Conception de mise à la terre/système de mise à la terre dans un réseau de sous-station

Conception de mise à la terre/système de mise à la terre dans un réseau de sous-station

Introduction au réseau de mise à la terre de la sous-station

En haute et moyenne tension ^[1] Sous-stations isolées à l'air (AIS ) le champ électromagnétique , dont les causes sont les charges statiques du câble nu et des conducteurs et par les conditions atmosphériques (surtensions ), induire des tensions dans les pièces non actives de l'installation qui créent des différences de potentiel entre les pièces métalliques et le sol et aussi entre différents points du sol .

Des situations similaires peuvent se produire lorsqu'il y a des défauts entre les parties sous tension de l'installation et les parties non sous tension , par exemple en cas de court-circuit phase-terre .

Ces différences potentielles donner origine au potentiel d'étape et potentiel tactile , ou une combinaison des deux , qui peut conduire à la circulation d'un courant électrique dans le corps humain , qui peuvent provoquer des risques aux gens.

Tension tactile (E _t ) peut être défini comme la différence de potentiel maximale qui existe entre une structure métallique mise à la terre susceptible d'être touchée par la main et tout point du sol, lorsqu'un courant de défaut circule.

Il est habituel de considérer une distance de 1 m entre la structure métallique et le point au sol.

Tension de pas (E_s ) est défini comme la différence de potentiel maximale qui existe entre les pieds lorsqu'un courant de défaut circule.

Il est habituel de considérer une distance de 1 m entre les pieds.

Un cas particulier de tension de pas est la tension transférée (E_trrd ) :où une tension est transférée dans ou hors de la sous-station depuis ou vers un point distant extérieur au site de la sous-station.

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D'autres concepts sont :

• Remontée du potentiel de terrain (GPR ): Potentiel électrique maximal qu'un réseau de mise à la terre d'une sous-station peut atteindre par rapport à un point de mise à la terre éloigné supposé être au potentiel de la terre éloignée. Cette tension, GPR, est égale au courant maximal du réseau multiplié par la résistance du réseau.
• Tension de maillage (E_m ): La tension de contact maximale dans une maille d'une grille de masse.
• Tension de contact métal à métal (E_mm ): La différence de potentiel entre les objets ou les structures métalliques à l'intérieur du site de la sous-station qui peuvent être pontées par un contact direct main à main ou main à pied.

Le schéma de la figure 1 montre les phénomènes mentionnés ci-dessus .

Figure 1 – Tensions de contact, de pas et transférées

Afin de minimiser aux valeurs acceptables des courants à travers le corps humain , pour assurer la sécurité électrique pour les personnes travaillant à l'intérieur ou à proximité de l'installation , et aussi pour limiter d'éventuelles interférences électriques avec des équipements tiers , AIS doit être muni d'une mise à la terre (ou mise à la terre ) système , auquel toutes les parties métalliques non actives de l'installation doivent être connectées , tels que structures métalliques, sectionneurs de mise à la terre, parafoudres, enveloppes de tableaux électriques et de moteurs, rails de transformateurs et clôtures métalliques .

Étant donné que la mise à la terre a une influence sur les niveaux de surtensions et de courant de défaut du système électrique , et la définition des systèmes de protection, le système de mise à la terre doit être conçu pour garantir le bon fonctionnement des dispositifs de protection tels que relais de protection et parafoudres .

La conception et la construction du système de mise à la terre doivent garantir que le système fonctionne pendant la durée de vie prévue de l'installation et doivent donc prendre en compte les ajouts futurs et le courant de défaut maximal pour la configuration finale.

Système de mise à la terre est constitué d'un maillage de câble de cuivre nu enterré , avec piquets de terre supplémentaires , et doit être calculé, étant recommandé d'utiliser IEEE Std. 80-2000 .

• Article connexe : Différence entre la mise à la terre, la mise à la terre et la liaison

Formules importantes pour la conception d'un système de mise à la terre du réseau de sous-station

La coupe transversale du câble enterré doit être calculé en fonction de la valeur du courant de court-circuit phase-terre , mais il est courant d'utiliser le courant de court-circuit triphasé à cet effet.

Pour ce calcul, la formule suivante doit être utilisée :Où :

• Je"_K1 est le courant de court-circuit phase-terre [A ]
• c_s est la durée du défaut [s ]
• Δθ est l'échauffement maximal admissible [°C ] – pour le cuivre nu Δθ =150 °C

Selon la norme IEEE référencée potentiel de pas et de contact maximal tolérable et courant maximal tolérable à travers le corps humain (Je_hb ) et la résistance de la grille terrestre (R_g ) sont calculés par les formules :

Potentiel de pas maximal tolérable

Potentiel tactile maximal tolérable

Courant maximal tolérable à travers le corps humain

Résistance de la grille terrestre

Où :

• C_s est le facteur de déclassement de la couche de surface et est calculé par la formule :
• c_s est la durée du défaut [s ]
• ρ _s est la résistivité du matériau de surface [Ω. m ] – valeur typique pour roche/gravier concassé humide : 2 500 Ω .m
• ρ est la résistivité de la terre sous le matériau de surface [Ω .m ]
• h_s est l'épaisseur du matériau de surface [m ]
• A est la surface occupée par la grille au sol [m ² ]
• l_T est la longueur totale enterrée du conducteur, y compris les piquets de terre [m ]

Si aucune couche de surface protectrice n'est utilisée, alors C_s =1 et ρ _s = ρ

Ces calculs sont généralement effectués à l'aide d'un logiciel spécifique .

Réseau de mise à la terre de la sous-station

La figure 2 montre un exemple de grille terrestre.

Figure 2 – Grille terrestre

Les méthodes les plus appropriées pour la connexion des connexions au réseau de terre sont :

a.) Soudure exothermique

Figure 3 – Soudage exothermique

Soudure exothermique est le processus de connexion permanente des conducteurs qui utilise du métal en fusion et des moules , qui est basé sur une réaction chimique entre oxydes métalliques (le conducteur ) et poudre d'aluminium enflammée , qui agit comme carburant , avec libération d'énergie thermique . Cette réaction chimique est une composition pyrotechnique connu sous le nom de thermite .

Il faut s'assurer que le nombre de soudures exothermiques effectuées avec chaque moule ne dépassera pas les indications du fabricant.

• Lire également :Quelle est la différence entre le neutre, la terre et la terre ?

b .) Connecteur C :

à l'aide d'un outil de sertissage hydraulique et de matrices avec une taille adaptée à la taille des connecteurs .

Figure 4 – Connecteur C et outil de sertissage

À proximité des boîtes de contrôle de disjoncteurs, interrupteurs et sectionneurs il doit être installé un tapis équipotentiel métallique , connecté au système terrestre , semblable à celui illustré à la figure 5.

Figure 5 – Tapis équipotentiel métallique

Bon à savoir :

[1] Être U_n la tension nominale du réseau :HT – U_n ≥ 60kV; MV – 1 kV n ≤ 49,5kV .

À propos de l'auteur :Manuel Bolotinha

-Licence en Génie Électrique – Systèmes énergétiques et électriques (1974 – Instituto Superior Técnico/Université de Lisbonne)
– Master en Génie Électrique et Informatique (2017 – Faculdade de Ciências e Tecnologia/Nova University of Lisbon)
/>– Consultant senior en sous-stations et systèmes électriques ; Formateur professionnel