généralites sur les regimes de neutre v3_1

[email protected] LA PRATIQUE DES REGIME DE NEUTRE Le 06/10/2009

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Rsum du livre LA PRATIQUE DES REGIMES DE NEUTRE

180

190

200

210

220

230

240

250

0h 2h 4h 6h 8h 10h

12h

14h

16h

18h

20h

22h

V2-N

V3-N

V1-N

Mesures effectues le 8 Janvier 1995 au point P

GGEENNEERRAALLIITTEESS CCOONNCCEERRNNAANNTT LLEESS RREEGGIIMMEESS DDEE NNEEUUTTRREE

VVeerrssiioonn 33--11

Michel Lambert


2

Gnralits concernant les rgimes de neutre

Synthse de louvrage La pratique des rgimes de neutre sur les rseaux dnergie lectrique

1. LES REGIMES DE NEUTRE ET LE SYSTEME ELECTRIQUE.........................5

1.1 Les paramtres 5

1.2 Le facteur de mise la terre 5

1.3 Les dsquilibres 6

1.4 Les surtensions temporaires 8

1.5 Le facteur de dfaut de mise la terre 8

1.6 Le capacitif homopolaire 9

1.7 Les courants de dfaut 10

2. LES MATERIELS DE MISE A LA TERRE DES NEUTRES.............................11

2.1 Les transformateurs 11

2.2 Les rsistances de point neutre 11

2.3 Les inductances de point neutre monophases 12

2.4 Les dispositifs triphass 12

3. REFLEXIONS AUTOUR DES REGIMES DE NEUTRE ...................................15

3.1 Les S.L.T en basse tension 15

3.2 Les S.L.T sur les rseaux HTA 15

3.3 Les S.L.T. et les rgimes de neutre 16

4. LES PLANS DE PROTECTION .......................................................................17

5. EXISTE-T-IL UN BON REGIME DE NEUTRE ?...............................................18

6. LES REGIMES DE NEUTRE SUR LES RESEAUX PUBLICS ........................19

7. EN CONCLUSION............................................................................................20

8. LOUVRAGE LA PRATIQUE DES REGIMES DE NEUTRE ......................21


3

Le contexte

Les exploitants des rseaux dnergie lectrique ont lobligation dassurer tout moment, lalimentation en nergie lectrique aux usagers qui en font la demande. A cet effet, les rseaux doivent tre capables dvoluer en fonction des besoins et des impratifs techniques. A lorigine, les rseaux dnergie lectrique ont t conus pour rpondre aux exigences de sret dans la desserte de lnergie. La proccupation des exploitants allait alors vers la recherche dun compromis entre les investissements et la matrise des contraintes techniques. Depuis, les rseaux ont connus bien des volutions sous la pression des normes et des utilisateurs. Cest pourquoi les choix qui ont prvalus durant le 20eme sicle sont aujourdhui rvalus. La performance dun rseau dpend de la fiabilit prsente par les diffrents constituants, par la manire de les concevoir, de les construire, de les maintenir et de les exploiter. Larchitecture dun rseau influe directement sur le comportement du systme lectrique. Prsentant une topologie de faible ractance, elle offre la puissance de court-circuit ncessaire au confort des usagers domestiques ainsi quau bon fonctionnement des processus industriels. Le rgime de neutre dun rseau intervient sur les contraintes provoques par les dsquilibres homopolaires. Lensemble est consolid par un plan de protection assurant llimination rapide des dfauts. Le choix dun rgime de neutre est le rsultat dun compromis entre des impratifs dont les critres dapprciations relvent de la qualit du produit lectricit, de la continuit de la fourniture, de la scurit des biens et des personnes ainsi que la rduction des cots. La matrise des contraintes provoques par les dsquilibres homopolaires est obtenue par des dispositions techniques cohrentes. Dans ce cadre, lexploitant dun rseau dnergie lectrique doit garantir le mode de fixation du neutre la terre, raliser des prises de terre de qualit et tablir le schma dexploitation afin dobtenir, au meilleur cot, la qualit de service attendue par les usagers. Les schmas de liaison la terre dont le concept est issu des normes traitant de la protection des personnes, sont souvent confondus avec les rgimes de neutre. Paralllement, les exploitants des rseaux ont lhabitude de classer les rgimes de neutre suivant leur mode de gestion. Cela est de nature entraner la confusion entre le rgime de neutre et le schma de liaison la terre . En ralit, ces concepts sont le manche et la cogne dun mme outil. Sur un rseau dnergie lectrique, le rgime de neutre et le schma de liaison la terre sont des dispositions associes. Le premier dcrit le comportement du systme lectrique en prsence dun dsquilibre homopolaire. Le second dfinit le mode de raccordement des masses et des neutres sur le rseau. Lorsque lon tudie les rgimes de neutre, on est forcment conduit sinterroger sur lexistence dun bon rgime de neutre. Louvrage La pratique des rgimes de neutre est dabord un travail d'claircissement sur le fonctionnement dun rseau dnergie lectrique soumis un dsquilibre homopolaire. Cest ensuite linventaire des dispositions qui doivent tre prises en cohrence avec le choix du rgime du neutre.


