Jiangshan Scotech Électrique Co., Ltd
Un aperçu du transformateur de terre
Oct 13, 2025
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Un transformateur de mise à la terre, également appelé transformateur de mise à la terre, est un type de transformateur auxiliaire utilisé dans les systèmes électriques triphasés -. Il est généralement utilisé dans les systèmes électriques sans point neutre naturel pour fournir une connexion neutre artificielle pour la mise à la terre soit directement, soit via une impédance comme un réacteur de suppression d'arc, une résistance ou un réacteur de limitation de courant -. Pendant les défauts à la terre de la ligne - à -, il offre un chemin d'impédance - faible pour les courants de défaut homopolaire - (tout en présentant une impédance élevée aux courants inverses), limitant les courants de défaut et les surtensions transitoires pour garantir un fonctionnement fiable du système de protection de mise à la terre ; de plus, il transporte normalement un courant de terre de court-circuit - jusqu'à ce que le disjoncteur élimine le défaut, ayant ainsi des durées de - courtes. La valeur nominale en kVA d'un transformateur de mise à la terre dépend de la tension neutre de la ligne normale - à - et de la valeur du courant de défaut dans un délai spécifié, par exemple de quelques secondes à quelques minutes. De plus, il peut adopter un enroulement secondaire (basse tension -) pour alimenter en continu les stations de sous-station, et permet aux systèmes triphasés - connectés en triangle - de s'adapter aux charges de phase - à - neutre en fournissant un chemin de retour du courant vers le neutre ; lors de défauts monophasés -, il limite le courant de défaut dans le neutre pour améliorer la restauration de la ligne électrique.
I. Types de transformateur de mise à la terre
1. Yₙ,d-transformateur de mise à la terre connecté
Il s'agit d'un transformateur triphasé-avec unétoile-connectée (Yₙ, avec un fil neutre)enroulement primaire et undelta-connecté (d)enroulement secondaire.
L'enroulement secondaire connecté en triangle- peut transporter un courant de circulation pour équilibrer le courant dans l'enroulement primaire.
L'enroulement secondaire en triangle peut également être connecté en tant quedelta ouvert; en insérant des résistances ou des selfs à l'extrémité ouverte, l'impédance homopolaire -du transformateur de mise à la terre peut être ajustée.
De plus, les bornes de l'enroulement secondaire peuvent être sorties pour servir de source d'alimentation auxiliaire pour la sous-station.
2. Transformateur de mise à la terre Zₙ-connecté (zig-zag-connecté)
Il s'agit d'un transformateur triphasé-aveczig-zag-enroulements connectés.
En raison du mode de connexion inhérent aux enroulements en zig-zag, les courants de défaut peuvent être mutuellement équilibrés entre deux enroulements connectés en série-.
Un enroulement basse-tension peut être ajouté à ce transformateur pour agir comme source d'alimentation auxiliaire pour la sous-station.
Notes supplémentaires sur le fonctionnement et la structure
- Structure : Les transformateurs de mise à la terre sont structurellement similaires aux transformateurs de puissance triphasés ordinaires-à noyau-.
- Fonctionnement normal: Seul le courant d'excitation circule à travers le côté primaire du transformateur de mise à la terre ; le côté secondaire (si présent) n'a pas de courant.
- Défaut à la terre monophasé- : Les enroulements connectés en triangle-du transformateur principal de la sous-station et les enroulements triphasés-du transformateur de mise à la terre transportent un courant de court-circuit-. En sélectionnant correctement l'impédance de limitation de courant Z, le courant de court-circuit par phase - peut être contrôlé pour ne pas dépasser le courant de phase nominal des enroulements principaux du transformateur. La durée standard d'un tel courant de court-circuit-est de 10 secondes.
II. Le principe de fonctionnement du transformateur de terre
En fonctionnement normal, l'enroulement primaire du transformateur de terre est connecté aux conducteurs de phase du système électrique, tandis que son enroulement secondaire est mis à la terre. À ce stade, le transformateur fonctionne comme un transformateur conventionnel, augmentant ou diminuant la tension selon les besoins.
Pour limiter les courants de défaut, l'impédance du transformateur de terre, ainsi que toute résistance ou réacteur de mise à la terre supplémentaire, limite l'ampleur des courants de défaut circulant dans le système. En contrôlant ces courants de défaut, le transformateur de terre contribue à maintenir la stabilité du système et protège les équipements sensibles contre les dommages.
