Défauts à la terre
1/Définition:
Un défaut à la terre est un court-circuit entre un ou plusieurs conducteurs et la terre ou un élément conducteur mis à la terre. Il engendre un courant circulant des conducteurs en défaut vers la terre, dit courant homopolaire. Il peut être monophasé, biphasé (double défaut à la terre), ou triphasé à la terre. Le courant de défaut à la terre est caractérisé par sa composante homopolaire mais contient aussi une composante directe et inverse.
Il peut aussi être la conséquence d’arc électrique.
C’est le type de défauts le plus fréquent.
La protection contre les défauts à la terre dépend du mode de mise à la terre.
A-Cas de mise à la terre directe :
courant de défaut monophasé à la terre :
If = 3 U n / √ [( 2Xk + Xo +3(X1 +XPE )]²+ [ 2Rk + Ro +3(R1 +RPE ]²
Avec :
If : le courant de court-circuit phase –terre (A)
Un : la tension nominale entre phase-neutre (V) ?
Xk, Rk: réactance, résistance de court-circuit dans le cas de court-circuit triphasé juste à l’aval immédiat du transformateur. (Ω/phase)
X1, R1: réactance, résistance du conducteur de phase 1 en défaut jusqu’au point de défaut (Ω / phase)
X0 : réactance homopolaire (Ω/phase)
XPE : impédance du conducteur de protection (Ω)
Correspond à la valeur minimale du courant de défaut, s’il est inférieur au courant de défaut biphasé sans terre, dans le cas de MALT directe.
Protection :
Le courant homopolaire est très élevé dans ce cas.
La protection se fait par fusibles et relais de protection numérique, à travers un TI tore , en secours . La coupure de la phase en défaut doit se faire dans le temps défini par les normes pour un court-circuit phase- conducteur de protection (PE).
La protection par relais de protection numérique peut se faire également par le calcul du courant de terre à partir de 3 TC raccordés sur le relais.
B- Dans le cas de mise à la terre indirecte ou par impédance Z, le courant de défaut monophasé à la terre se calcule par la formule déterminée par la méthode des composantes symétriques :
If = 3 U n / (Zd + Zi + Zo + 3(Z+ Z1+ ZPE))
If : le courant de court-circuit phase–terre (A)
U n : la tension nominale entre phase/Neutre (V) ?
Zd : impédance directe (Ω/phase)
Zi : impédance inverse (Ω/phase)
Zo : impédance homopolaire (Ω/phase)
Z: impédance de mise à la terre (Ω)
Z1 : impédance du conducteur de phase en défaut jusqu’au point de défaut (Ω)
ZPE : impédance du conducteur de protection (Ω)
Défaut biphasé à la terre ou double(ex : ph1et ph2):
If = U / 2Zk + Z1+ Z2 + ZPE
If : le courant de court-circuit biphasé –terre (A)
U : la tension nominale entre phase (V) ?
Zk : impédance de court-circuit dans le cas de court-circuit triphasé juste à l’aval immédiat du transformateur. (Ω/phase)
Z1 : impédance du conducteur de phase 1 jusqu’au point de défaut (Ω)
Z2 : impédance du conducteur de phase 2 jusqu’au point de défaut (Ω)
ZPE : impédance du conducteur de protection (Ω)
C’est la valeur minimale du courant de défaut dans ce cas de MALT.
Protection :
Le courant résiduel est calculé à partir d’un TC tore raccordé sur l’entrée de mesure du relais de protection. La protection est déclenchée si la valeur efficace du courant résiduel dépasse la valeur réglée sur le relais ou si la temporisation est dépassée.
Le courant de défaut terre étant très faible, cela ne nécessite pas de déclenchement. Mais il faut rechercher et éliminer le défaut, raison pour laquelle on utilise une protection directionnelle pour pouvoir les courants capacitifs. Dans ce cas les courants et les tensions des trois phases sont raccordés sur le relais.
La protection peut également être faîte à travers un relais de détection de la tension homopolaire au niveau de la MALT du neutre du transformateur.
2/ Mesure du courant homopolaire
La présence d’une composante homopolaire est significative de défaut à la terre. Elle est mesurée soit :
- par la somme des courants au secondaire de TC placés sur chaque phase
- ou par l’intermédiaire de transformateur Tore placé autour des 3 phases ou sur la connexion de mise à la terre.
La somme géométrique de ces courants est nulle en l’absence de défaut, tandis que les 3 tensions phase- terre sont équilibrées . En cas de défaut à la terre, cet équilibre est rompu, il apparaît des courants capacitifs phase- terre Io qui se referment par la terre comme le défaut. Leur somme n’est plus nulle mais égale à 3 Io, courant capacitif total du réseau. D’où la nécessité de faire un réglage adapté de la protection suivant le cas de mise à la terre.
En effet, si la MALT est faite par impédance, la protection du relais homopolaire est réglée à une valeur supérieure à 3 Io, pour éviter un déclenchement sur une phase saine comportant un relais.
Dans le cas d’un neutre isolé, le courant de défaut est très faible, inférieur à 3Io. La seule manière de différencier le courant de défaut du courant capacitif est le sens d’écoulement : on utilise alors un relais homopolaire directionnel.
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