4

Avertissement

Le rgime du neutre dun rseau dnergie lectrique dtermine le comportement du systme lectrique en prsence dun dsquilibre homopolaire. Dans ce document nous rserverons lappellation Rgime de neutre la position du neutre dans le systme lectrique. Les traitements physiques des neutres et des masses seront reprsents par les Schmas de liaison la terre


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1. Les rgimes de neutre et le systme lectrique

1.1 Les paramtres Considrons un court-circuit monophas sur un rseau HTA dont le neutre est reli la terre par lintermdiaire du transformateur de puissance. Dans notre exemple, il nexiste pas de lien entre les impdances homopolaires des rseaux 63 kV et 20 kV.

A lendroit du dfaut, les paramtres sont reprsents dans le schma quivalent.

Zo est limpdance homopolaire du dispositif physique de mise la terre du neutre du rseau. Zod et Zos correspondent aux capacits homopolaires du rseau. Zo ligne et Zo cble sont les impdances homopolaires longitudinales du dpart en dfaut. Lensemble de ces impdances constitue limpdance homopolaire (Zor) du rseau. Zd = Zd source + Zd cble + Zd ligne est limpdance directe du rseau. Elle est sensiblement gale limpdance inverse Zi du rseau1.

1.2 Le facteur de mise la terre

Il est reprsent sur le schma par le rapport dZorZF

Il dpend fortement du rgime de neutre. On considre gnralement quun rgime de neutre est direct la terre si le facteur de mise la terre est infrieur trois. Les rseaux de distribution publique basse tension ont, aux bornes secondaires du transformateur

HTA/BT, un facteur de mise la terre F1. Les rseaux de transport 400 kV Franais ont un profil de facteur de mise la terre 1 F 3. En prsence dun dsquilibre homopolaire, le comportement du rseau dpend de ce facteur. Sa connaissance permet dvaluer les performances du plan de protection, les contraintes dilectriques la frquence fondamentale, la dformation du triangle des tensions, le capacitif homopolaire et les valeurs relatives des courants dvelopps par les courts-circuits monophass, biphass la terre et triphass.

1 Zd Zi si le lieu du dfaut est proche lectriquement des groupes de production.


6

1.3 Les dsquilibres Ils sont provoqus par les courts-circuits et les charges dissymtriques. Leur existence modifie lquilibre des grandeurs lectriques en prsence. Le dsquilibre homopolaire affecte le systme des tensions simples. Il modifie le rendement des charges monophases. Un dsquilibre homopolaire induit du dsquilibre inverse.

Le dsquilibre inverse est reprsent par le taux de composante inverse VdVi

.

Il affecte le systme des tensions composes et perturbe le rendement des charges raccordes entre phases. Le dsquilibre inverse induit par le dsquilibre homopolaire dpend du rgime de neutre et de la puissance de court-circuit au point considr. Le taux de composante inverse est dautant plus important que la puissance de court-circuit est faible et que le dsquilibre homopolaire est important. Exemple 1: Dsquilibre de charge sur un rseau basse tension dont le neutre est distribu.

180

190

200

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0h 2h 4h 6h 8h 10h

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V2-N

V3-N

V1-N

Mesures effectues le 8 Janvier 1995 au point P

V3

V1

V2I2

In

T

N

399 V

396 V

382

V62

,3 A

60,7

A

239 V

240 V

16,2 V 245 V

187 V

251 V

Il existe un courant dans le neutre et un dplacement de point neutre VN-T. Lquilibre des tensions simples est affect. On est en prsence dun dsquilibre homopolaire. Les tensions composes tant lgrement dsquilibres, le rseau est galement le sige dun lger dsquilibre inverse.


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Exemple 2 : Courts-circuits sur un rseau 20 kV.

Court-circuit monophas

Court-circuit biphas

Cest un dsquilibre homopolaire Les tensions simples sont dsquilibres. Il existe un courant dans le neutre. Les tensions composes sont dans une moindre proportion dsquilibres. Il existe galement un lger dsquilibre inverse.

Cest un dsquilibre inverse Les tensions composes sont fortement dsquilibres. Il sensuit un dsquilibre des tensions simples. Il nexiste pas de courant dans le neutre. Il ny a donc pas de dsquilibre homopolaire.

En conclusion Un dsquilibre homopolaire sidentifie par la prsence de composantes homopolaires dont lamplitude dpend du choix du rgime de neutre.

1.3.1 Action du rgime de neutre sur les dsquilibres Considrons le cas dun rseau insulaire prsentant une faible puissance de court-circuit. Nous examinons le comportement du systme lectrique aux bornes du groupe. 1) Le neutre 20 kV est mis directement la terre

Le taux de composante inverse aux bornes des groupes 400V est de 32 %. Le courant de dfaut est de 350 A.

