Système de mise à la terre des sous-stations : conception de la grille, tension de contact et essais

A système de mise à la terre de poste électrique est le réseau interconnecté de conducteurs enterrés, de piquets ou d'électrodes de terre, de liaisons d'équipements, de structures, de clôtures, de neutres, de blindages de câbles et de traitement de surface qui fournit un chemin contrôlé pour les courants de défaut et de foudre tout en limitant les tensions de contact et de pas dangereuses. Une bonne mise à la terre n'est pas obtenue en recherchant une seule valeur de résistance basse. La conception doit tenir compte du courant maximal de la grille, de la durée du défaut, de la résistivité et de la stratification du sol, de la charge thermique du conducteur, de la géométrie de la grille, des potentiels transférés, de l'exposition humaine, de la corrosion et de l'élimination des protections. Une étude de mise à la terre qualifiée et la norme régissant le projet sont requises avant la construction.

Ce que la grille de mise à la terre doit accomplir

Lors d'un défaut à la terre, le courant pénètre dans le système de mise à la terre et élève le réseau de la sous-station au-dessus de la terre éloignée. Cette élévation du potentiel du réseau est inévitable ; la tâche de sécurité consiste à maintenir les différences de tension qu'une personne peut ponter dans les limites des critères de conception et à garantir que les conducteurs survivent à l'événement. La liaison des parties conductrices exposées les maintient près d'un potentiel commun, tandis que la géométrie enfouie et le matériau de surface façonnent le gradient de tension.

Norme IEEE 80 fournit des directives pour la sécurité de la mise à la terre des postes électriques à courant alternatif. L'édition actuelle et les exigences locales doivent être confirmées pour chaque projet. Les projets basés sur la CEI peuvent utiliser d'autres méthodes. Un espacement de grille copié ou une règle telle que “ un piquet à chaque coin ” n'est pas une conception.

Principales parties d'un système de mise à la terre de sous-station

Données requises pour une étude de mise à la terre

Modèle de résistivité du sol

Mesurer la résistivité du sol à l'aide d'espacements de sondes et d'emplacements de sites appropriés. Une seule lecture ne peut pas décrire un terrain stratifié, rocheux, remblayé, humide ou changeant selon les saisons. L'étude convertit les données de terrain en un modèle de sol et enregistre l'incertitude. Les mesures prises après l'importation de remblais conducteurs ou lors d'une condition d'humidité inhabituelle peuvent ne pas représenter le site final.

Courant de défaut et temps d'élimination

Le calcul du courant de la grille ne correspond pas simplement à la capacité de court-circuit de l'appareillage. Il prend en compte la portion du courant de défaut à la terre qui entre dans la grille, les chemins de retour par les câbles de garde aériens, les neutres, les gaines de câbles, les systèmes de mise à la terre adjacents et l'emplacement du défaut. Le temps de déclenchement de la protection affecte à la fois l'échauffement des conducteurs et l'exposition admissible. Utilisez les études de court-circuit et de protection approuvées.

Géométrie et exposition du site

Prévoir la clôture, les portails, les routes, le bâtiment de commande, les fondations des équipements, les tranchées de câbles, les rails, les canalisations, les chemins de câbles de télécommunications, les lignes d'arrivée, les bâtiments voisins et les zones accessibles au public. L'exposition aux tensions de contact et de pas sur le périmètre peut régir la conception, même si les valeurs près des équipements principaux sont acceptables.

Tension de contact, de pas, de maille et transmise

Tension de contact est la différence de potentiel qu'une personne peut établir entre un objet mis à la terre et la surface sous ses pieds. Tension de pas est la différence de surface entre deux pieds. La tension de maillage est une exposition au toucher calculée au sein d'un maillage de terre. Potentiel transféré se produit lorsqu'un conducteur, un blindage, un tuyau, un rail ou un neutre transporte le potentiel du poste vers un autre emplacement — ou importe un potentiel distant dans la zone.

Les potentiels transférés nécessitent une révision des interfaces, et non seulement un calcul de grille locale. Les conduites d'eau métalliques, les blindages de câbles de télécommunications, les neutres BT, les extensions de clôtures et les panneaux distants peuvent créer des chemins inattendus. L'isolement, la liaison équipotentielle, la protection contre les surtensions ou les mesures de contrôle du gradient doivent être conçus pour le système réel.

