Lors de l'installation d'un nouveau transformateur, on suppose naturellement que les entrepreneurs respectent scrupuleusement les codes en vigueur et accordent la priorité à la sécurité du personnel et des équipements. Pourtant, même les entrepreneurs qualifiés peuvent commettre des erreurs ou omettre des étapes cruciales durant cette phase critique. De tels oublis peuvent paraître rares, mais leurs conséquences sont loin d'être anodines.

De nombreuses organisations se concentrent sur la maintenance de routine et les tests de performances des transformateurs de distribution afin d'optimiser leur durée de vie. Cependant, la base d’un système de distribution électrique robuste commence dès l’installation. Parmi les éléments les plus essentiels figure une bonne mise à la terre du transformateur, en particulier la connexion correcte du neutre dans les systèmes à 4 fils. Cette importance est même soulignée dans des normes telles que le National Electrical Code (NEC) des États-Unis, notamment NFPA 70. En cas de mauvaise application, pratiquement toutes les opérations ultérieures du système sont compromises.

L'objectif principal de la mise à la terre des transformateurs

La mise à la terre établit un chemin direct et de faible résistance entre les parties métalliques du transformateur et la terre. Elle assure une double fonction de sécurité et d'exploitation : dégagement des chemins de défaut et stabilisation de la tension.

Plus précisément, la mise à la terre du neutre du transformateur fournit un chemin conducteur permanent et résistant au courant vers la terre. Elle est conçue pour :

1. Limiter l'augmentation de la tensionpendant les pannes,

2. Activer les dispositifs de protection (comme les fusibles et les disjoncteurs) pour déclencher efficacement,

3. Réduire les risques de choc électrique, et

4. Préserver l'intégrité du système.

Lorsque le neutre n'est pas mis à la terre dans une configuration à 4 fils, un « neutre flottant » apparaît. Dans ce cas, la tension phase-terre peut dériver vers des valeurs efficaces maximales, notamment sur des charges déséquilibrées, augmentant ainsi le risque de dommages et de contact mortel.

À l’inverse, une mise à la terre adéquate offre les avantages clés suivants :

• Durée de vie prolongée de l'équipement :En protégeant contre les tensions transitoires et les contraintes de défaut, une mise à la terre appropriée favorise la longévité du transformateur et un fonctionnement rentable.

• Risque d'incendie réduit :Les canaux de mise à la terre canalisent les courants de défaut en toute sécurité, éliminant ainsi la surchauffe ou les arcs électriques qui pourraient déclencher des incendies.

• Fiabilité améliorée :Un système de mise à la terre stable minimise les chutes de tension, contrôle le bruit électrique et permet des opérations ininterrompues.

• Détection de défaut simplifiée :Les terres à faible impédance permettent une localisation et une isolation plus rapides des défauts, réduisant ainsi les temps d'arrêt.

Les dangers d’une mauvaise mise à la terre

Lorsque la mise à la terre est inadéquate, plusieurs conséquences peuvent survenir :

• Les dispositifs de protection peuvent échouer de se déclencher lors de défauts à la terre, ce qui entraîne des enceintes sous tension et des tensions de contact potentiellement mortelles.

• Tensions instables peut se produire, en particulier dans les systèmes secondaires. Cela peut surchauffer les enroulements du transformateur, entraînant une génération de gaz et une dégradation accélérée.

• Sans un chemin de défaut à faible impédance, les courants de défaut peuvent circuler de manière imprévisible, provoquant la destruction de l'équipement ou de graves risques pour la sécurité.

De tels risques renforcent le caractère critique de la mise à la terre du transformateur en tant que dispositif de sécurité prioritaire lors de l’installation.

Types de systèmes de mise à la terre des transformateurs

Les configurations de mise à la terre varient en fonction de la tension du système, du type de transformateur et des réglementations locales :

1. Mise à la terre solide
Le neutre est directement relié à la terre avec une impédance minimale. Ce système permet une élimination immédiate des défauts et est courant en milieu industriel.

2. Systèmes non mis à la terre
Aucune connexion intentionnelle à la terre n'est effectuée ; les courants de défaut persistent jusqu'à leur détection et leur élimination. Utilisé lorsque la continuité est essentielle, il complique la détection des défauts à la terre.

3. Impédance (résistance) de mise à la terre
Une résistance entre le neutre et la terre limite l'intensité et la durée du courant de défaut. Cela contribue à équilibrer la protection des équipements et la stabilité du système.

