Transformateurs de Mise à la Terre : But, Types et Applications dans les Réseaux Électriques

Qu'est-ce qu'un Transformateur de Mise à la Terre ?

Un transformateur de mise à la terre (ou transformateur de mise à la terre) fournit un chemin de faible impédance vers la terre pour le courant de séquence zéro (défaut terre) dans les systèmes électriques qui n'ont pas de neutre naturel — principalement les systèmes triangle ou étoile non mis à la terre.

Pourquoi c'est Nécessaire : Le Problème du Neutre

• Enroulements triangle n'ont pas de point neutre
• Étoile non mis à la terre : neutre existe mais flottant → surtensions transitoires (5–6×) pendant défauts terre
• Transformateur mise à la terre crée un neutre artificiel pour mise à la terre

Fonctions Principales

1. Chemin courant défaut terre : Permet détection/coordination relais terre (50N/51N, 67N)
2. Stabilisation tension : Limite surtensions transitoires pendant défauts terre à l'arc
3. Référence neutre : Permet charges phase-neutre (éclairage, 120V) sur systèmes triangle
4. Filtrage harmoniques : Enroulement zigzag piège harmoniques triplens (3ème, 9ème, 15ème)

Types de Transformateurs de Mise à la Terre

Type	Construction	Impédance Seq-Zéro	Applications
Zigzag (Zn)	6 enroulements sur 3 noyaux, interconnectés	Faible (1–10Ω)	Le plus courant pour mise à terre solide/résistance
Étoile-Triangle (YNd)	Étoile primaire (neutre sorti), Triangle secondaire	Faible (triangle piège seq-zéro)	Quand triangle BT nécessaire pour isolement harmoniques
Étoile-Étoile (YNyn) avec Tertiaire Triangle	3 enroulements : YN / YN / Triangle	Faible via tertiaire	Postes nécessitant 3 niveaux tension
Mise à Terre par Résistance	Zigzag + résistance neutre	RN (5–400A)	Courant défaut limité (MHR, MLR)
Mise à Terre par Réactance	Zigzag + réactance neutre	XN (accordé)	Contrôle surtensions transitoires (bobine Petersen)

Dimensionnement & Caractéristiques

• Calibre continu : Typiquement 3–10% de la puissance système MVA (ne porte que courant déséquilibré/3ème harmonique)
• Calibre court-temps : Doit supporter courant défaut terre max pour temps relais (1–10s)
• Impédance : Sélectionnée pour limiter courant défaut au niveau souhaité (ex: 5A, 10A, 400A)
• Classe tension : Correspond tension composé système (ex: 13,8kV, 25kV, 34,5kV)

Applications Typiques

• Usines industrielles (distribution triangle) : 4,16kV/13,8kV triangle → zigzag pour référence terre
• Parcs éoliens/solaires : Sortie onduleur (triangle) → transformateur mise à terre → réseau collecte
• Alimentation auxiliaire poste : Triangle tertiaire → zigzag pour neutre services poste
• Rétrofit systèmes non mis à terre : Convertir non mis à terre → mise à terre haute résistance (MHR)
• Générateurs mobiles : Fournir neutre pour charges 120/208V

Coordination Protection

• 50N/51N (Surintensité terre) : TC sur neutre transformateur mise à terre
• 59N (Déplacement tension neutre) : Détecte défaut terre via décalage neutre
• 67N (Terre directionnel) : Coordination sélective sur départs
• 27/59 (Sous/surtension) : Sur étoile secondaire pour protection charges

Avantages Clés vs Alternatives

Méthode	Avantages	Inconvénients
Transformateur mise à terre	Z₀ faible, piégeage harmoniques, dessert charges	Coût, espace, pertes
Triangle coin mis à terre	Simple, pas cher	V-terre déséquilibrée, problèmes sécurité
Non mis à terre	Pas déclenchement 1er défaut terre	Surtensions transitoires, défaut dur à localiser
Neutre artificiel (3 résistances)	Pas cher	Pas piégeage harmoniques, courant défaut limité

Résumé

Les transformateurs de mise à la terre sont essentiels pour les systèmes triangle et non mis à la terre nécessitant une référence terre. La connexion zigzag est préférée pour sa faible impédance séquence zéro, suppression harmoniques triplens, et compacité. Dimensionnement focalisé sur tenue court-temps défaut, pas charge continue. Application correcte permet protection défaut terre sensible, limite surtensions transitoires, et autorise chargement phase-neutre — critique pour intégration industrielle moderne et énergies renouvelables.