U31

U23

U12

V1

V2

V3

2) On installe une impdance 80+j40 2

Le taux de composante inverse aux bornes des groupes 400V est de 10 %. Le courant de dfaut est de 110 A.

U31

U12

V1

V2

V3

U23

En conclusion Laugmentation de limpdance homopolaire du rseau rduit le dsquilibre des tensions composes.

2 Attention ! Sur un rseau HTA de faible PCC, le choix de limpdance de mise la terre du neutre doit faire lobjet dune tude concernant notamment lamplitude des surtensions temporaires.


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1.3.2 Les surtensions temporaires Elles sont cres par les dsquilibres homopolaires. Ne durant que le temps de lvnement, elles dpendent du rgime de neutre et de limportance du dsquilibre homopolaire. Examinons le cas dun dfaut monophas affectant la phase 1 dun rseau 20 kV. La simulation montre que les phases 2 et 3 sont le sige dune surtension. La tension V1 est gale, quant elle, la monte en potentiel de la prise de terre au lieu du dfaut. Les tensions composes ne sont que faiblement modifies. Il existe un dplacement de point neutre.

Fixons la valeur de la rsistance du dfaut 10 et faisons varier Zn. Les surtensions temporaires sur les phases saines lendroit du dfaut dpendent de la valeur du facteur de mise la terre en ce point. Les surtensions temporaires augmentent fortement partir dune impdance de point neutre de 5 Pour cette valeur, le facteur de mise la terre F est gal 3.

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

200000

0,25 0,5 1

1,5 2 3 4 5 10 40 80 300

600

900

Impdance du neutre)

Tens

ions

pha

ses-

terr

e (V

)

V1

V3

V2

Rsistance du dfaut = 10

1.4 Le facteur de dfaut de mise la terre Attention ! Il ne faut pas confondre le facteur de mise la terre F et facteur de dfaut de mise la terre .

A la frquence industrielle, il reprsente la valeur de la surtensionVnV

, provoque sur les phases

saines par un court-circuit monophas.

Pour Rm=0, il est dfini par la relation F2

FF13

3

Xo/Xd > 100

3 Xo/Xd = 3 1,25

Xo/Xd = 1 =1

Pour un facteur de mise la terre gal 1, il ny a pas de surtension. Si le facteur de mise la terre est grand, la tension simple tend vers une valeur de tension compose. Pour F=3, les surtensions sont matrises. 3 Pour F=Xo/Xd


9

1.5 Le capacitif homopolaire On dfinit le capacitif homopolaire comme tant, lors dun court-circuit avec la terre, le courant driv par les ractances de capacit homopolaire (Xco) des lignes et des cbles. Le courant de dfaut est alors compos du capacitif du rseau et du courant dans le neutre. La monte en potentiel de la prise de terre locale Vm= Rm x Jdfaut qui en rsulte peut, dans certaines conditions, tre amplifie et porter atteinte la scurit des biens et des personnes.

Du schma quivalent on en dduit la valeur du courant rsiduel de capacit 3Ico.

Zd Zi

3 Rm

3 Zn

Jdfaut

3 Vo

Zo T

3 Vn Xco Zo Zno

mR3oZiZdZoZnV3oV3

et noZcoXmR3iZdZnoZcoX

noZnV3coXoV3coI3

.

Si Rm=0 et Zd=Zi=0 alors oVnV et coXnV3coI3 donc 3Ico= 3Vn.Co

Si Rm=0, Zd=Zi et dZoZF on obtient

F2FnV3oV3

.

Si F=1, 3nVoV et CoVn

3Co3Vn3Ico .

A laide dune simulation on examine la variation du courant de capacit homopolaire dans le cas dun dfaut monophas pour diffrentes valeurs du facteur de mise la terre. On fixe la tension du rseau, les impdances directe et inverses, la ractance de capacit homopolaire et la rsistance du dfaut. On calcule le courant de capacit rsiduel 3Icomax et on fait varier Zn. On compare les valeurs 3Ico (% de3Icomax) pour des valeurs dimpdances de mise la terre du neutre purement rsistives ou purement inductives. La valeur du capacitif dpend du facteur de mise la terre au point de dfaut. Pour une impdance directe et une rsistance de dfaut donne, le capacitif est dautant plus important que le facteur de mise la terre est grand. La norme CEI 909 prcise que les capacits homopolaires seront prises en compte pour >1,4 0

102030

405060708090

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Rsistance

Inductance

Facteur de mise la terre Zo/Zd

%


10

1.6 Les courants de dfaut Durant un court-circuit la terre, les courants de dfaut dpendent du rgime de neutre. Dans le cas du neutre direct la terre (F 3), le comportement du rseau, en prsence dun dsquilibre homopolaire prsente une particularit que nous allons examiner. Considrons un rseau 20 kV. On tudie le courant de dfaut la terre pour un dfaut biphas la terre. On compare ce courant celui produit par un dfaut monophas pour diffrentes valeurs de F.

