Tous les sites miniers disposent de systèmes électriques mis à la terre de façon à diriger sans danger le courant vers la terre ou le neutre du transformateur en cas de foudre, de surtension ou de défaut de terre au niveau d'un équipement. Il est fréquent que les codes électriques et les normes techniques ou nationales spécifient la résistance minimale des prises de terre afin de garantir la fiabilité du raccordement. Cette note d'application présente comment l'un des leaders mondiaux dans l'exploitation et l'exploration minières utilise les testeurs Fluke de mise à la terre afin de maintenir la sécurité sur le terrain.
La compagnie Rio Tinto est l'un des leaders mondiaux de l'exploitation et l'exploration minières. L'entreprise cherche, exploite et traite les ressources minérales de la terre, à savoir les métaux et les minéraux essentiels à la fabrication de milliers de produits du quotidien qui répondent aux besoins de la société et contribuent à améliorer la qualité de vie.
Ces produits incluent l'aluminium, les diamants, les produits d'énergie, l'or, les minéraux industriels et le minerai de fer.
L'entreprise étend ses activités dans le monde entier et est particulièrement présente en Australie et en Amérique du Nord, avec d'importantes activités également en Amérique du Sud, en Asie, en Europe et dans le sud de l'Afrique.
La région de Pilbara
Depuis plus de quarante années, Rio Tinto fait preuve d'innovation et stimule la croissance dans la région de Pilbara.
Les exploitations de minerai de fer de Rio Tinto dans le Pilbara se sont développées pour atteindre une capacité annuelle de 220 millions de tonnes, et l'entreprise projette de se développer davantage. Avec son réseau de 12 mines, trois terminaux d'expédition et le plus large réseau privé de trains de fret d'Australie, les exploitations de l'entreprise dans le Pilbara constituent une grande partie des activités mondiales liées au minerai de fer. Ces exploitations ont commencé en 1966 et se sont développées pour répondre aux besoins croissants de l'industrie sidérurgique dans le monde.
Rio Tinto est un gestionnaire de biens de renommée mondiale qui gère et entretient les installations minières, ferroviaires, électriques et portuaires dans le Pilbara au nom des propriétaires des biens Hamersley Iron et Robe River.
Systèmes de mise à la terre
Effectuer des tests de mise à la terre régulièrement est une pratique très importante pour les entreprises minières comme Rio Tinto. Outre la protection des personnes et des équipements, le but d'une mise à la terre est de fournir une voie sécurisée pour la dissipation des courants de défaut, de la foudre, des surtensions transitoires, des décharges d'électricité statique et des signaux et interférences EMI et RFI.
Une mise à la terre est une connexion conductrice, intentionnelle ou accidentelle entre un circuit ou un équipement électrique et la terre ou un corps conducteur faisant office de terre. Elle permet de stabiliser la tension à la terre dans des conditions de fonctionnement normales et de limiter les hausses de tension générées par la foudre, les surtensions au sein du circuit ou des contacts accidentels avec des lignes à haute tension.
En cas de court-circuit ou si la foudre s'abat à proximité de la zone minière, une prise de terre de faible impédance facilitera l'acheminement de l'énergie en direction de la terre. Le maintien du gradient de potentiel à un niveau faible permet de minimiser les dommages.
Sans système de mise à la terre efficace, les employés seraient exposés à des risques d'électrocution, sans parler des erreurs d'instrumentation, des problèmes de distorsion harmonique, des problèmes de facteur de puissance et de toute une série de problèmes intermittents possibles. Si les courants de défaut ne peuvent s'échapper vers la terre par l'intermédiaire d'un système de mise à la terre correctement conçu et entretenu, ils trouveront d'autres moyens, qui peuvent inclure les personnes.
Une mise à la terre incorrecte entraîne des temps d'arrêt superflus. Elle représente un grave danger et augmente le risque de panne de l'équipement. Un système de mise à la terre efficace augmente la fiabilité de l'équipement et réduit l'éventualité de dommages occasionnés par des éclairs ou des courants de défaut.
Nécessité des tests de mise à la terre
Au fil du temps, les sols corrosifs à forte teneur en humidité, à forte teneur en sel et à températures élevées peuvent endommager les piquets de terre et leurs raccordements. Il est possible que de précédents courts-circuits aient fait fondre des connexions qui ne sont pas facilement visibles. Ainsi, la résistance d'un système de mise à la terre qui présentait de faibles valeurs de résistance de terre lors de son installation initiale peut augmenter si les piquets de terre sont dégradés par la corrosion ou par des coupures des fils d'interconnexion et des changements dans la nappe phréatique.
La résistance de terre est la résistance de la terre au passage du courant électrique. Les résultats des tests indiquent la résistance des tiges de terre avec les fils de connexion, qui doit être inférieure à 1 ohm dans le cas des installations de Rio Tinto. La résistivité désigne la capacité d'un matériau à conduire le courant, une propriété complexe à mesurer dans la terre puisqu'elle est affectée par plusieurs facteurs, y compris la composition du sol, la teneur en minéraux, la température et la profondeur.
Les problèmes électriques intermittents sur un site minier peuvent être liés à une mise à la terre incorrecte et à une qualité insuffisante du réseau électrique.
C'est la raison pour laquelle nous recommandons vivement la vérification de l'ensemble des prises de terre et des raccords de terre lors de l'installation et au moins une fois par an. Lors de ces vérifications périodiques, si une augmentation de résistance de plus de 20 % est détectée, le technicien doit identifier la source du problème et réduire la résistance en remplaçant ou en ajoutant des piquets de terre au système de mise à la terre.