Lorsqu'un défaut (tel qu'un défaut de ligne-à-à la terre) survient dans le système, des courants de défaut circulent à travers l'enroulement secondaire du transformateur de mise à la terre jusqu'à la terre. Cela crée un chemin à faible impédance-pour que les courants de défaut se dissipent en toute sécurité, évitant ainsi les dommages aux équipements et réduisant le risque de risques électriques.
En termes de sécurité et de protection, le transformateur de terre assure la sécurité du personnel et des équipements du système électrique en fournissant un chemin fiable vers la terre. Il aide à prévenir les chocs électriques, les incendies et autres dangers associés à des conditions de panne, contribuant ainsi à un environnement de travail plus sûr et à une fiabilité améliorée du système.
III. La fonction du transformateur de terre
Le transformateur de mise à la terre est un équipement électrique spécialisé développé pour remédier au manque de points neutres dans des configurations spécifiques du réseau électrique et garantir le fonctionnement sûr du système en cas de défauts à la terre. Ses fonctions principales et caractéristiques de travail se reflètent principalement dans les aspects suivants :
1. Fournir un point neutre artificiel pour les équipements clés
Dans les systèmes de mise à la terre à faible courant-, la bobine de suppression d'arc est cruciale pour compenser le courant capacitif de mise à la terre lorsque le réseau électrique présente un défaut à la terre monophasé-. Cependant, le côté connecté en triangle du transformateur principal (une configuration courante pour le côté tension de distribution des transformateurs principaux dans les réseaux électriques de 6 kV, 11 kV et 33 kV) n'a pas de point neutre naturel, ce qui rend impossible l'installation directe de la bobine de suppression d'arc.
Le transformateur de terre résout ce problème en créant unpoint neutre artificiel. Ce point neutre permet non seulement la connexion efficace de la bobine de suppression d'arc mais fournit également un point de connexion pour la résistance de mise à la terre. Lorsque le réseau électrique adopte un mode de fonctionnement neutre sans mise à la terre (un mode courant au début de la construction du réseau électrique en raison de sa simplicité et de son faible investissement), le point neutre artificiel posé par le transformateur de mise à la terre devient une condition préalable clé pour une protection ultérieure contre les défauts.
2. Atténuer les risques liés aux systèmes neutres non mis à la terre et garantir une action de protection fiable
Dans les systèmes neutres non mis à la terre, bien que la tension de ligne reste symétrique lorsqu'un défaut à la terre monophasé-se produit (ayant peu d'impact sur la consommation électrique continue des utilisateurs), cet avantage n'est valable que lorsque le courant capacitif de mise à la terre est faible (inférieur à 10 A ; les défauts transitoires peuvent même s'éteindre automatiquement). Avec l'expansion de l'industrie électrique et l'augmentation des circuits de câbles urbains, le courant capacitif de mise à la terre dépasse souvent 10 A, entraînant trois risques majeurs :
Extinction et réallumage intermittents de l'arc de mise à la terre, générant une surtension de mise à la terre de l'arc (jusqu'à 4U, où U est la valeur maximale de la tension de phase normale) qui endommage l'isolation des équipements ;
Arcs continus provoquant une dissociation de l'air, ce qui conduit facilement à des courts-circuits entre phases ;
Surtension de résonance ferromagnétique, qui peut griller les transformateurs de tension ou provoquer des explosions de parafoudres.
En connectant une résistance de mise à la terre au point neutre artificiel, le transformateur de terre fournit suffisamment de courant homopolaire -et de tension homopolaire-pour le système. Cela permet au dispositif de protection homopolaire très sensible-d'identifier rapidement les défauts à la terre monophasés-et de couper la ligne défectueuse en peu de temps, empêchant fondamentalement l'expansion des risques ci-dessus et protégeant l'isolation des équipements du réseau et le fonctionnement globalement sûr du réseau électrique.
3. Présenter des caractéristiques électromagnétiques spéciales pour s'adapter aux conditions de défaut
Le transformateur de terre possède des caractéristiques d'impédance uniques pour différents types de courants, ce qui est la clé de son fonctionnement stable :
Haute impédance aux courants de séquence positive et négative: Dans des conditions normales de fonctionnement, seul un faible courant d'excitation circule dans les enroulements du transformateur de terre. À ce stade, le transformateur est dans un état déchargé (de nombreux transformateurs de mise à la terre n'ont même pas d'enroulements secondaires, ce qui simplifie encore leur structure pour ce scénario déchargé).