Valeur du courant de dfaut la terre Jdf= g(F) sur un rseau 20kV (Pcc= 200 MVA)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

0 1 3 10 20 50 100

Facteur de mise la terre

Jdf

aut (

A)

Court-circuit biphas avec la terre

Court-circuit monophas

Neutre impdantNeutre direct la terre

Lorsque le facteur de mise la terre est infrieur 1 (cas des rseaux Nord Amricains), le courant de dfaut maximal est obtenu pour un court-circuit biphas la terre. Sur de tels rseaux, ltude des circuits de terre doit tre ralise pour un dfaut bi+T. RTE (EDF) fixe le facteur de mise la terre dans un intervalle compris entre un et trois garantissant ainsi que le courant de court-circuit nexcdera pas

ZdVnIccTri

Rapport des valeurs de courant la terre

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

0 1 3 10 20 50 100 120

Facteur de mise la terre

Idef

bi /

Idef

mon

o

0,5

RPN 40 0,7

Le rapport des courants de dfaut la terre varie avec la valeur du facteur de mise la terre.

2 monoJdfaut

biJdfaut 0,5

Lexploitant doit tenir compte de ces proprits pour le rglage des protections contre les dfauts disolement la masse.

Afin de dtecter les dfauts biphass la masse sur les rseaux dont le neutre est impdant, ERDF

rgle les protections masse tableau une valeur 2

Ineutre0,8 (In est lintensit maximale dans le

neutre du rseau). Si In=300 A, 120A .


11

2. Les matriels de mise la terre des neutres

2.1 Les transformateurs Le tableau rsume lutilisation des diffrents transformateurs.

Rgime de neutre

Couplage

Utilisations

F 1

Neutre direct ou faiblement impdant F 3

F 1

.yn

Y.zn, Yn.zn

Y.yn.d

Transformateurs de groupe Distribution Basse Tension Faibles puissances HTA, HTB, THT Interconnexion Rseaux nord Amricain

Neutre moyennement ou fortement impdant

Yn.yn Flux forc

et tous couplages

Tous niveaux de tension et toutes puissances

2.2 Les rsistances de point neutre Lorsque lon souhaite limiter fortement le courant dans le neutre du rseau, on utilise souvent une rsistance de point neutre connectes entre le neutre du rseau et la terre Insertion dans le neutre du transformateur Neutre artificiel cre par une bobine triphase

Une Rsistance de point neutre est dfinie par sa tenue thermique et son intensit maximale admissible en permanence. Elle doit tre capable de supporter les contraintes imposes par les pratiques dexploitation (manuvres et cycles dautomatismes).


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2.3 Les inductances de point neutre monophases Une inductance est dfinie par sa tenue thermique et par lintensit maximale admissible en permanence. Elle doit en outre rsister aux effets temporaires des courants de dfaut. En prsence dun capacitif homopolaire important, lutilisation dune inductance pure risque de provoquer le dysfonctionnement dun plan de protection constitu de relais maximum dintensit rsiduelle. Une telle pratique est rserve aux rseaux essentiellement ariens ou lorsque lon ralise un rgime de neutre trs faiblement impdant4. Elles sont insres dans les connexions de mise la terre des neutres des transformateurs. Par rapport aux rsistances, elles prsentent lavantage dtre plus robustes, moins encombrantes et ne ncessitant quun entretien rduit. Elles sont dun cot dexploitation beaucoup plus faible. La plus simple est constitue dun solnode bobin autour dun support amagntique. Afin de pouvoir installer ces inductances au sol tout en garantissant la scurit des personnes, on peut immerger linductance dans une cuve remplie dun dilectrique liquide. Les dispositifs de fixation sont alors constitus de shunts magntiques chargs de prserver la cuve de la circulation du flux produit par la bobine.

2.4 Les dispositifs triphass Disposant dun enroulement coupl en triangle ou en zigzag, ils se comportent comme un gnrateur de courant homopolaire. Ils ont essentiellement deux fonctions :

Ils crent localement un point neutre dans le systme lectrique. Ils assurent la mise la terre du neutre du rseau la place des transformateurs.

Ils peuvent dans certains cas alimenter les auxiliaires du site. On privilgie linstallation de ces dispositifs lorsque lon veut :

limiter lamplitude de certaines perturbations, liminer le couplage homopolaire entre deux rseaux relis un mme transformateur, assurer la mise la terre du neutre au niveau du jeu de barres, compenser partiellement le capacitif homopolaire du rseau, Rduire le bruit du rseau.

Principe La figure ci-contre reprsente un dfaut monophas affectant un rseau 20 kV. La mise la terre du neutre est constitue dune inductance j40 prsentant un facteur de qualit de 6. Limpdance homopolaire dun tel dispositif est: Zo=20+j120.

