(Les générateurs homopolaires)

Pratique des régimes de neutre
21/08/2008
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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.
Dans 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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1
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Principe de calcul de la résistance
9.( U 2)². 3
Idéfaut.U1
Exemple:
U1= 20 kV
U2= 200 V
Jdéfaut max= 5 A/5s
ΣR= 6,23Ω
Barres HTA
U1
Jdéfaut
Connaissant la valeur maximale du courant de
neutre et en négligeant la réactance interne du
transformateur, on peut évaluer la résistance
du dispositif.
(3Vo)² 9(Vo)² 9( U 2)²
U1
Pr =
= Jdéfaut.
=
=
ΣR
ΣR
ΣR
3
3Io
U2
et Σ R =
3 Vo
RA
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
5500
• Le rapport théorique de transformation du dispositif est :
= 14,67 ;
3 × 125
N1 1840
• On choisit un rapport de transformation
=
= 14,72 ;
N 2 125
Us / 3 5500 / 3
• Impédance résiduelle vue du primaire : Zp =
=
= 79,39Ω ;
In
40
• Impédance homopolaire vue du primaire : Zop=3.Zp=238,17Ω
Zop
238,17
• Impédance homopolaire vue du secondaire : Zos =
=
= 1,1Ω
14,72² 14,72²
L’intensité In / 5s définit la section du conducteur composant le primaire.
40 × 14,72
• Intensité homopolaire maximale au secondaire Ios =
= 196,26A
3
• L’impédance BT du transformateur est alors Z = 0,1Ω + j0,14Ω
Zop.N 2² 238,17
• L’impédance BT du générateur homopolaire est ZBT =
=
= 1,1Ω ;
N1²
216,68
ZBT=1,1 Ω
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X=3x0,14 Ω
La résistance du circuit secondaire est constituée de la résistance additionnelle RA et de la
résistance du circuit secondaire 3 × 0,1 = 0,3Ω
La réactance du circuit vaut XT = 3 × 0,14 = 0,42Ω
ZBT=1,1 Ω
Résistance additionnelle (RA)
T
R=3x0,1Ω
Michel Lambert
Calcul de RA
∑ R = [ZBT ² − (3XT )² ] = 1,1² − 0,42² = 1,016Ω
•
RA = 1,016 − 0,3 = 0,716Ω
RA= 0,716 Ω
Nota : le calcul approché par la relation ΣR =
9.( U 2)². 3
9.125². 3
donnerait ΣR =
= 1,1Ω
Idéfaut.U1
5500.40
Puissance maximale dissipée dans la résistance
P = 0,716 × 196,26² = 27579W
Vérification de la condition Rp > 2Xp
Zp = (1,016 + j0,14) × 14,72²
Rp 220
=
= 7,3
Xp 30
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.
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