Découvrez la comparaison entre le fil de terre et le fil neutre et pourquoi ce câblage est important pour la sécurité dans les armoires de commande et autres besoins de câblage dans une installation industrielle.
Pour de nombreux ingénieurs mécaniciens et techniciens industriels, le sujet de la mise à la terre et du raccordement peut être déroutant, même avec une expérience considérable dans le domaine. La connaissance des fils de terre et des câbles bénéficie aux ingénieurs de diverses manières. Il est important de comprendre les fils et les câbles pour de nombreux systèmes, y compris les variateurs de fréquence, les moteurs à courant alternatif et les systèmes d’entraînement.
Il existe de nombreuses réglementations et codes relatifs aux fils de terre, c’est donc un sujet important. Le neutre et la terre ont souvent des relations, ce qui peut encore compliquer le sujet. Cet article comparera les deux conducteurs et décrira également quelques fonctions similaires lorsque cela est applicable.
La différence entre les fils de terre et les fils neutres
L’électricité implique toujours le transfert de courant entre une source et une charge, ce qui signifie qu’il doit y avoir un fil pour envoyer l’électricité et un second pour retourner l’électricité.
Figure 1. La mise à la terre dans une zone industrielle peut prévenir les dangers en cas de court-circuit électrique.
Cependant, la plupart des circuits résidentiels et industriels appropriés contiennent un troisième fil (ou un quatrième, voire un cinquième, dans le cas des circuits triphasés). Ce dernier fil, la terre, est un sujet particulièrement déroutant pour ceux qui ne comprennent pas tout l’intérêt de leur existence et de l’utilisation qui en est faite.
Plutôt que de construire jusqu’au point principal de cet article, les quelques points principaux seront décrits en premier, puis expliqués plus en détail.
- Les fils de terre transportent les courants de défaut, ce qui signifie que dans un monde parfait sans défauts, les mises à la terre seraient inutiles.
- La terre est une connexion redondante avec le neutre pour transporter le courant en cas de ces défauts.
- Les fils de terre doivent être au moins aussi gros que les plus gros fils du circuit de dérivation respectif.
Cet article déballera chacun de ces trois points et expliquera comment la terre se compare ou se contraste avec le fil neutre.
Fil de terre et courant de défaut
Il est presque toujours prudent de supposer qu’un fil de mise à la terre vert ou en cuivre nu sera interconnecté entre les circuits et les équipements à l’intérieur de tout établissement correctement câblé.
Ces fils de terre peuvent être contenus dans les prises, tout comme la troisième broche ronde sur une prise de courant alternatif domestique. Dans certains autres cas, des fils permanents seront « liés » aux panneaux de contrôle et aux structures métalliques des équipements à l’intérieur des bâtiments industriels.
La raison de cette connexion omniprésente est de s’assurer que si à un moment donné, pour une raison quelconque, un fil « chaud » sous tension devient effiloché, lâche ou cassé et touche une surface métallique, le courant a immédiatement un chemin de retour vers le panneau source électrique. Ce courant ne sera présent dans le fil de terre que s’il y a un défaut, car ce fil chaud n’est pas censé toucher l’appareil dans des conditions normales. Pour cette raison, il est appelé « courant de défaut ».
Figure 2. L’un des établissements à appareillage isolé au gaz d’ABB est conçu pour une alimentation électrique fiable. Ceci est un exemple d’une installation où la mise à la terre et le câblage de contrôle sont particulièrement importants. Image utilisée avec l’aimable autorisation de ABB
Si nous pouvions garantir qu’aucun courant de défaut ne pourrait jamais apparaître, alors le fil de terre ne serait pas nécessaire, juste coûteux. En réalité, le courant de défaut est rare, donc le fil de terre n’est pas utilisé très souvent. Lorsqu’il est nécessaire, il peut sauver des vies.
S’il n’y avait pas de chemin de retour par le fil de terre, alors l’équipement métallique serait sous tension si ce fil chaud se détachait. La haute tension alimenterait les parties métalliques jusqu’à ce qu’un technicien malheureux touche l’équipement et soit immédiatement choqué ou électrocuté. La mise à la terre n’est pas une suggestion ; c’est nécessaire.
Le neutre et la terre sont des conducteurs redondants
Le but du fil neutre dans un système CA est de fournir un chemin pour les électrons vers et depuis la source d’origine en conjonction avec le fil de ligne « chaud ». Dans un système monophasé, le neutre est critique. Retirer cette ligne créerait un circuit ouvert, et aucune charge ne pourrait être alimentée.
Dans un système triphasé, les trois différentes lignes de « phase » partageront le courant de manière distribuée, et il peut ne pas être nécessaire d’avoir un fil neutre. Un moteur est un exemple de ce type de système avec trois lignes de phase et aucune connexion neutre.
Dans l’un de ces deux systèmes, un fil de terre sera présent. Les fils de ligne et de neutre sont directement connectés au dispositif de charge, et ils sont conçus pour transporter le courant de charge nominal et pas plus. 99,9% de la durée de vie en fonctionnement, le fil de terre restera inutilisé.
Dans le cas rare d’un « défaut à la terre », le fil de terre doit transporter le courant de retour vers la source. Peu importe que le courant soit transporté par un ensemble de fil de ligne/neutre en monophasé ou par trois lignes en triphasé. Encore une fois, le fil de terre doit pouvoir transporter le courant de retour vers la source.
Où se trouve cette source ? Habituellement, la source est le panneau de disjoncteurs principal dans un système résidentiel ou de retour à la source du circuit de dérivation dans un système triphasé plus grand, tant qu’il y a un disjoncteur ou un composant fusible dans cette dérivation.
L’objectif du fil de terre est d’abord d’éliminer la tension accumulée sur l’équipement métallique en cas de défaut, mais finalement de forcer l’ouverture ou la rupture du fusible/disjoncteur, ce qui désexcite le circuit et permet un dépannage en toute sécurité.
Le fil de terre doit être de grand diamètre
Si le but du fil de terre est de permettre à un disjoncteur ou un fusible de s’ouvrir en cas de défaut, alors toute résistance supplémentaire doit être évitée à tout prix.
S’il y a même légèrement trop de résistance dans le circuit, le dispositif de protection contre les surintensités peut ne pas s’ouvrir, alors vous avez un défaut dangereux permanent. Il peut y avoir des cas où une dégradation de l’isolation permet seulement un filet de courant vers la terre, mais ce n’est pas le pire scénario pour la mise à la terre. Nous devons considérer le scénario dans lequel le courant d’alimentation total s’écoule d’un conducteur de ligne cassé directement vers la terre.
Pour garantir une résistance supplémentaire minimale, le fil de terre doit être au moins aussi gros que les conducteurs d’alimentation et de retour. Dans la plupart des cas, les spécifications du fabricant fourniront des indications sur un conducteur de terre ; non seulement la taille et le matériau du fil, mais également les procédures exactes pour relier le fil au métal.
Figure 3. Un conducteur utilisé dans ces applications spécifiques de mise à la terre. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Belden
Les conducteurs de terre sont certainement importants pour la sécurité et le dépannage des pannes. D’expérience, vous pouvez savoir que certains circuits domestiques, en particulier dans les maisons plus anciennes, ne disposent pas d’un fil de terre. Ces circuits sont intrinsèquement moins sûrs et, par conséquent, nous n’aimons pas les rencontrer.
Ils sont généralement autorisés à exister s’ils ne peuvent pas être mis à niveau, mais pas dans les nouvelles constructions. Ces circuits n’ont aucun moyen de faire sauter des disjoncteurs en cas de défauts et ils peuvent être dangereux, surtout autour de l’eau.