4 Les rseaux HTA Britanniques utilisent ces dispositifs pour limiter le courant dans le neutre 4000 A.


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2.4.1 Les bobines de point neutre Elles sont constitues de six bobines couples en zigzag. Elles peuvent tre installes seules ou en association avec une rsistance en fonction du facteur de qualit souhait et du plan de protection utilis.

Sur un rseau capacitif, il est intressant dassocier une bobine zigzag une rsistance de point neutre. Convenablement dimensionne, cette association compense partiellement le capacitif homopolaire du rseau. En prsence dun court circuit la terre, elle cre une composante active de la puissance homopolaire qui peut tre dtecte par les relais de puissance active rsiduelle (PWH).

ZigzagBPN

R

2.4.2 Les transformateurs de point neutre Ils sont installs sur les jeux de barres ou dans lenvironnement des transformateurs. Ils peuvent assurer par exemple la mise la terre des tertiaires de compensation des transformateurs dinterconnexion, Ils alimentent dans ce cas, en soutirage, les ventilateurs et les pompes de circulation dhuile ainsi que les auxiliaires du poste. La photo ci-dessous reprsente deux transformateurs Y.d , 63 kV/10 kV de 5MVA qui assurent la mise la terre des neutres 63 kV dun rseau de transport dnergie lectrique exploit par RTE.

2.4.3 Les gnrateurs homopolaires Pour limiter lampleur des dommages causs aux groupes de production par les dfauts la masse, les exploitants limitent les courants de dfaut la terre une dizaine dAmpres. Ils utilisent souvent un dispositif, raccord au jeu de barres de la centrale, abusivement appel gnrateur homopolaire . Le transformateur dispose dun enroulement coupl en triangle charg par une rsistance. Lensemble se comporte alors comme une rsistance. Le TC plac dans la mise la terre du neutre alimente la protection masse stator des groupes raccords au jeu de barres. Ce dispositif doit comporter un circuit magntique flux libre ou tre constitu de trois transformateurs monophass de puissance. On utilise galement des transformateurs de tension. Dans ce dernier cas, le gnrateur homopolaire 5 peut assurer lalimentation des circuits de mesure et de protection. Le dispositif peut comporter un tertiaire coupl en toile pour alimenter les auxiliaires. EDF dconseille cette solution.

5 Cette appellation devrait tre normalement attribue tous les dispositifs chargs de crer un point neutre artificiel.

Photo TRANSFIX


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2.4.4 Les impdances de compensation

Principe Le principe de la bobine dextinction a t prsent par le Professeur PETERSEN au dbut du 20me sicle. Elle est constitue dinductances accordes au capacitif du rseau et associes une rsistance de forte valeur.

A laccord, limpdance homopolaire du rseau est fixe par la valeur de la rsistance. Le courant de dfaut est alors trs faible (15 40 A).

Bobine Alstom

Sous rserve dtre convenablement accorde au capacitif homopolaire du rseau, une bobine dextinction, par son action sur lamplitude du courant de dfaut, assure les fonctions suivantes :

Elle transforme certains dfauts fugitifs en dfauts auto extincteurs. Elle rduit les montes en potentiel des prises de terre

Le comportement du rseau, dont le neutre est compens, est trs proche de ceux exploits avec un neutre isol. La mise en uvre dune bobine dextinction doit tre associe un plan de protection comportant des relais de puissance active homopolaire (PWH), spcifis pour les rseaux neutre compens. On complte le dispositif par des relais maximum de tension homopolaire dont le rle est de dtecter les dfauts rsistants.

Constitution (cas de la bobine Alstom) Le point neutre artificiel est cr par une bobine zigzag. Linductance de rglage est constitue dune combinaison de quatre gradins commands par un automate, lui mme pilot par un systme daccord. Linsertion dune rsistance de forte valeur en parallle sur linductance de rglage permet dinjecter, durant le dfaut, une composante active dtecte par le plan de protection constitu de relais PWH.

Le facteur de mise la terre tant souvent suprieur 500, les surtensions temporaires sont maximales. Pour certains dsaccords (3Ico>In), elles peuvent atteindre des valeurs suprieures la tension compose de service.


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3. Rflexions autour des rgimes de neutre Les normes font souvent rfrence aux schmas de raccordement du neutre et des masses avec la terre. Autrefois on appelait rgimes de neutre ce quaujourdhui on dnomme Schmas de Liaison la terre (S.L.T) . Certains, aujourdhui, affirment que rgime de neutre et schma de liaison la terre dsignent les mmes choses. Dautres estiment que lappellation Rgime de neutre doit tre proscrite et tre remplace par la dnomination Schma de liaison la terre . Les exploitants des rseaux dnergie lectriques utilisent, quant eux, couramment la notion de rgime de neutre avec un classement qui leur est propre. Enfin, les rgimes de neutre ont t diffrencis dans cet ouvrage en considrant le fonctionnement du systme lectrique en prsence dun dsquilibre homopolaire. Il faut reconnatre que cette cacophonie est de nature troubler un lecteur peu averti. Examinons par exemple la classification des exploitants. Ils connaissent quatre rgimes de neutre :

Le neutre isol; Le neutre direct la terre; Le neutre impdant; Le neutre compens.

