Défaut à la terre

connexion électriquement conductrice entre le conducteur électrique et la terre

Inhaltsverzeichnis

1. qu’est-ce qu’un défaut à la terre ?

2. causes et exemples de défaut à la terre

3. conséquences et problèmes des défauts de mise à la terre

4. extinction/compensation des défauts de terre

5. localisation des défauts de terre

6. avantages de la surveillance des défauts de terre

Qu’est-ce qu’un défaut à la terre ?

Définition

Un défaut à la terre est une connexion électriquement conductrice non intentionnelle entre un conducteur électrique et la terre ou des parties mises à la terre. Si ce type de défaut se produit dans un réseau dont le point neutre est mis à la terre de manière rigide, on parle également de défaut à la terre avec court-circuit à la terre, ce qui entraîne en général une coupure immédiate du réseau.

Dans les réseaux avec point neutre isolé et dans les réseaux compensés, il n’y a pas de courant de court-circuit, le courant de défaut est déterminé par les capacités conducteur-terre du réseau et, dans le réseau compensé, par le degré de compensation. En cas de défaut à la terre dans les réseaux moyenne tension ou les réseaux haute tension avec compensation de défaut à la terre, le réseau peut continuer à fonctionner.

Les réseaux avec point neutre isolé ne peuvent continuer à être exploités en cas de défaut que dans de rares cas, lorsque la taille du réseau est faible (faible courant de défaut à la terre capacitif). Si des défauts à la terre se produisent simultanément à plusieurs endroits du réseau, il en résulte un double défaut à la terre ou un défaut multiple à la terre, ce qui entraîne des courants de court-circuit élevés même dans les réseaux isolés et compensés.

Que se passe-t-il en cas de défaut à la terre ?

Le comportement des tensions conducteur-terre en cas de défaut à la terre dans le réseau isolé et compensé est présenté ci-dessous :

Triangle de tension symétrique dans un réseau sain
Processus de décharge de la phase défectueuse : la tension entre le conducteur et la terre de la phase concernée (ici U_1E) s’effondre ; en cas de fort défaut à la terre, U_1E passe à la valeur zéro.
Processus de charge des phases saines : Les tensions conducteur-terre des phases saines augmentent d’un facteur √3 pour atteindre la valeur des tensions enchaînées, la tension de déplacementU_NE (somme vectorielle des trois tensions L-E U_ne = U_L1+U_L2+U_L2) passe de la valeur de fonctionnement (0 V dans le « réseau idéal », quelques volts en réalité) à une valeur plus élevée (correspond au maximum à la valeur de la tension conducteur-terre en cas de défaut de terre total).
Etat de défaut à la terre stationnaire (uniquement en cas de défaut à la terre permanent) : Les capacités conducteur-terre C_LE des deux conducteurs sans défaut sont rechargées en continu. Les tensions des phases saines restent à leur valeur augmentée (en cas de défaut de terre saturé, valeur des tensions enchaînées) tant que le défaut de terre persiste. La tension de déplacement conserve également sa valeur élevée.

erdschluss-leiter-erd-spannungen — Figure 1 : Tensions conducteur-terre en cas de défaut à la terre

Processus de charge et de décharge en cas de défaut à la terre

Le processus de charge et le processus de décharge constituent des processus transitoires de courte durée. Après la fin de ce processus transitoire à haute fréquence, souvent appelé essuyage de défaut à la terre, le courant de défaut à la terre capacitif I_CE circule à l’endroit du défaut dans le cas d’un défaut à la terre stationnaire dans le réseau isolé ; ce courant se compose de la somme de toutes les capacités conducteur-terre du réseau et est donc en corrélation avec la taille du réseau. Indépendamment du lieu du défaut, le courant de défaut I_F = I_CE est valable dans le réseau isolé en cas de défaut à la terre important. Les flux de courant dans le réseau isolé sont illustrés par l’exemple suivant.