Rio Tinto effectue des tests de mise à la terre régulièrement pour assurer le fonctionnement en toute sécurité de la mine. Cela constitue la première ligne de défense. La capacité à détecter et surveiller les raccords de terre peut fournir des données indispensables qui permettront de procéder à des évaluations de risques appropriées aux exploitations minières.
Les masses anodiques apportent une mise à la terre de sécurité aux équipements électriques miniers. L'objectif est d'obtenir la valeur de résistance de terre la plus faible qu'il est raisonnablement possible d'obtenir sur le plan économique et sur le plan physique. Idéalement, la terre doit présenter une résistance de zéro ohm.
David Oxley, responsable de l'électricité dans le département d'assurance de la fiabilité sur le site de Rio Tinto à Cape Lambert dans la région de Pilbara, supervise ces inspections.
Il explique : « nous devons nous assurer que la mise à la terre est optimale sur toutes les sous-stations et que nous respectons les règles statutaires sur site ».
David Oxley et son équipe effectuent régulièrement des contrôles de leurs sous-stations.
Procédure
Grâce aux instruments spécialisés, il est facile pour les équipes d'entretien et de sécurité de mesurer la résistance de terre et de résoudre les problèmes.
Chez Rio Tinto, le Fluke 1625 est utilisé pour mesurer la capacité du système de mise à la terre aux sous-stations.
Mesure de la résistance de terre : mesure de la chute de potentiel
La méthode classique de test de chute de potentiel est utilisée sur les installations de Rio Tinto à Cape Lambert pour mesurer la capacité d'un système de mise à la terre ou d'une prise individuelle pour disperser l'énergie d'un site.
Généralement, la prise de terre concernée doit d'abord être déconnectée du site. Puis le testeur est branché à la prise de terre. Ensuite, pour effectuer le test de chute de potentiel à 3 pôles, deux piquets de terre doivent être placés dans le sol en ligne droite à distance de la prise de terre, en général avec un espace de 20 mètres. En utilisant le Fluke 1625 pour générer un courant entre les deux piquets de terre extérieurs (le piquet de terre auxiliaire et la prise de terre), la chute de potentiel de tension est mesurée entre les deux piquets de terre intérieurs. Le testeur Fluke calcule automatiquement la résistance de terre en utilisant la loi d'Ohm (V = IR).
Les mesures de résistance de terre sont souvent corrompues par l'existence de courants à la terre et de leurs harmoniques. Pour éviter ce phénomène, le Fluke 1625 utilise un système de contrôle automatique des fréquences. Il sélectionne automatiquement la fréquence de test avec le plus faible niveau de bruit, de manière à vous permettre d'obtenir une valeur de terre précise.
Gagner du temps grâce au test sélectif
Le Fluke 1625 est un testeur de terre particulier. Il permet non seulement de mesurer la résistance de terre au moyen du test de chute de potentiel standard, mais il offre également un gain de temps lors de ces mesures, grâce à la méthode sélective. Avec la méthode sélective, l'électrode à tester ne doit pas être déconnectée lors de la mesure, ce qui garantit une sécurité accrue.
La méthode sélective permet de mesurer la résistance d'une prise de terre spécifique sans qu'il soit nécessaire de la dissocier du réseau ou du système de distribution de la structure. Cela signifie que les risques sont minimisés puisqu'il n'existe pas de risque de déconnecter la prise de terre d'un système sous tension.
Avec la mesure sélective, deux piquets de terre doivent être placés dans le sol en ligne droite, à une distance de 20 mètres de la prise de terre. Le Fluke 1625 est alors connecté à la prise de terre en question, ce qui présente l'avantage majeur de ne pas avoir à déconnecter le branchement au site.
À la place, une pince spéciale est placée autour de la prise de terre ce qui supprime les effets de résistances parallèles dans le système mis à la terre et permet que seule la prise testée soit mesurée. Un courant connu est généré par le Fluke 1625 entre le piquet externe et la prise de terre, pendant que la chute du potentiel de tension est mesurée entre le piquet interne et la prise de terre. Seul le courant circulant dans la prise de terre est mesuré à l'aide de la pince. Le courant généré circule également dans d'autres résistances parallèles, mais seul le courant traversant la pince est utilisé pour calculer la résistance.
« Le Fluke 1625 nous a également permis d'effectuer des tests en n'ayant à mettre hors tension aucune de nos 20 sous-stations. Cette fonctionnalité a minimisé les temps d'arrêt et nous a donné la liberté de tester toutes les sous-stations à tout moment. »
Steve Hood, directeur général de Fluke Australia, explique : « le Fluke 1625 est destiné aux installations électriques ou à d'autres environnements à haute énergie, car il garantit davantage de souplesse pour les applications les plus exigeantes. »
« Dans ces circonstances, pour Rio Tinto, la méthode sélective est beaucoup plus sécurisée et facile pour tester la mise à la terre puisqu'il n'est pas nécessaire de déconnecter ou mettre hors tension aucune des sous-stations pour effectuer ce test. Les tests de mise à la terre effectués garantissent un environnement de travail sécurisé pour les employés et optimisent les profits pour les investisseurs en fonctionnant de manière responsable et sans temps d'arrêt. »
David déclare : « l'équipe a appris comment utiliser l'outil Fluke 1625 presque instantanément. Fluke s'est assuré de répondre à nos exigences et besoins en nous proposant de nombreuses formations ainsi qu'une assistance. Cet outil est désormais indispensable à notre travail dans les mines ».