4. Mise à la terre par réactance
Une inductance contrôle le courant de défaut de la même manière qu'une mise à la terre par impédance. Elle empêche les courants de défaut trop élevés tout en permettant un déclenchement sensible.

5. Transformateurs de mise à la terre (zig-zag ou étoile-triangle)
Dans les systèmes dépourvus de neutre, des transformateurs de mise à la terre spéciaux, comme ceux de type zigzag, créent un point neutre pour une mise à la terre efficace.

Meilleures pratiques pour la connexion du système de mise à la terre

L'installation d'un système de mise à la terre de transformateur fiable nécessite le respect de pratiques clés établies telles que :

1. Assurer la continuité et la capacité

Le chemin de mise à la terre doit être électriquement continu, fiable et dimensionné pour supporter les courants de défaut attendus sans dommage. Par exemple, le NEC (tableau 250.66) spécifie des sections minimales de conducteurs, par exemple en cuivre de calibre 4 AWG, pour de nombreuses applications industrielles.

2. Mettre en œuvre des connexions étanches et résistantes à la corrosion

Utilisez des connecteurs à compression ou des cosses en cuivre. L'application de composés antioxydants sur les conducteurs en aluminium est essentielle. Serrez également les terminaisons conformément aux spécifications du fabricant et scellez-les avec une gaine thermorétractable résistante aux intempéries.

3. Minimiser l'impédance du système

Utiliser une liaison cuivre directe avec le routage le plus court. Éviter les boucles et les mises à la terre redondantes ; privilégier un seul point de mise à la terre, notamment sur le noyau du transformateur, afin d'éviter les courants de Foucault circulants et les échauffements localisés.

4. Tests et surveillance réguliers

Effectuez des tests de chute de potentiel ou de résistance de pince et vérifiez que la résistance de terre reste inférieure à 5 ohms pour une protection optimale. Utilisez une surveillance en temps réel lorsque cela est possible pour détecter toute dégradation.

5. Coller toutes les pièces métalliques

Tous les boîtiers métalliques, points neutres, écrans et structures de support doivent être reliés équipotentiellement pour éviter les potentiels de pas et de contact dangereux.

6. Vérifiez les conditions du sol

La résistivité du sol influence directement les performances des piquets de terre. Si les sols sont très résistants, utilisez un remblai conducteur (par exemple, de la bentonite) ou renforcez-le avec plusieurs piquets.

7. Effectuer la maintenance programmée

Effectuez des contrôles visuels mensuels et des tests de résistance trimestriels pour vérifier que le système de mise à la terre continue de fonctionner comme prévu. Inspectez-le pour détecter toute trace de corrosion, de connexions desserrées et de dommages physiques.

8. Documentez tout

Tenir à jour les enregistrements des dates de test, des méthodes, des résultats et des actions de maintenance conformément aux normes IEEE et autres normes réglementaires pertinentes.

9. Personnel du train

Le personnel doit comprendre la justification de la mise à la terre, les méthodes de test et la sensibilisation aux dangers liés à l'augmentation du potentiel de terre et à la tension de pas.

Intégration de systèmes connexes : une note contextuelle

Bien que notre attention soit portée sur la mise à la terre des transformateurs, celle-ci interagit souvent avec d'autres systèmes. Par exemple, lors de la révision d'un moteur électrique, les équipes sur le terrain doivent s'assurer que les mises à la terre du châssis et de l'arbre restent fiables après la maintenance. Les balais de terre ou les connexions de liaison doivent être dûment réinstallés pour empêcher la circulation de courants dans les arbres du moteur.

De même, pour les transformateurs à bain d'huile, la surveillance des niveaux d'huile de refroidissement du transformateur complète les bonnes pratiques de mise à la terre. Un refroidissement adéquat protège indirectement l’intégrité de l’isolation, que la mise à la terre protège également. Les deux systèmes contribuent à la fiabilité globale, bien qu’ils remplissent des fonctions techniques différentes dans l’installation et l’entretien des transformateurs.

Conclusion

Une mise à la terre adéquate des transformateurs n'est pas une simple vérification technique : c'est la clé de voûte de la sécurité, de la fiabilité et de la longévité des équipements dès le premier jour. Reconnaître son importance et mettre en œuvre les meilleures pratiques, du dimensionnement des conducteurs à la prévention de la corrosion, en passant par l'évaluation et l'entretien des sols, garantit la résilience du réseau de distribution électrique. Des installations de mise à la terre conformes ou supérieures aux normes en vigueur protègent le personnel, préviennent les pannes coûteuses et assurent la performance du réseau pendant des décennies.