Figure 2 : Exemple de réseau avec 3 départs et point neutre isolé – Courants en cas de défaut à la terre

Causes et exemples de défaut à la terre

Un défaut à la terre peut avoir de nombreuses causes

des lignes à haute tension qui pendent, lorsque la ligne touche la surface du sol ou des objets sur la terre.
isolation vieillie ou endommagée
isolateurs encrassés
des corps étrangers tels que des arbres, des branches ou des oiseaux sur les lignes aériennes

Comment se produit un défaut à la terre / Exemples de défauts à la terre

les surtensions dans un réseau électrique peuvent endommager l’isolation et provoquer un défaut à la terre
la fatigue ou l’usure stationnaire des matériaux, qui entraîne la détérioration de l’isolation. Si l’isolation (diélectrique) des câbles est endommagée, il est également fréquent que des défauts de réamorçage se produisent.
essuie-glace court de mise à la terre sur des lignes aériennes, par ex. par contact avec des arbres
contact avec la terre sur les lignes aériennes

Dans quelles situations/à quels endroits les défauts de mise à la terre sont-ils particulièrement fréquents ?

Les chantiers de construction : Sur les chantiers, il y a souvent une probabilité accrue de dommages mécaniques aux câbles et aux lignes, ce qui peut entraîner des fuites à la terre.
Infrastructures anciennes ou négligées : dans les installations électriques et les réseaux de distribution obsolètes ou mal entretenus, il existe un risque accru de défaillance de l’isolation et d’autres problèmes pouvant entraîner des défauts à la terre.
Zones où les lignes à haute tension sont suspendues : Le contact d’une ligne à haute tension avec la surface du sol ou des objets sur le sol provoque un défaut à la terre.
Câblage souterrain : Dans les situations où les câbles électriques sont enterrés, il existe un risque accru de défaut à la terre en raison des mouvements du sol, de la corrosion et de l’humidité.
Zones résidentielles : Des défauts de mise à la terre peuvent se produire dans les zones résidentielles, notamment lorsque l’infrastructure électrique est obsolète ou qu’il existe des problèmes de câblage. Les lignes à haute et moyenne tension dans les zones résidentielles peuvent également provoquer des fuites à la terre si elles sont endommagées ou si elles s’affaissent.
Installations industrielles : les environnements industriels, tels que les usines et les sites de production, présentent un risque accru de fuites à la terre en raison de la complexité des installations électriques et de la charge électrique élevée.

Conséquences et problèmes des défauts de mise à la terre

Les problèmes ou les risques suivants existent en cas de défaut à la terre

Si le réseau ne possède pas de compensation de défaut à la terre, des courants électriques élevés circulent dans le sol à l’endroit du défaut à la terre, ce qui peut provoquer des tensions de pas et des tensions de contact élevées, dangereuses pour les personnes et les animaux. Si les tensions de pas et de contact admissibles ne sont pas respectées en cas de défaut à la terre (dans le réseau rigide mis à la terre et généralement aussi dans le réseau isolé), le réseau doit être immédiatement coupé.
Le défaut à la terre peut provoquer des étincelles et des arcs électriques et donc des incendies.
Les réseaux sans compensation de défaut à la terre doivent être coupés en cas de défaut à la terre et une panne de courant se produit.
Dans le réseau isolé et compensé, les tensions des conducteurs sains augmentent en cas de défaut à la terre, ce qui constitue une charge supplémentaire pour l’isolation. Les réseaux à très haute tension sont donc exploités avec une mise à la terre rigide, car dans ce cas, les efforts d’isolation supplémentaires ne seraient pas rentables.

Effacement/compensation des défauts de terre

Dans les réseaux à moyenne et haute tension, on utilise des bobines de Petersen pour qu’en cas de défaut unipolaire à la terre, le courant capacitif passant par le point de défaut soit compensé par un courant inductif à peu près égal mais de sens opposé. Pour ce faire, la bobine doit être réglée, lorsque le réseau est sain, sur une résistance inductive XL qui correspond approximativement à la résistance capacitive X_C du réseau.