Faible impédance pour les courants homopolaires-: Le transformateur de mise à la terre adopte généralement un câblage de type Z- (zigzag), où chaque bobine de phase est enroulée respectivement sur deux pôles à noyau de fer. Lorsqu'un courant homopolaire - est généré en raison d'un défaut à la terre, les deux enroulements sur le même pôle de noyau de fer sont connectés en polarité inversée en série. Leurs forces électromotrices induites sont de même ampleur et de direction opposée, s'annulant mutuellement-entraînant une impédance homopolaire extrêmement faible- (environ 10 Ω, bien plus petite que celle des transformateurs ordinaires). Cette faible impédance garantit que le courant homopolaire - peut circuler en douceur à travers la résistance de mise à la terre du point neutre et le transformateur de terre, créant ainsi des conditions de protection contre les défauts.
Cette caractéristique d'impédance détermine également le mode de fonctionnement du transformateur de terre :opération à long terme-sans charge et opération en surcharge à court-terme. Il ne fonctionne que pendant la période allant de l'apparition d'un défaut à la terre jusqu'au moment où la protection homopolaire - coupe la ligne défectueuse, et le courant de défaut ne la traverse que brièvement.
4. Améliorer l'efficacité de la correspondance et réduire les coûts d'investissement
Par rapport aux transformateurs ordinaires, le transformateur de mise à la terre présente des avantages évidents en termes d'adaptation aux bobines de suppression d'arc : la réglementation stipule que lorsque des transformateurs ordinaires sont utilisés avec des bobines de suppression d'arc, la capacité de la bobine de suppression d'arc ne peut pas dépasser 20 % de la capacité du transformateur ; tandis que les transformateurs de terre de type Z- peuvent correspondre aux bobines de suppression d'arc avec 90 % à 100 % de leur propre capacité, améliorant considérablement l'efficacité de la compensation de courant capacitif.
De plus, certains transformateurs de mise à la terre peuvent être connectés à des charges secondaires tout en réalisant des fonctions de protection de mise à la terre. Cela signifie qu'ils peuvent remplacer les transformateurs de distribution ordinaires dans des scénarios spécifiques, en intégrant deux fonctions dans un seul appareil et en réduisant efficacement le coût d'investissement global de la construction du réseau électrique.
En résumé, le transformateur de terre n'est pas seulement un « constructeur de point neutre » pour les réseaux électriques dépourvus de points neutres naturels, mais également un « protecteur de défauts » qui optimise les caractéristiques d'impédance du courant et garantit une action de protection fiable. Sa structure particulière et son mode de fonctionnement en font un équipement clé indispensable dans les réseaux électriques modernes, en particulier dans les réseaux électriques urbains à courants capacitifs importants.
IV. Application du transformateur de terre
La fonction principale d'un transformateur de terre est de fournir unepoint neutre de mise à la terrepour les systèmes électriques mis à la terre non mis à la terre ou à faible-courant. Il est principalement utilisé dans les scénarios où la mise à la terre est nécessaire pour assurer la protection contre les défauts et la stabilité de la tension, couvrant les réseaux de distribution, les domaines industriels, les nouveaux systèmes énergétiques, etc.
1. Réseaux de distribution moyenne et basse tension{{1}
Il s'agit du principal domaine d'application des transformateurs de mise à la terre, particulièrement adapté aux systèmes de distribution moyenne tension-tels que 10 kV et 20 kV.
- La plupart des réseaux de distribution moyenne tension-adoptent le mode "neutre non mis à la terre" ou "neutre mis à la terre via une bobine de suppression d'arc" et manquent intrinsèquement d'un point de mise à la terre neutre naturel.
- Les transformateurs de mise à la terre fournissent une borne neutre via une connexion en étoile (Y), qui est ensuite connectée à la terre avec une résistance de mise à la terre ou une bobine de suppression d'arc pour obtenirgestion des défauts à la terre monophasés-.
- Fonction : lorsqu'un défaut à la terre monophasé-se produit dans la ligne, il peut limiter le courant de défaut, empêcher les dommages matériels dus à une surtension et aider les dispositifs de protection de relais à localiser rapidement le point de défaut.
