Par Jack Smith
Comme promis dans le dernier article, ce « Solid Ground » traite des transformateurs et de la mise à la terre. Commençons tout d'abord par quelques définitions. Les avis divergent sur la définition « officielle » d'un transformateur de « distribution ». Cependant, le Federal Register des États-Unis (Vol. 71, n° 81 ; page 24 995, publié le 27 avril 2006) définit un transformateur de distribution comme un transformateur répondant à tous les critères suivants :
- Possède une tension d'entrée de 34,5 kV ou moins
- Possède une tension de sortie de 600 V ou moins
- Est certifié pour fonctionner à une fréquence de 60 Hz
- Possède une capacité située entre 10 kVA et 2 500 kVA pour les transformateurs immergés dans du liquide ou entre 15 kVA et 2 500 kVA pour les transformateurs de type sec
Cette définition exclut spécifiquement les autotransformateurs ainsi que les transformateurs à entraînement (isolement), de mise à la terre, pour machines-outils (commande) et les transformateurs non ventilés (type sec), parmi bien d'autres.
Bien que vague, cette définition laisse entendre qu'un transformateur de distribution est en général un appareil appartenant au fournisseur d'électricité qu'on trouve dans les sous-stations ou du côté du réseau électrique du service. Nous sommes nombreux à nous souvenir les avoir un jour appelés transformateurs de puissance. La définition actuelle largement acceptée semble être qu'un transformateur de distribution est au service d'un client de fournisseur d'électricité tandis qu'un transformateur de puissance est au service d'une zone.
Tableau électrique
D'après l'article 100 du Code national de l'électricité (NEC), le tableau électrique est le point unique par lequel la puissance électrique entre dans une installation. L'équipement de branchement comprend généralement des disjoncteurs, des interrupteurs, des fusibles ainsi que leurs accessoires et il se connecte au côté de la charge des conducteurs de branchement. Cet équipement de branchement constitue la commande principale et interrupteur d'alimentation électrique, mais il n'inclut pas de compteur.
Selon le NEC, les conducteurs de branchement trouvent leur origine dans le point de service d'alimentation et se terminent sur le côté secteur de l'équipement de branchement. Sont considérés comme des conducteurs d'alimentation les conducteurs et équipements du côté de la charge de l'équipement de branchement, comme les conducteurs secondaires des transformateurs appartenant aux clients, les conducteurs des générateurs, les systèmes UPS ou photovoltaïques (PV) et les conducteurs desservant des structures distantes.
Un système dérivé séparément est « un système de câblage sur site dont la puissance est dérivée d'une source d'énergie électrique autre qu'un branchement. Ces systèmes ne disposent d'aucune connexion électrique directe, ni d'un conducteur de circuit mis à la terre solidement connecté, pour alimenter les conducteurs partant d'un autre système », selon le NEC. Les systèmes dérivés séparément comprennent par exemple les transformateurs dans lesquels l'alimentation (primaire) est isolée de l'alimentation secondaire sauf lorsqu'il s'agit de couplage magnétique, les générateurs (autonomes ou à source d'alimentation alternée) dans lesquels le conducteur mis à la terre (neutre) n'est pas solidement connecté dans le commutateur de transfert, les systèmes de batterie/ondulateur dans lesquels la sortie n'est pas interconnectée, et les systèmes PV hors réseau.
Mise à la terre et liaison
Mettre à la terre signifie connecter quelque chose à la terre. Réaliser une liaison signifie connecter des objets ensemble. Un système dérivé séparément doit être mis à la terre à la source. Les équipements et parties métalliques non porteurs de courant doivent être reliés au point de masse du système dérivé. Relier des équipements métalliques crée un chemin de courant efficace en cas de défaut de terre et met le système électrique à l'abri des risques de chocs et incendies électriques. Une mise à la terre correcte des systèmes dérivés séparément permet de stabiliser la tension entre la phase et la masse. L'article 250 du NEC en général, et en particulier l'article 250-26, traite des exigences nécessaires à la mise à la terre d'un système dérivé séparément.
La mise à la terre correcte d'un transformateur est primordiale. La mise en place d'une connexion à la masse (généralement vers l'acier de construction, qui doit être relié à toutes les conduites d'eau froide) établit une terre de référence. Effectuez une connexion correcte par soudure exothermique, et non pas à l'aide de pinces, qui peuvent se desserrer au fil du temps. Assurez-vous que l'impédance haute fréquence du conducteur de la prise de terre est aussi faible que possible. Les conducteurs larges et plats font preuve d'une réactance inductive moindre à des fréquences plus élevées, c'est pour cela qu'ils sont à privilégier aux conducteurs ronds. La distance entre la liaison neutre-terre (N-T) au niveau du transformateur et de la mise à la terre doit être aussi courte que possible.
Le neutre et la terre doivent être connectés au bus neutre du transformateur. Pour isoler les courants de retour normaux des courants à la terre, il est déconseillé de mettre en place la liaison N-T au niveau du panneau principal. Le bus neutre du transformateur est le seul point du système où le neutre et la terre doivent être reliés.
Identifier les problèmes
Un courant à la terre excessif et des boucles de terre peuvent provoquer un dysfonctionnement de l'équipement, une lecture erronée des instruments et des problèmes de sécurité. Il existe deux causes possibles d'un courant à la terre excessif : des mauvaises liaisons N-T pouvant se manifester dans les sous-panneaux, les prises ou les équipements ; et des piquets de terre « isolés ». Les liaisons N-T du sous-panneau créent un chemin de courant parallèle en permettant au courant de retour normal de revenir via le fil de masse. Cela crée une situation dans laquelle la mise à la terre de sécurité deviendrait le seul chemin de retour si le neutre venait à s'ouvrir. Des tensions dangereuses pourraient se développer si le chemin de retour est de forte impédance.
Les piquets de terre « isolés » séparés sont connus pour créer deux références de terre à potentiels différents. Cette situation entraîne une circulation du courant des boucles de terre visant à égaliser la différence entre les potentiels. Ceci peut entraîner des problèmes intermittents au système et à l'équipement et présenter des risques pour la sécurité et l'équipement.
L'inspection de la mise à la terre des transformateurs doit faire partie intégrante de votre maintenance courante. Vous trouverez ci-dessous quelques points à inspecter lors de la vérification des mises à la terre des transformateurs :
- Vérifiez l'intégrité de la liaison N-T à l'aide d'un testeur d'impédance de terre de haute qualité ; une liaison N-T à haute impédance peut provoquer une fluctuation de la tension
- Vérifiez l'intégrité du fil de masse et sa connexion à l'acier de construction à l'aide d'un testeur d'impédance de terre de haute qualité : les courants de défaut retournent vers la source via ces connexions, leur impédance doit être aussi basse que possible
- Mesurez le courant à la terre au niveau du fil de masse à l'aide d'une pince multimètre de haute qualité ; un résultat supérieur à 1 A laisse présager un problème
La mise à la terre est fondamentale à la sécurité et à la fiabilité de votre installation. Cependant, il peut être difficile de comprendre les concepts clés d'une mise à la terre correcte et les exigences du NEC. Ne laissez rien au hasard. En cas de doute, contactez les collectivités locales compétentes qui vous assisteront.
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Comme toujours, n'hésitez pas à me contacter par e-mail sur jacksmith.writes@gmail.com avec vos commentaires et suggestions. Si je n'ai pas la réponse, je la trouverai.
En attendant le prochain article de « Solid Ground », gardez les pieds sur terre !