Processus de conception

1. Définir le site, les normes applicables, les critères de sécurité, les scénarios de défaillance et les zones accessibles.
2. Mesurer la résistivité du sol et développer le modèle de sol justifié.
3. Déterminer le courant de réseau et le temps d'élimination à partir des études de réseau.
4. Sélectionner le matériau et la section du conducteur en fonction des exigences thermiques, mécaniques, de corrosion et de durée de vie.
5. Créer une géométrie de grille initiale autour des équipements, des structures, de la clôture et des zones d'exploitation.
6. Modéliser l'élévation du potentiel de grille ainsi que les tensions de contact, de pas et de maille.
7. Modifiez l'espacement des conducteurs, les tiges, le contrôle du périmètre, le matériau de surface et les liaisons lorsque les critères ne sont pas respectés.
8. Vérifier les potentiels transférés, la protection contre la foudre, les neutres, les écrans de câbles et les réseaux utilitaires avoisinants.
9. Émettre des plans d'exécution coordonnés, des détails d'assemblage, des spécifications de matériaux et des points d'inspection.
10. Vérifiez le système installé avant l'enfouissement et effectuez les tests de mise en service spécifiés.

Détails de liaison des équipements

Les cuves de transformateurs, les radiateurs le cas échéant, les armoires de raccordement, les châssis d'appareillage, les manœuvres, les boîtes à câbles, les parafoudres, les structures en acier, l'acier du bâtiment de commande, les chemins de câbles métalliques, les clôtures, les portails et les systèmes auxiliaires doivent être dotés de liaisons équipotentielles définies. Une simple mise en cascade en guirlande peut rendre l'équipement aval dépendant d'un seul raccordement ; les éléments critiques peuvent nécessiter deux connexions indépendantes à des points de grille différents.

Les connexions de mise à la terre du neutre transportent le courant du réseau lors de défauts spécifiques et ne doivent pas être traitées comme des liaisons d'équipements ordinaires. Leur cheminement, la position des transformateurs de courant (TC), les chemins parallèles et la connexion au réseau affectent la protection. Coordonnez le neutre du transformateur, la résistance ou la réactance de mise à la terre, les services auxiliaires de la station et les dispositions du neutre BT avec l'étude de protection.

Qualité de construction avant remblayage

La grille enterrée devient difficile à inspecter une fois que les travaux de génie civil avancent. Établissez des points d'arrêt pour la profondeur et le cheminement des conducteurs, la méthode de raccordement, l'installation des piquets, les interfaces avec les fondations, l'emplacement des remontées, la compatibilité des matériaux et les dossiers photographiques. Protégez les conducteurs contre les dommages liés aux travaux de bétonnage et aux excavations. Maintenez les connexions propres et réalisez-les selon un procédé qualifié.

Mettez à jour les coordonnées de récolement lorsque le tracé change autour des fondations ou des réseaux. Un plan qui montre la conception mais pas les écarts par rapport au terrain affaiblit les futurs essais et la sécurité des excavations. Enregistrez chaque point de test accessible et chaque étiquette de liaison d'équipement.

Mise en service et évaluation de l'état

La mise en service peut inclure une inspection visuelle, des tests de continuité de la grille et des liaisons des équipements, la vérification du cheminement des conducteurs avant l'enfouissement, des mesures de sol ou de système, ainsi que des tests d'intégrité spécialisés. Une simple mesure par pince sur une seule liaison ne prouve pas la sécurité de l'ensemble de la grille. Les méthodes de test, les limites, l'injection de courant, les sondes distantes et l'interprétation dépendent du système et de la norme.

L'EPRI a mené des recherches évaluation de l'état de la grille de terre de la sous-station, ce qui témoigne de la difficulté d'évaluer les systèmes enterrés. En service, inspectez la corrosion, les ruptures de liaisons des grilles flexibles, les dommages de construction, l'équipement ajouté sans liaisons, les joints accessibles desserrés, les modifications de clôture et les modifications de génie civil. Revoyez l'étude lorsque les niveaux de défaut, les temps d'élimination, l'emprise, le sol ou les systèmes métalliques connectés changent de manière significative.

Interpréter les mesures de manière responsable

Les résultats des tests dépendent des chemins actuels, du placement des sondes, des neutres et blindages connectés, de l'état du sol, des interférences et de la méthode utilisée par l'instrument. Comparez les mesures avec le modèle d'étude et les tests antérieurs réalisés dans des conditions similaires. Une valeur inattendue doit déclencher un examen de la configuration et de la disposition de la grille avant toute excavation. Inversement, une seule mesure de résistance globale satisfaisante ne peut pas clore un défaut impliquant une liaison d'équipement rompue ou un gradient de périmètre dangereux.