La compensation de défaut à la terre dans le réseau triphasé est représentée dans l’exemple suivant de manière analogue à l’exemple pour le réseau isolé. En cas de compensation totale par la bobine de compensation, le courant de défaut à la terre capacitif Ice est entièrement compensé et, en cas de défaut à la terre, le courant au point de défaut devient I_F=0.

Figure 3 : Explication de la compensation de défaut à la terre sur un exemple de réseau – courants en cas de défaut à la terre

En règle générale, les réseaux réels ne sont pas entièrement compensés, mais plutôt légèrement surcompensés, car en cas de compensation totale (au point de résonance), la tension de déplacement est la plus élevée et l’une des tensions des conducteurs prend donc la valeur la plus élevée.

Le degré de surcompensation ou de sous-compensation est indiqué par ce que l’on appelle le degré de désaccord v.

v = (I_L – I_C) / I_L

Le point de résonance et donc le point d’accord idéal pour la bobine d’extinction de défaut à la terre change dans les réseaux réels, car la capacité du réseau varie en raison des commutations. Pour que la bobine soit toujours adaptée au mieux à l’état actuel du réseau, une régulation automatique de la bobine est importante. Celle-ci peut être effectuée avec le régulateur de bobine de compensation REG-DP d’A. Eberle. Le calcul de la compensation correcte du défaut à la terre s’effectue automatiquement et en continu avec le REG-DP en mesurant la courbe de résonance.

Localisation des défauts de terre

Dans les réseaux compensés, il est certes possible de continuer à exploiter le réseau, mais le défaut à la terre représente tout de même une charge supplémentaire pour le réseau en raison de l’augmentation des tensions des phases saines. C’est pourquoi il est nécessaire de détecter et de localiser les défauts à la terre de manière rapide et fiable.

Pour constater le défaut à la terre et le localiser, il existe une multitude d’algorithmes de localisation en fonction des conditions générales respectives.

Afin d’utiliser de manière optimale les avantages des différents procédés de localisation des défauts à la terre dans les différentes situations de défaut à la terre, formes de réseau et conditions de mesure, une multitude de procédés sont implémentés dans les indicateurs de défaut à la terre et les appareils de localisation des défauts à la terre d’A. Eberle :

Procédure d’essuyage (procédure qu2)
Procédure qui pour défauts intermittents / Qui de réamorçage
Méthode du courant réactif / méthode sin(phi)
Procédé wattmétrique / procédé cos(phi) (avec ou sans augmentation du courant résiduel wattmétrique)
Méthode des harmoniques
Localisation des impulsions

Distinction de nos appareils de localisation selon la méthode de localisation

Le tableau suivant donne une vue d’ensemble des appareils de détection d’A. Eberle et des procédures mises en œuvre pour la détection des défauts de terre. Les indicateurs combinés de court-circuit et de défaut de terre EOR-3DS et EOR-1DS possèdent, en plus des fonctions de localisation des défauts de terre, une fonction de détection des courts-circuits pour l’affichage et le signalement des courts-circuits.

Une autre caractéristique importante des appareils de localisation d’A. Eberle est leur grande flexibilité et leur capacité d’adaptation à différents domaines d’application. Les appareils sont conçus de manière à pouvoir être utilisés dans différents environnements industriels, que ce soit dans la production d’énergie, la distribution ou l’automatisation industrielle. Ils offrent en outre des possibilités de diagnostic avancées qui permettent une surveillance et une analyse précises des réseaux électriques. Cette polyvalence fait des produits A. Eberle un choix privilégié pour les entreprises à la recherche de solutions de localisation fiables et performantes pour leurs installations électriques.