2. Systèmes d'équipements industriels à haute tension{{1}
Les moteurs, transformateurs et autres équipements haute tension-dans les grandes usines et les parcs industriels nécessitent souvent des transformateurs de mise à la terre pour garantir la sécurité de fonctionnement.
- Dans les systèmes industriels, les moteurs à haute tension-(6 kV, 10 kV), les équipements de redressement, etc., s'ils sont conçus avec un neutre non mis à la terre, sont sujets aux courts-circuits entre phases-à-en raison d'une rupture d'isolation.
- Les transformateurs de mise à la terre fournissent un point de mise à la terre neutre pour le système d'alimentation électrique de ces équipements et coopèrent avec les dispositifs de protection de mise à la terre pour réaliserdétection de courant de défaut et déclenchement rapide.
- Scénarios typiques : systèmes d'alimentation électrique à haute tension-dans les industries pétrochimiques, métallurgiques et minières, qui doivent garantir une production continue et empêcher l'expansion des défauts.
3. Nouveaux systèmes de production d’énergie
Les transformateurs de mise à la terre sont des équipements de support essentiels dans les stations de surpression et les lignes de collecte des centrales photovoltaïques et des parcs éoliens.
- Les onduleurs et les transformateurs de type boîtier-dans les nouveaux systèmes énergétiques adoptent généralement la conception "neutre non mis à la terre" pour réduire l'impact des défauts à la terre sur l'efficacité de la production d'électricité.
- Les transformateurs de mise à la terre fournissent des points de mise à la terre neutres pour les systèmes 110 kV et 35 kV dans les stations de surpression et coopèrent avec des résistances de mise à la terre pour limiter le courant de défaut, protégeant ainsi les équipements de précision tels que les onduleurs et les transformateurs.
- Fonction : Empêche l'arrêt de l'ensemble de l'unité de production d'électricité provoqué par des défauts à la terre-monophasés et améliore la fiabilité de l'alimentation électrique des nouveaux systèmes énergétiques.
4. Systèmes d'alimentation électrique à scénarios spéciaux{{1}
Certains scénarios spéciaux avec des exigences de sécurité élevées nécessitent également des transformateurs de mise à la terre pour assurer une protection de mise à la terre précise.
- Alimentation électrique de traction ferroviaire : Dans les sous-stations de traction des chemins de fer et des métros à grande vitesse-, le réseau de traction de 27,5 kV adopte une alimentation électrique monophasée-. Des transformateurs de mise à la terre sont nécessaires pour équilibrer la tension et supprimer le courant homopolaire-.
- Plateformes pétrolières/éoliennes offshore: L'isolation des équipements en milieu marin est sujette à la corrosion. Les transformateurs de mise à la terre, ainsi que les dispositifs de mise à la terre résistants à la corrosion-, garantissent la décharge sûre du courant en cas de défauts, évitant ainsi les dommages à l'équipement ou les chocs électriques personnels.
V. Facteurs clés pour la sélection d'un transformateur de terre
1. Tension du système et mode de mise à la terre
Faites correspondre la tension nominale du transformateur au réseau (6kV/11kV/33kV) pour la compatibilité de l'isolation. Sélectionnez en fonction du type de mise à la terre : les systèmes de bobines de suppression d'arc nécessitent des modèles prenant en charge l'adaptation de bobines à haute -capacité ; La mise à la terre à petite résistance-exige une faible impédance homopolaire-pour garantir l'activation de la protection.
2. Conception du bobinage et impédance homopolaire-
Donnez la priorité aux enroulements de type Z-(zigzag), qui fournissent une impédance homopolaire ultra-faible- (~ 10 Ω) et permettent une utilisation de 90 à 100 % de la capacité de la bobine de suppression d'arc. Assurez-vous que l'impédance correspond aux exigences de courant de défaut du système pour faciliter une transmission efficace du courant homopolaire-.
3. Courant capacitif de mise à la terre et dimensionnement de la capacité
Calculate the grid's total grounding capacitive current (critical for systems >10A). Dimensionnez le transformateur pour gérer soit le courant de compensation de la bobine de suppression d'arc, soit le courant de défaut à court terme provenant des résistances de mise à la terre, évitant ainsi les surcharges pendant les défauts.
4. Caractéristiques opérationnelles et capacité de résistance
Adaptez-vous à son fonctionnement « à long-sans charge-à court-surcharge à court terme » : vérifiez le courant de tenue à court terme-(pour tolérer les courants de défaut pendant quelques secondes) et donnez la priorité à une faible perte à vide-de charge pour réduire le gaspillage d'énergie pendant le fonctionnement normal.