Mise à la terre et sécurité des travailleurs

Une grille de mise à la terre permanente n'élimine pas la nécessité d'isoler, de vérifier l'absence de tension et de recourir à une mise à la terre de protection temporaire pendant les travaux. Elle ne garantit pas non plus une tension nulle en cas de défaut. Selon l'OSHA, ressources en matière de sécurité électrique fournir un contexte réglementaire aux États-Unis. La commutation, les zones de travail équipotentielles, la tension induite et les mises à la terre temporaires nécessitent des procédures spécifiques au site.

Erreurs courantes de mise à la terre

• Utiliser la résistance de terre comme seul critère de recette.
• En supposant un sol uniforme sans mesures de terrain adéquates.
• Utilisation du calibre de défaut de l'équipement comme courant de réseau sans analyse de répartition du courant.
• En faisant abstraction de la clôture, du portail, des pupitres de commande, des tuyaux, des chemins de câbles et des neutres BT.
• Modification des tracés de câbles pendant les travaux de génie civil sans étude technique.
• Enterrage des raccordements avant inspection et preuve photographique.
• Ajout d'équipements ultérieurement sans mise à jour des liaisons équipotentielles et de l'étude de mise à la terre.
• En supposant qu'une couche de pierre de surface conserve de manière permanente ses propriétés électriques d'origine.

Mise à la terre pour postes électriques préfabriqués

Pour un poste préfabriqué ou compact, le fournisseur doit identifier les points de liaison équipotentielle de l'enveloppe, les liaisons de la cuve du transformateur, les liaisons des tableaux HTA/BT, le raccordement du neutre, les raccordements des écrans de câbles, la section des conducteurs internes et l'interface avec le réseau externe. L'ingénieur projet reste responsable de l'intégration de l'ensemble dans l'étude de mise à la terre du site.

Examen de Shenheng sous-station compacte extérieure 11/33 kV. Les pages de planification complémentaires incluent guide de fondation de poste électrique compact, mise en service d'un poste électrique, et liste de contrôle pour la maintenance des sous-stations.

Vidéo pédagogique : tension de pas et de contact

Cette vidéo éducative indépendante illustre la mise à la terre, la tension de pas et la tension de contact. Elle est de nature conceptuelle et ne remplace pas une étude de mise à la terre.

Limite d'acceptation Le système de mise à la terre achevé doit être accepté au regard de l'étude technique, des plans approuvés, des exigences relatives aux matériaux et aux raccordements, des inspections de construction, du dossier de récolement et des essais spécifiés. Une cible générique copiée d'un autre sous-poste ne peut pas tenir compte du sol de ce site, de la répartition du courant de défaut, du temps d'élimination, des zones accessibles ou des potentiels transférés. Les écarts non résolus nécessitent une décision technique avant la mise sous tension.

FAQ sur le système de mise à la terre des sous-stations

Quelle est une bonne résistance de terre pour un poste électrique ?

Aucune valeur de résistance unique ne prouve la sécurité. La conception doit répondre aux exigences de tension de contact, de tension de pas, thermiques et du projet pour les conditions réelles de défaut et de sol.

Pourquoi utilise-t-on de la concassée dans les sous-stations ?

Une couche superficielle à haute résistivité appropriée peut augmenter la résistance au contact des pieds et réduire le courant traversant le corps, mais les propriétés des matériaux, l'épaisseur, l'humidité, la contamination et la maintenance ont de l'importance.

Chaque élément a-t-il besoin de deux connexions à la terre ?

Les exigences dépendent de l'article, de la norme, de la pratique du propriétaire et de l'objectif de fiabilité. Les équipements principaux utilisent souvent plusieurs chemins délibérés ; les plans doivent les définir.

Quand l'étude de mise à la terre doit-elle être mise à jour ?

Mettez-le à jour lorsque le courant de défaut, le temps d'élimination, la géométrie du site, l'équipement, la clôture, les conditions du sol ou les systèmes métalliques connectés changent de manière significative.

Les tests de continuité peuvent-ils prouver que le réseau est sûr ?

Non. Il vérifie les chemins conducteurs sélectionnés mais ne prouve pas à lui seul la performance du sol, la distribution du courant ou des tensions de contact et de pas acceptables.