Distinction de nos dispositifs de localisation selon leurs caractéristiques principales

Voici les principales caractéristiques des différents appareils de localisation d’A. Eberle, présentées de manière claire :

EOR-D

Fonctionnalité de localisation étendue
Surveillance de jusqu’à 4 départs avec un seul appareil (jusqu’à 16 départs par bac à cartes)
Combinable dans un bac à cartes 19″ avec d’autres appareils A. Eberle :
REG-D – Régulateur de tension pour transformateurs à gradins
REG-DP – Régulateur librement programmable pour bobines de Petersen
PQI-D – Power Quality Interface pour réseaux basse, moyenne et haute tension

En savoir plus sur EOR-D

EOR-1DS

Variante économique avec les procédés de localisation suivants :
Procédé qu2-Wischer
localisation des impulsions
détection de court-circuit supplémentaire
Utilisation et paramétrage faciles sans logiciel
Connexion

En savoir plus sur EOR-1DS

EOR-3DS

Fonctionnalité étendue de localisation des défauts de terre (algorithmes comme EOR-D)
Procédures de localisation supplémentaires à l’EOR-1DS comme :
procédé qui pour les défauts de réamorçage
Méthode des harmoniques
Fonctionnalité étendue pour la station locale intelligente (SCADA, sécurité, commutation)
Utilisable comme unité de numérisation pour les stations locales

En savoir plus sur EOR-3DS

Localisation précise des défauts de terre et analyse complète du réseau

Les évaluations des procédés donnent une information directionnelle par ligne surveillée (erreur en avant/départ en erreur ou en arrière/départ sans erreur). L’ensemble des indications permet de localiser et de trouver le défaut à la terre (voir exemple). Plus il y a d’appareils de localisation répartis sur le réseau, plus l’emplacement du défaut peut être délimité avec précision.

Les appareils de localisation avancés d’A. Eberle offrent non seulement une information directionnelle précise pour les défauts détectés, mais permettent également une analyse et une surveillance complètes de l’ensemble du réseau électrique. Grâce à l’intégration des technologies de capteurs et des algorithmes les plus modernes, ces appareils permettent une saisie et une évaluation continues des paramètres du réseau. Il en résulte une meilleure performance dans la détection des erreurs et permet une prévention proactive des erreurs. En outre, les appareils de localisation peuvent également enregistrer des données historiques et identifier des tendances afin de soutenir l’analyse et l’optimisation du réseau à long terme. Ainsi, les produits d’A. Eberle offrent non seulement une localisation fiable des défauts de terre, mais contribuent également à l’efficacité et à la fiabilité de l’ensemble du réseau électrique.

Méthode de localisation des défauts de terre

La partie suivante décrit brièvement les différentes procédures permettant de localiser le défaut à la terre :

Procédure d’essuyage

Seuil de réponse de la tension de déplacement Uen est réglable
évaluation du processus transitoire à l’entrée du défaut à la terre
détection extrêmement fiable grâce à l’évaluation intégrative (procédé qu2)
fonctionne aussi bien dans un réseau compensé que dans un réseau isolé
contrairement aux « procédés stationnaires », toutes les fuites à la terre (même les courts circuits de fuite à la terre) peuvent être détectées

Procédure Qui

Extension de la méthode qu2 afin de détecter de manière ciblée et séparée les défauts de réamorçage.
Méthodologie de la méthode qu2 appliquée à une fenêtre d’observation glissante et observation du nombre de réamorçages

Méthode du courant réactif / méthode sin(φ)

le seuil de réponse de la tension de déplacement Uen est réglable
applicable dans un réseau isolé
L’angle entre la tension de décalage et le courant nul est évalué. Dans le réseau isolé, il est facile d’en déduire si la sortie surveillée est défectueuse (I₀ et U₀ ont un comportement inductif) ou non (I₀ et U₀ ont un comportement capacitif).

Méthode wattmétrique (avec ou sans augmentation du courant wattmétrique)

évaluation du courant résiduel qui passe par le point de défaut même dans un réseau entièrement compensé.
mesure précise nécessaire pour déterminer l’angle entre I₀ et U₀ afin de pouvoir déterminer correctement le courant résiduel de puissance
Prise en compte possible des erreurs du transformateur par paramétrage.
le seuil de réponse de la tension de déplacement Uen est réglable, le seuil de réponse du courant résiduel de puissance est réglable par sortie
l’augmentation du courant résiduel de watt (résistance parallèle à la bobine de compensation) permet d’augmenter le courant résiduel de watt afin de simplifier la détermination correcte du sens du courant wattmétrique.