5. Exigences environnementales et d'installation
Pour les environnements difficiles (poussière, humidité, températures élevées), choisissez des modèles avec des niveaux de protection appropriés (par exemple IP54) et une résistance à la corrosion/chaleur. Dans les zones-encombrées (gares urbaines, appareillage intérieur), optez pour des conceptions compactes.
6. Conformité aux normes et certifications
Garantir le respect des normes internationales (IEC 60076) ou nationales (par exemple GB/T 6451). Vérifiez les certifications valides (CE, CCC) pour garantir la sécurité, la compatibilité et la fiabilité du fonctionnement du réseau.
VI. Inconvénients du fonctionnement sans mise à la terre du point neutre du transformateur
Le fonctionnement sans mise à la terre du point neutre du transformateur présente les cinq inconvénients suivants :
- Exigences et coûts élevés en matière de niveau d’isolation : Lorsqu'un défaut de mise à la terre monophasé-se produit, la tension de la phase non-défectueuse augmente de √3 fois. En conséquence, les équipements électriques du système électrique doivent avoir un niveau d’isolation plus élevé, ce qui augmente considérablement à la fois le coût de fabrication et le coût de maintenance ultérieur de l’équipement.
- Risque de surtension de mise à la terre d'arc : Si le courant de mise à la terre monophasé-est faible, l'arc s'éteindra lorsque le courant passera par zéro et le défaut disparaîtra. Cependant, lorsque le courant dépasse 30 ampères, un arc stable sera généré, formant une mise à la terre continue de l'arc. Cela endommage non seulement l'équipement, mais peut également provoquer des courts-circuits biphasés-ou même triphasés-.
- Difficulté à sélectionner la protection du relais de mise à la terre: Il est difficile de réaliser une protection sensible et sélective. En particulier pour les réseaux électriques équipés de bobines de suppression d'arc, la configuration et le fonctionnement précis d'une telle protection deviennent plus difficiles, ce qui affecte facilement la détection et l'isolation rapides des défauts.
- La déconnexion peut provoquer une surtension de résonance: Des actions telles que la rupture de fil, les opérations de commutation des interrupteurs à des moments différents et la fusion des fusibles à des périodes différentes peuvent toutes conduire à une surtension de ferrorésonance. Cette surtension peut provoquer une explosion du parafoudre, une séquence de phase inversée des transformateurs de charge et un contournement de l'isolation des équipements électriques.
- Surtension de résonance du transformateur de tension électromagnétique : En raison de l'asymétrie des paramètres du réseau électrique, le déplacement du point neutre provoque souvent une surtension de ferrorésonance, qui fait fréquemment sauter le fusible haute tension-du transformateur de tension électromagnétique. Dans les cas graves, cela peut même griller le transformateur lui-même.
VII. Avantages du fonctionnement sans mise à la terre du point neutre du transformateur
- Fiabilité élevée de l'alimentation électrique : peu de changement dans les tensions/courants triphasés-pendant des défauts de mise à la terre-monophasés ; pas de déclenchement immédiat, les défauts étant résolus en 2 heures environ, garantissant une alimentation continue.
- Faible interférence avec les systèmes de communication/signal : faibles interférences électromagnétiques en fonctionnement triphasé symétrique ; un petit courant de mise à la terre provoque un impact minimal ; les arcs s'auto-éteignent-dans les petits systèmes (par exemple, les réseaux ruraux).
- Facilite la détection et la localisation des défauts : un faible courant de mise à la terre distinctif aide les dispositifs de protection à identifier et à localiser les défauts.
- Réduit la demande de dispositifs de limitation de courant- : un faible courant de mise à la terre élimine le besoin d'équipements de limitation de courant-de grande capacité-, réduisant ainsi les coûts et simplifiant la conception.
- Meilleur contrôle des surtensions dans des scénarios spécifiques : contrôle plus facile des fluctuations de tension pendant les processus normaux/transitoires, réduisant ainsi les risques de dommages dus aux surtensions.
- Améliore la stabilité du système transitoire : il est plus facile de maintenir l'équilibre de tension triphasé-pendant les transitoires, réduisant ainsi les impacts sur les équipements clés et évitant les problèmes en cascade.
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