En ne considrant que laspect physique des choses, il existe des risques de confusion car: - Une impdance de point neutre nimplique pas forcment un neutre impdant; - Un neutre isol peut tre un neutre impdant qui signore, - Un neutre reli directement la terre ne cre pas forcment un neutre direct la terre. Afin de faciliter la communication entre experts, il convient de dfinir ce qui relve du rgime de neutre et de ce qui est du domaine du schma de liaison la terre. Dans ce document, la frontire entre neutre direct la terre et neutre impdant a t dfinie en prenant en compte le facteur de mise la terre et son influence sur le comportement du systme lectrique en prsence dun dsquilibre homopolaire. Cest ainsi quun neutre direct la terre est dfini pour F3. Il faut reconnatre que lorsquil sagit dtudier un rseau BT, cette notion prsente peu dintrt. Quoique.. Issus des normes, les schmas de liaison la terre, dcrivent les raccordements physiques des neutres et des masses. En toute rigueur, le raccordement des masses ne concerne pas le fonctionnement dun rseau en prsence dun dsquilibre homopolaire. On constate dj quil y a une diffrence entre la notion de rgime de neutre et le concept des schmas de liaison la terre.

3.1 Les S.L.T en basse tension Les schmas de liaison la terre sont dfinis en France dans la norme NFC 15-100. Chaque schma est dcrit partir dun couple de lettres. La premire lettre dfinit ltat lectrique du neutre du rseau par rapport la terre

La deuxime lettre reprsente le mode de raccordement des masses par rapport au neutre ou la

terre. La troisime lettre dcrit la relation entre le neutre et les masses

3.2 Les S.L.T sur les rseaux HTA Les schmas de liaison la terre sont dfinis dans les normes NFC C13-100 et NFC 13-200. Aux deux premires lettres dfinies par la norme NFC 15-100, la NFC 13-100 et la NFC 13-200 ajoutent une troisime lettre qui reprsente la position des masses du poste de livraison. La position des neutres et des masses sont reprsents par trois lettres.

La premire ( I ou T ) dfinit le traitement du neutre; La deuxime ( T ou N ) dfinit le mode de raccordement des masses; La troisime ( N , R , S ) dfinit les interconnexions ventuelles entre les rseaux de

terre:


16

3.3 Les S.L.T. et les rgimes de neutre Si on considre quun rgime de neutre direct la terre prsente un facteur de mise la terre 3, le schma de la liaison du neutre avec la terre ne permet pas, lui seul, de dfinir le rgime de neutre du rseau ou du moins, de prciser le comportement du systme lectrique en prsence dun dsquilibre homopolaire. Exemple 1: Dans le cas dun rseau BT dont le SLT est de type TT, on pourra affirmer que le rgime de neutre est direct la terre si le transformateur comporte un enroulement coupl en triangle ou en zigzag. Si puissance de court-circuit du rseau en amont du transformateur est grande devant la puissance de court-circuit naturelle du transformateur, le facteur de mise la terre sera sensiblement gal 1. Le courant de court-circuit monophas sera du mme ordre de grandeur que le courant de court-circuit triphas. Si le transformateur est un toile-toile, le facteur de mise la terre sera suprieur 3. Le rseau fonctionnera avec un rgime de neutre impdant mal adapt lalimentation des charges dissymtriques en monophas. Le courant de court-circuit monophas sera plus faible que le courant de court-circuit triphas. Exemple 2 : Examinons le cas dun rseau industriel BT isol aliment par un groupe lectrogne 400V, 650 kVA, Xd=19,5%, Xo= 3,2%. Le schma de liaison la terre est de type TN.

Le facteur de mise la terre est 16,05,192,3

ZdZoF

On a affaire un rgime de neutre direct la terre un peu particulier. En effet, la contrainte maximale de courant lieu dans le cas dun court-circuit biphas la terre. Le circuit de terre devra donc tre tudi pour ce court-circuit. On pourra ajouter une rsistance de point neutre afin de remonter le facteur de mise la terre. Pour atteindre F=2 par exemple, il faudra insrer une RPN de 13 . On restera dans un rgime de neutre direct la terre. Dans ces conditions, le courant de court-circuit monophas sera infrieur au courant de court-circuit triphas. Sur de tels rseaux, on peut effectuer le rapprochement entre un neutre direct la terre et un S.L.T de type TT ou TN la condition dutiliser des transformateurs HTA/BT triangle/toile ou toile zigzag. Cest gnralement le cas. Quoique


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4. Les plans de protection Ils doivent respecter les principes gnraux suivants:

Afin de prserver la scurit des personnes et lintgrit des matriels lectriques, tout dfaut intervenant sur un lment du rseau ou raccord celui-ci doit tre dtect rapidement et limin par le plan de protection.