Méthode des harmoniques

le seuil de réponse de la tension de décalage Uen est réglable
Application du principe de la méthode du courant réactif pour les réseaux compensés par l’utilisation de fréquences plus élevées (par ex. 250 Hz).
dans l’EOR-D, possibilité supplémentaire d’utiliser la méthode des harmoniques avec comparaison des valeurs de courant de plusieurs départs (évaluation comparative). Sinon
il est possible de choisir entre différentes harmoniques (par ex. 5e – 250 Hz). Il est également possible de paramétrer une fréquence d’harmoniques libre.

Localisation du pouls

en cas de défaut à la terre, la commutation cyclique d’un condensateur ou d’une inductance en parallèle à la bobine de compensation génère un modèle d’impulsions qui est ensuite reconnu par l’appareil de localisation
une « localisation en profondeur » jusqu’à l’endroit du défaut est possible
en option, il est possible de paramétrer un seuil pour la tension de déplacement Uen
avec notre indicateur de défaut EOR-1DS, la variation angulaire due à l’impulsion est évaluée en plus de la valeur du courant, c’est pourquoi il n’est plus nécessaire de respecter un certain degré de compensation pour la reconnaissance correcte du modèle d’impulsion

Avantages de la surveillance des défauts de terre

avec les indicateurs combinés de court-circuit et de défaut de terre de A. Eberle

Welche Vorteile sind durch konstante Erdschlussüberwachung gegeben?

Nos indicateurs de court-circuit et de défaut à la terre permettent une surveillance constante des défauts à la terre :

La surveillance constante des défauts de terre dans les installations électriques et les réseaux électriques offre plusieurs avantages, notamment

Prévention des pannes : L’identification à temps des défauts de terre et leur réparation contribuent à prévenir ou à minimiser les pannes de courant, ce qui garantit la continuité des opérations dans les installations industrielles et l’alimentation des consommateurs dans les réseaux électriques publics.
Réduction des temps d’arrêt : La réparation rapide des défauts de terre grâce à la surveillance continue permet de réduire les temps d’arrêt, ce qui augmente la productivité et l’efficacité dans différents domaines d’application.
Réduction des coûts : la prévention des dommages importants et des pannes de courant permet d’éviter des coûts de réparation et des pertes financières considérables.
Planification de la maintenance : la surveillance des défauts à la terre aide à planifier les travaux de maintenance, car elle permet de surveiller en permanence l’état des installations électriques et de prévoir le moment où des mesures de maintenance seront nécessaires.
Respect des prescriptions de sécurité : une compensation des défauts à la terre pour réduire les courants de défaut et les tensions de contact admissibles ainsi qu’une surveillance continue des défauts à la terre sont généralement la solution optimale pour respecter les prescriptions de sécurité en vigueur en combinaison avec un mode de fonctionnement économique, en particulier dans le domaine de la moyenne tension.
Analyse des données : la surveillance continue permet de collecter de nombreuses données sur l’état du système électrique. Ces données peuvent être utilisées pour analyser et optimiser le fonctionnement.
Globalement, la surveillance constante des défauts de terre contribue à augmenter la fiabilité et la sécurité des installations électriques, à minimiser les pannes et à augmenter l’efficacité de l’exploitation. Cela est particulièrement important dans les applications critiques et dans les environnements où la sécurité des personnes et l’impact sur l’environnement sont d’une importance capitale.

Worauf kommt es bei Erdschlussüberwachung an?

Qu’est-ce qui est important dans la surveillance des défauts de terre ?

Capacité de détection : le système de surveillance des défauts de terre doit être en mesure de détecter et de signaler les défauts de terre de manière fiable. Les appareils A. Eberle disposent d’un grand nombre d’algorithmes de détection (voir ci-dessus) qui peuvent être combinés à volonté. Ainsi, une solution adaptée et fiable est toujours disponible pour les différentes applications (forme du réseau, précision de mesure disponible, philosophie d’exploitation).

