Le phénomène de surtension est très courant dans les systèmes d’alimentation électrique. En l’absence de mesures préventives, il peut survenir à tout moment. De nombreux facteurs peuvent provoquer des surtensions dans le réseau électrique, notamment principalement les surtensions résonantes, les surtensions de manœuvre et les surtensions dues à la foudre.
La surtension résonnante se produit à haute fréquence et présente un risque important pendant le fonctionnement normal. Dès qu’une surtension apparaît, elle endommage souvent les équipements électriques et peut même provoquer des coupures de courant à grande échelle. En général, la plupart des accidents de surtension dans les réseaux électriques moyenne et basse tension sont causés par des phénomènes de résonance.
Dans les réseaux électriques moyenne et basse tension destinés à la production et à l’exploitation d’énergie, les défauts prennent diverses formes et modes de fonctionnement, et leurs propriétés de résonance varient également. Il est donc nécessaire de bien connaître les propriétés et caractéristiques des différents types de résonances, de maîtriser les propriétés et caractéristiques de leurs oscillations, et d’élaborer des contre-mesures ainsi que des mesures de prévention et d’amortissement des vibrations. Actuellement, la plupart des réseaux de distribution chinois de 35 kV et moins continuent de fonctionner selon un mode où le point neutre n’est pas mis à la terre, tandis que certains utilisent encore des bobines de suppression d’arc (harmoniques) obsolètes pour la mise à la terre. L’expérience a démontré que, dans les systèmes à point neutre isolé, d’une part, de nombreuses surtensions dues à la résonance ferromagnétique sont provoquées par la saturation du noyau du transformateur de tension. Bien que de nombreuses mesures aient été prises pour limiter ces surtensions résonantes — telles que l’utilisation de lampes harmoniques, d’éliminateurs harmoniques, l’ajout de résistances au point neutre haute tension des transformateurs de tension ou encore l’emploi d’un seul transformateur de tension — le problème n’a pas été fondamentalement résolu. Les brûlures de transformateurs de tension et la fusion des fusibles se poursuivent. D’autre part, la caractéristique principale du mode de fonctionnement à point neutre isolé réside dans le fait qu’après une mise à la terre monophasée, le système peut continuer à fonctionner pendant une certaine durée, généralement
Par conséquent, un dispositif de compensation de mise à la terre fondé sur le principe du réglage automatique peut être utilisé pour résoudre efficacement de tels problèmes grâce aux modes de fonctionnement suivants : compensation excessive, compensation totale et compensation insuffisante. Actuellement, le dispositif automatique de compensation de mise à la terre se compose principalement de cinq parties : transformateur de mise à la terre, bobine d’extinction d’arc, partie de commande par micro-ordinateur, partie de résistance d’amortissement, transformateur dédié au point neutre et résistance non linéaire. Le transformateur de mise à la terre est connecté à la bobine d’extinction d’arc afin de constituer un point neutre artificiel. Le courant circulant dans la bobine d’extinction d’arc est ajusté à l’aide d’un interrupteur sous charge et contrôlé à distance de façon automatique. La méthode de préréglage est appliquée, ce qui signifie qu’en conditions normales de fonctionnement, la prise de la bobine d’extinction d’arc est ajustée en continu, à tout moment, vers la position optimale en fonction des variations des paramètres du réseau électrique. Le suivi automatique et le réglage automatique sont assurés par un contrôleur à micro-ordinateur. En mesurant la phase entre la tension de déplacement et les courants et tensions aux points neutre et principal, il est possible de calculer avec précision, d’analyser et d’émettre des ordres d’ajustement automatique, tout en affichant les paramètres pertinents tels que le courant capacitif, le courant inductif, le courant résiduel et la tension de déplacement. Ce dispositif permet également de mémoriser les données, d’émettre des alarmes, d’imprimer automatiquement et d’envoyer à distance des signaux, répondant ainsi aux exigences des postes sources sans personnel.
L’appareil automatique de réglage et de compensation par mise à la terre permet d’atteindre un fonctionnement à compensation totale ou un désaccord très faible, principalement parce qu’une résistance amortissante de forte puissance est connectée en série dans le circuit primaire de la bobine d’extinction d’arc, réduisant ainsi l’amplitude de la surtension résonnante au point neutre à 5 %–10 % de la tension de phase. En effet, si le courant capacitif du système est égal au courant de fonctionnement de la bobine d’extinction d’arc, c’est-à-dire si la tension au point neutre reste inférieure à la valeur admissible pendant la résonance, la méthode de compensation totale peut être appliquée : il s’agit alors du mode de fonctionnement optimal, caractérisé par un courant résiduel minimal. Lors d’un défaut de mise à la terre, le courant résiduel est très faible et ne provoque pas de surtension d’arc. Ainsi, une résistance amortissante de forte puissance peut être connectée en série dans le circuit primaire de la bobine d’extinction d’arc afin d’accroître le taux d’amortissement. Le taux de désaccord de la bobine d’extinction d’arc dépend de la tension et du taux d’amortissement du réseau électrique. Lorsque le réseau électrique est constitué, sa tension asymétrique est essentiellement fixe. Pour garantir une suppression efficace de la surtension d’arc lors d’un défaut de terre monophasé, le taux de désaccord de la bobine d’extinction d’arc doit se situer dans la fourchette ± 5 %. Par conséquent, seul le changement du taux d’amortissement permet de modifier la tension de déplacement. Il convient donc de connecter une résistance en série dans le circuit de la bobine d’extinction d’arc afin d’assurer le taux d’amortissement requis et de contrôler la tension de déplacement du point neutre. Dans les réseaux électriques basse tension, en raison de la faible tension asymétrique au point neutre, un transformateur spécifique dédié au point neutre est utilisé pour améliorer la précision des mesures et renforcer la sensibilité de détection ; l’utilisation de résistances non linéaires exerce un effet de suppression notable sur les surtensions causées par la rupture de conducteur et la transmission sous régime de surcompensation.