Pour rpondre aux obligations de continuit de la fourniture dnergie lectrique, le processus dlimination du dfaut doit respecter les principes de slectivit.

Les usagers et les processus industriels doivent bnficier tout moment des services dfinis dune manire contractuelle et rglementaire6.

La dfinition dun plan de protection doit tre tudie en cohrence avec le rgime de neutre. A titre indicatif, les critres de dtection des dfauts la terre sont rsums dans le tableau ci-dessous.

Rgime de

neutre Critres de dtection des courts-circuits monophass

Code CEI UN> IN>> PN>>

QN>>

Z< X< IN>

I IN

Critre Ur Ir Pr

Qr Sr Z X Ir I Ir

Code ANSI F59N F50N

F21 F21 F67N F87 F87N

Isol

*** II

(tude) **

II

(tude) *

II

Direct

***

II

***

II

*

*

***

II

***

***

Impdant

R+jX

**

II

*** II

**

II

***

(tude) *

**

Impdant jX

**

(tude)

**

II

*** II

(tude) *

**

Compens

**

II

NC *** II

6 Les services essentiels concernent la qualit de service, le rgime de neutre, le plan de tension, la puissance de court-circuit, la puret de londe lectrique, etc.


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5. Existe-t-il un bon rgime de neutre ? La rponse est complexe. Pour sen convaincre, il suffit dassister une runion dexperts sur le sujet. Sil y avait un rgime de neutre autorisant un faible investissement, un cot rduit dexploitation et une excellente qualit de service, on le saurait . Sur les rseaux BT:

Le rgime de neutre le plus utilis est le neutre direct la terre (TT ou TN). Il permet au rseau daccueillir les charges monophases dsquilibres et asynchrones sous rserve que le neutre soit distribu. Le plan de protection est simple et slectif. Le facteur de mise la terre est normalement compris entre 0,9 et 3.

Lorsque lon souhaite privilgier la protection des travailleurs tout en bnficiant du maintien de la fourniture durant un dfaut monophas, on peut exploiter le rseau avec un neutre isol (IT). Le plan de protection est alors rustique. Ces rseaux ne sont pas bien adapts lalimentation des charges monophases.

Sur les rseaux HTA: Si lon souhaite matriser les montes en potentiel des prises de terre, le neutre isol est une

excellente solution sous rserve que le capacitif du rseau soit ngligeable. Cette solution offre galement une bonne qualit de service. Les rseaux dont le neutre est isol sont cependant le sige de surtensions temporaires importantes. Le plan de protection nest pas slectif. La recherche de dfaut est dlicate.

Le neutre compens offre galement une bonne qualit de service, le plan de protection est slectif mais onreux. Le cot des accessoires pour lexploitation du rseau est important. Les surtensions temporaires sont galement importantes.

Sur les rseaux dont le neutre est direct la terre (F3), le niveau des surtensions temporaires est matris. Lisolement en mode commun des quipements peut tre rduit. Ces rseaux sont bien adapts lalimentation des charges monophases lorsque le neutre est distribu. Les plans de protection sont simples et slectifs. La dtection des dfauts rsistants est par contre dlicate raliser. La qualit de service nest pas la meilleure, elle ncessite une mise en uvre soigne et coteuse des circuits et des prises de terre. Ce rgime de neutre est bien adapt aux rseaux de faible PCC prsentant un fort capacitif homopolaire.

La limitation du courant dans le neutre (100 4000 A) est une solution intermdiaire qui ncessite de coordonner le courant maximal de dfaut la terre avec la valeur de la rsistance de la prise de terre de rfrence. Sur les rseaux prsentant un fort capacitif, il existe des cas o la limitation du courant de neutre ne permet pas de limiter le courant de dfaut. Il faut alors envisager une compensation partielle ou totale du courant de capacit homopolaire ou tendre vers un neutre direct la terre. Sur ces rseaux, les surtensions temporaires peuvent tendre vers la valeur de la tension compose. Les plans de protection sont simples et varis. La qualit de service est satisfaisante sous rserve de respecter quelques rgles.

Sur les rseaux HTB: Les ouvrages dont la tension est infrieure 225 kV sont souvent exploits avec un facteur de

mise la terre infrieure 3. Les courants de court-circuit monophass sont cependant limits. Certains rseaux 110 kV Allemands sont exploits avec un neutre compens.

