Pratique des régimes de neutre 21/08/2008

lambert.michelp@orange.fr

1

Les générateurs homopolaires Ils permettent de réaliser la mise à la terre d’un neutre à travers une forte impédance. Raccordés aux jeux de barres, ces dispositifs1 équipent souvent les centrales de production et les réseaux industriels. Lorsqu’ils participent à la protection masse stator des groupes, ils limitent les courants de défaut à la terre à une dizaine d’Ampère. Utilisés dans les réseaux industriels, le courant maximal de neutre est de quelques dizaines d’Ampères. Le choix d’un dispositif résistif permet de maîtriser les surtensions transitoires.

Description Les transformateurs composant les générateurs homopolaires répondent aux spécifications des transformateurs de point neutre. Ils doivent notamment respecter le principe de cloisonnement des phases. Ces dispositifs disposent d’un circuit magnétique à flux libre ou sont constitués de trois transformateurs monophasés de puissance2. On utilise également des transformateurs de tension. Dans ce dernier cas, les « générateurs homopolaires » assurent l’alimentation des circuits de mesure et de protection.

Photo TRANSFIX

Michel Lambert

Afin d’alimenter les services auxiliaires, les générateurs homopolaires peuvent comporter un tertiaire couplé en étoile. Dans ce cas, ils doivent pouvoir supporter en permanence un courant de service constitué du courant de déséquilibre homopolaire provoqué par les charges monophasées et du courant d’harmonique 3 présent sur le réseau BT. La valeur de la résistance vue du primaire doit être au moins le double de la réactance homopolaire du transformateur. Remarque concernant la tenue thermique du générateur: • Le générateur homopolaire doit pouvoir supporter en permanence un courant égal à un

pourcentage du courant maximal de défaut. • En partant de ce régime, il doit pouvoir supporter une application de courant égale à

l’intensité résiduelle assignée d’une durée et d’un cycle définis par l’exploitant.

1 Cette désignation pourrait être attribuée à tous les dispositifs chargés de créer un point neutre artificiel. 2Dans un transformateur à flux forcé, le flux homopolaire se refermant par la cuve et les masses métalliques provoquerait des échauffements importants.

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Principe de calcul de la résistance Connaissant la valeur maximale du courant de neutre et en négligeant la réactance interne du transformateur, on peut évaluer la résistance du dispositif.

R

U(9

R

)²Vo(9

R

)²Vo3(Pr

)²2

Σ=

Σ=

Σ= =

3

U.Jdéfaut

1

et Σ1défaut

2

U.I

3)².U.(9R =

Exemple: U1= 20 kV U2= 200 V Jdéfaut max= 5 A/5s ΣR= 6,23Ω

Barres HTA

U2

U1

3 Vo

RA

3Io

Jdéf

aut

Michel Lambert

Fiche de calcul constructeur On désire réaliser un générateur homopolaire dont les caractéristiques sont les suivantes: Us = 5500 V; Intensité limite permanente = 5A ; In/5s = 40 A. Le générateur homopolaire comporte un transformateur 5500/125 V

• Le rapport théorique de transformation du dispositif est : 67,141253

5500 =×

;

• On choisit un rapport de transformation 72,14125

1840

N

N

2

1 == ;

• Impédance résiduelle vue du primaire : Zp = Ω== 39,7940

3/5500

In

3/Us;

• Impédance homopolaire vue du primaire : Zop=3.Zp=238,17Ω

• Impédance homopolaire vue du secondaire : Ω=== 1,1²72,14

17,238

²72,14

ZopZos

L’intensité In / 5s définit la section du conducteur composant le primaire.

• Intensité homopolaire maximale au secondaire A26,1963

72,1440Ios =×=

• L’impédance BT du transformateur est alors Ω+Ω= 14,0j1,0Z

• L’impédance BT du générateur homopolaire est Ω=== 1,168,216

17,238

²N

²N.ZopZ

1

2BT ;

ZBT=1,1 ΩΩΩΩ

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3

La résistance du circuit secondaire est constituée de la résistance additionnelle RA et de la résistance du circuit secondaire Ω0,3=0,1×3 La réactance du circuit vaut Ω0,42=0,14×3=TX

ZBT=1,1 Ω

R=3x0,1Ω

T

X=

3x0,

14 Ω

Résistance additionnelle (RA)

Michel Lambert

Calcul de RA

• [ ]

Ω=−=Ω=−=∑ −=

716,03,0016,1R

016,1²42,0²1,1)²X3(²ZR

A

TBT

RA= 0,716 ΩΩΩΩ

Nota : le calcul approché par la relation 1défaut

2

U.I

3)².U.(9R =Σ donnerait Ω==Σ 1,1

40.5500

3².125.9R

Puissance maximale dissipée dans la résistance W27579²26,196716,0P =×=

Vérification de la condition Rp > 2Xp

²72,14)14,0j016,1(pZ ×+=

3,730

220

Xp

Rp ==

Transformons le circuit série en circuit parallèle rp= 224 Ω ; xp=1643 Ω

La composante active du courant de neutre est 7,3 fois plus importante que la composante réactive. Le dispositif se comportera comme une résistance. Il est possible, dans certains cas, de réaliser un générateur homopolaire sans résistance RA. Le constructeur calcule alors le transformateur de manière à ce que la résistance du dispositif remplisse les conditions ad hoc.