Rapidité de la détection : les dispositifs de surveillance doivent détecter et signaler rapidement les dysfonctionnements afin de permettre une réaction et un dépannage rapides avant que des dommages importants ne surviennent. Le procédé d’essuyage avec lequel nos appareils fonctionnent détecte le défaut en l’espace de quelques 100 ms, les procédés de localisation fixes évaluent la direction du défaut en l’espace d’une seconde environ, pour la localisation par impulsions, cela dépend de la durée du modèle d’impulsions réglé. Ainsi, les défauts à la terre sont détectés très rapidement et la localisation peut commencer immédiatement (même si la détection des défauts à la terre n’est pas aussi critique en termes de temps que, par exemple, la coupure des courts-circuits par les appareils de protection).

Localisation : le système doit être en mesure de déterminer avec précision l’emplacement du défaut à la terre ou du courant de fuite afin de faciliter la localisation et la réparation. Toutes nos procédures émettent donc un message directionnel de localisation

Alarme : le système doit être capable de déclencher des alarmes pour informer le personnel d’exploitation ou les autorités compétentes de la présence d’un défaut à la terre. Ces alarmes peuvent être visuelles, sonores ou transmises par des réseaux et des systèmes de communication. Vous disposez donc d’une multitude de possibilités de couplage à des systèmes de contrôle (sorties binaires pour tous les indicateurs de défaut d’A. Eberle, Modbus pour EOR-1DS, EOR-3DS et EOR-D (divers protocoles de contrôle-commande courants).

Enregistrement des données : les dispositifs de surveillance doivent enregistrer et stocker les données relatives aux défauts à la terre et aux courants de fuite détectés afin de permettre une analyse et un suivi ultérieurs. C’est pourquoi tous les dispositifs de localisation A. Eberle enregistrent des journaux de bord et des rapports d’incidents afin de pouvoir analyser les cas d’erreur a posteriori.

Maintenance et diagnostic : le système doit disposer de fonctions d’autodiagnostic et de vérification pour s’assurer qu’il fonctionne correctement et pour signaler les besoins de maintenance. Les dispositifs de localisation A. Eberle disposent d’une surveillance active de l’état et d’une notification en cas d’erreur, ainsi que d’entrées dans le journal de bord et de mises à jour régulières du logiciel.

Intégration dans le système global : la surveillance des défauts de terre doit être intégrée sans problème dans le système global de l’installation électrique afin de permettre une surveillance et un contrôle efficaces. C’est pourquoi vous avez le choix entre différents types de matériel pour nos indicateurs de court-circuit et de défaut à la terre.

Surveillance à distance : dans certains cas, il est utile de pouvoir surveiller les dispositifs de surveillance à distance afin de pouvoir réagir aux pannes, même si le personnel d’exploitation n’est pas sur place. Sur notre indicateur de défaut phare, le nouveau EOR-3DS, l’accès à distance « Management and Operations » est possible via MQTT. Pour le modèle classique, l’EOR-D, l’accès à distance est possible via un serveur COM.

Évolutivité : selon la taille et la complexité du réseau, le dispositif de surveillance des défauts de terre doit être évolutif pour répondre aux exigences. Avec le nouveau EOR-3DS, les mises à jour en masse et la gestion automatisée en groupes d’appareils sont possibles grâce à MQTT pour « Management & Operations ». L’appareil est capable d’évoluer en grand nombre et d’agir à distance sur le réseau.

Analyse des données et rapports : les données collectées doivent être analysées et des rapports doivent être établis afin d’identifier les tendances et les modèles et de contribuer à l’optimisation des opérations. C’est pourquoi l’EOR-1DS et surtout l’EOR-3DS fournissent une multitude de valeurs de mesure (également MQTT & IoT) qui garantissent la transparence et la sécurité dans votre réseau.