Sur les ouvrages THT (>150 kV), le cot de lisolement est si important que lexploitant a intrt utiliser les rgimes de neutre direct la terre. En France, les facteurs de mise la terre des rseaux 400 kV doivent respecter la condition 1 F 3. Si F>1, le courant de dfaut la terre est maximal lors dun court-circuit monophas et nexcde pas la valeur du courant de court-circuit triphas. Avec F 3, les surtensions temporaires sont matrises. Lorsque le rseau est aliment par plusieurs sources interconnectes, il est ncessaire dassurer la gestion des neutres afin de maintenir le facteur de mise la terre du rseau dans lintervalle souhait. Il faut galement noter que ce rgime de neutre offre, aux protections de distances, les conditions dune bonne slectivit.


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6. Les rgimes de neutre sur les rseaux publics Sur de tels rseaux, le choix du rgime de neutre est conditionn par lhistoire. Son volution dpend du niveau de dveloppement du pays, de sa gographie et de la rpartition de sa population. Il arrive cependant que les influences gopolitiques fassent abstraction des critres techniques et conomiques. Les erreurs peuvent alors savrer coteuses. On est souvent amen examiner, titre de comparaison, le comportement des rseaux actuellement exploits dans le monde par les diffrentes compagnies dlectricit. On dcouvre alors que quelque soit leur rgime de neutre, ces rseaux fonctionnent correctement. Aujourdhui, la tendance est la suivante: Haute tension (HTB)

Neutre impdant ou neutre direct la terre

EUROPE

Neutre impdant ou compens

Moyenne tension (HTA)

ETATS UNIS AUSTRALIE ASIE

Neutre direct la terre

AFRIQUE

Selon influences

Basse tension

Neutre direct la terre

Quelques pays exploitent encore des rseaux HTA neutre isol: ITALIE, IRLANDE,

RUSSIE, JAPON, ALLEMAGNE

En GRANDE BRETAGNE les rseaux HTA sont exploits avec des neutres directs la terre ou faiblement impdants.

Sur les rseaux HTA ALLEMAND, la pratique tait la suivante dans les annes 90:

10kV 20kV 30kV Neutre isol 9,6% 30409 km 655 km 1052 km Neutre compens 85,7% 86779 km 184097 km 14110 km Neutre impdant 4,7% 11480 km 3988 km 11 km

Certaines compagnies dlectricit ALLEMANDE rflchissent cependant lopportunit de passer au neutre faiblement impdant sur des rseaux de cbles vieillissants.

Actuellement, les rseaux HTA FRANCAIS sont essentiellement exploits avec un neutre

impdant et rsistif. Afin de rpondre aux exigences de qualit et de scurit, EDF a entrepris depuis le dbut des annes 90 la migration des rseaux comportant de larien vers le neutre compens. Les dmarches inities par la FRANCE et certaines compagnies ALLEMANDES peuvent paratre contradictoires. Elles sexpliquent cependant par lhistoire et la constitution de leurs rseaux HTA. Dans quelques dizaines dannes, lexploitant Franais devra peut-tre rflchir une migration de son rgime de neutre compens vers un rgime faiblement impdant ou direct la terre.


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7. En conclusion Le choix dun rgime de neutre dun rseau dnergie lectrique sinscrit dans le cadre plus gnral de la recherche de la performance. Lorsquil sagit de choisir un rgime de neutre, il convient de prendre en compte:

La qualit du produit, La scurit des biens et des personnes, La matrise des cots dinvestissement et dexploitation

La dcision doit sappuyer sur des lments objectifs dfinis partir dune tude de cohrence mettant en scne la rsistance de la prise de terre de rfrence, la puissance de court-circuit et le capacitif du rseau. Le concepteur sattachera prendre en compte les particularits et la vocation du rseau et se mfiera des solutions toutes faites qui, par ailleurs, ont fait leurs preuves. Il tudiera ensuite le plan de protection associ au rgime de neutre en cohrence avec les obligations de qualit et de scurit.


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8. Louvrage La pratique des rgimes de neutre Utilis aujourdhui comme support de cours, il comporte les chapitres suivants:

Chapitre 1 Les rgimes de neutre et les dsquilibres homopolaires Rappel dlectrotechnique, les schmas quivalents, Les dsquilibres homopolaires, Les contraintes, La rglementation, Les rgimes de neutre.

Chapitre 2 La mise la terre des neutres des rseaux dnergie lectrique

Les dispositifs de mise la terre des neutres, Les schmas de liaison la terre, La gestion des neutres.

Chapitre 3 Les rgimes de neutre et les plans de protection associs

La slectivit dun plan de protection, La sensibilit dun plan de protection, Les protections maximum dintensit rsiduelle, Les protections maximum de tension rsiduelle, Les protections maximum de puissance rsiduelle, Les protections minimum dimpdance.

Chapitre 4 Lexploitation des rseaux Lenvironnement rglementaire, Les prises de terre, Les rfrentiels dexploitation.

Chapitre 5 Les tudes de cas Les annexes Choix dun rgime de neutre sur un rseau insulaire, Choix des rgimes de neutre sur un rseau industriel, La protection masse stator des groupes dune centrale.

généralites sur les regimes de neutre v3_1

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