courant permanent à supporter est donné par un déséquilibre du réseau qui produit un courant homopolaire permanent dans le neutre. Ces déséquilibres dépendent entièrement du réseau et peuvent varier considérablement d’un pays à l’autre (entre 25 et 75 A dans les cas extrêmes). Dans le cas particulier de l’Espagne, une valeur supérieure à 25 A n’est pas recommandée car elle n’a aucun sens compte tenu de la qualité du réseau, et il est important que cette valeur soit inférieure à 10% du courant de défaut attribué à l’équipement pour des raisons économiques.

b. Aspects fondamentaux du design

En outre, il y a plusieurs aspects qu’il peut être pertinent de prendre en compte dans la conception :

• Degré de protection (IP)
  • Installation d’éléments auxiliaires o Transformateur de courant
  • Transformateur de courant
  • Déconnecteur (normal ou motorisé)
  • Finition du boîtier de l’équipement selon le degré de pollution o Acier galvanisé peint selon ISO 12944
  • Acier inoxydable (AISI-304) non peint
  • Acier inoxydable (AISI-316) non peint
  • Acier inoxydable (AISI-316) non peint
  • Acier inoxydable (AISI-316) non peint

De tous ces critères, l’indice IP est le plus controversé, car les équipements électriques d’extérieur présentent généralement des valeurs élevées (55, 56, 65, etc.). Cependant, les RPAT présentent deux particularités : la première est que, pour des raisons de construction, leur ligne de fuite est très élevée (plus de 31 mm/KV), de sorte que la pollution ne pose pas de problème de fonctionnement ; la seconde est que cet équipement est conçu pour des températures de 760ºC, et que la chaleur générée à l’intérieur doit être évacuée. Pour toutes ces raisons, il est entendu que le grade qui offre le meilleur compromis entre fonctionnalité et protection est IP23, et ce grade est le plus répandu parmi les entreprises électriques de notre pays (ENEL, Iberdrola, EDP…).