Quels sont les avantages de l'utilisation d'un système de mise à la terre commun dans la distribution d'énergie et quelles précautions doit-on prendre

Qu'est-ce que le Mise à la Terre Commune?

La mise à la terre commune fait référence à la pratique où la mise à la terre fonctionnelle (de travail), la mise à la terre de protection des équipements et la mise à la terre de protection contre la foudre partagent un seul système d'électrodes de mise à la terre. Alternativement, cela peut signifier que les conducteurs de mise à la terre de plusieurs appareils électriques sont connectés ensemble et reliés à une ou plusieurs électrodes de mise à la terre communes.

1. Avantages de la Mise à la Terre Commune

• Système plus simple avec moins de conducteurs de mise à la terre, facilitant l'entretien et l'inspection.

• La résistance de mise à la terre équivalente de plusieurs électrodes de mise à la terre connectées en parallèle est inférieure à la résistance totale de systèmes de mise à la terre séparés et indépendants. Lorsque l'acier structurel du bâtiment ou les armatures sont utilisés comme électrode de mise à la terre commune—en raison de sa résistance intrinsèquement faible—les avantages de la mise à la terre commune deviennent encore plus prononcés.

• Fiabilité accrue : si une électrode de mise à la terre tombe en panne, les autres peuvent compenser.

• Réduction du nombre d'électrodes de mise à la terre, diminuant les coûts d'installation et de matériel.

• En cas de défaillance d'isolation provoquant un court-circuit phase-châssis, un courant de défaut plus important circule, assurant le bon fonctionnement rapide des dispositifs de protection. Cela réduit également la tension de contact lorsque le personnel touche l'équipement défectueux.

• Atténue les dangers dus aux surtensions de foudre.

Théoriquement, pour prévenir les retours de foudre, la mise à la terre de protection contre la foudre devrait être maintenue à une distance sûre des structures du bâtiment, des équipements électriques et de leurs systèmes de mise à la terre. Cependant, dans la pratique, ceci est souvent impraticable. Les bâtiments ont généralement de nombreuses lignes d'approvisionnement (électricité, données, eau, etc.) réparties sur de vastes zones. En particulier, lorsque les armatures en béton armé sont utilisées comme conducteurs de protection contre la foudre cachés, il devient presque impossible d'isoler électriquement le système de protection contre la foudre des tuyauteries du bâtiment, des boîtiers d'équipement ou de la mise à la terre du système électrique.

Dans ces cas, la mise à la terre commune est recommandée—connectant le neutre du transformateur, toutes les mises à la terre fonctionnelles et de protection des équipements électriques, et le système de protection contre la foudre au même réseau d'électrodes de mise à la terre. Par exemple, dans les immeubles de grande hauteur, l'intégration de la mise à la terre électrique avec le système de protection contre la foudre forme efficacement une cage de Faraday à l'aide du cadre en acier interne du bâtiment. Tous les équipements électriques internes et les conducteurs liés à cette cage sont ainsi protégés des différences de potentiel et des retours de foudre induits par la foudre.

Par conséquent, lors de l'utilisation de la structure métallique d'un bâtiment pour la mise à la terre, la mise à la terre commune pour plusieurs systèmes n'est pas seulement réalisable mais avantageuse, à condition que la résistance de mise à la terre totale soit maintenue en dessous de 1 Ω.

2. Considérations Clés pour la Mise à la Terre Commune

Nature des courants de mise à la terre:
Le risque associé à l'augmentation du potentiel de sol (GPR) dépend de l'amplitude, de la durée et de la fréquence des courants de mise à la terre. Par exemple, les paratonnerres ou les tiges de paratonnerre peuvent transporter des courants très élevés pendant un coup de foudre, mais ces événements sont brefs et rares—le GPR résultant pose donc un risque limité.

Cependant, la résistance de mise à la terre commune doit satisfaire l'exigence la plus stricte parmi tous les systèmes connectés, idéalement ≤1 Ω.

Dans les systèmes de distribution basse tension avec des neutres solidement mis à la terre, l'électrode de mise à la terre commune peut transporter des courants de fuite continus de toutes les charges connectées, formant des courants de circulation au sol. Si la résistance de mise à la terre dépasse les limites de sécurité, elle peut mettre en danger les équipements et le personnel.

De plus, avec l'utilisation généralisée des ordinateurs et des équipements électroniques sensibles, la mise à la terre filtrante est souvent requise. Les grands filtres EMI/RFI ligne-sol introduisent des courants de fuite capacitifs importants vers la terre, qui contribuent également au courant total au sol.

Impact de l'augmentation du potentiel de sol sur les équipements connectés:
Prenons l'exemple d'une sous-station compacte intérieure. Traditionnellement, le neutre du transformateur, l'enveloppe métallique et le châssis des équipements de charge étaient tous connectés à une mise à la terre commune. Pendant ce temps, les paratonnerres étaient souvent dotés d'une mise à la terre séparée pour éviter une augmentation dangereuse du potentiel pendant le déchargement.

Cependant, si un équipement de charge développe une défaillance d'isolation et laisse passer un courant, l'ensemble du courant de boucle de défaut circule à travers l'électrode de mise à la terre commune, augmentant le potentiel local du sol—et par conséquent, la tension de l'enveloppe du disjoncteur. Si le personnel d'entretien ouvre la porte du cabinet dans ces conditions, il risque un choc électrique. De tels incidents se sont produits à plusieurs reprises.

Par conséquent, la pratique moderne isole souvent la mise à la terre fonctionnelle (par exemple, le neutre du transformateur) de la mise à la terre de protection et de la mise à la terre de protection contre la foudre dans les sous-stations intérieures—même si cela augmente la complexité de l'installation.

3. Normes et Réglementations Pertinentes (Chine)

• Selon les normes actuelles de l'industrie électrique chinoise:

• Pour les installations électriques de Classe B, si le transformateur de distribution alimentant n'est pas situé dans un bâtiment contenant des équipements de Classe B, et que son côté haute tension fonctionne dans un système non mis à la terre, mis à la terre par une bobine de Petersen (bobine d'extinction d'arc) ou mis à la terre à haute résistance, alors la mise à la terre de travail du système basse tension peut partager la même électrode de mise à la terre que la mise à la terre de protection du transformateur, à condition que la résistance de mise à la terre satisfasse R ≤ 50/I (Ω) et R ≤ 4 Ω.

• Pour les installations électriques de Classe A fonctionnant dans des systèmes effectivement mis à la terre, la mise à la terre de travail du transformateur doit être située en dehors du réseau de mise à la terre de protection—c'est-à-dire que la mise à la terre commune n'est pas autorisée.

• Si le transformateur de distribution est installé à l'intérieur d'un bâtiment avec des installations électriques de Classe B, et que son côté haute tension utilise une mise à la terre à basse résistance, alors la mise à la terre de travail basse tension peut partager la mise à la terre de protection si:

• La résistance de mise à la terre satisfait R ≤ 2000/I (Ω), et

• Le bâtiment met en œuvre un système de liaison équipotentielle principale (MEB).

• De plus, pour les systèmes supérieurs à 1 kV classés comme des systèmes de courts-circuits de grande intensité, la mise à la terre commune est permise si l'élimination rapide des défauts est assurée, mais la résistance de mise à la terre doit être < 1 Ω.

• La mise à la terre de protection des transformateurs de distribution dans les installations de Classe A peut partager la même électrode de mise à la terre que la mise à la terre de protection contre la foudre associée.

4. Conclusion

L'expérience pratique montre que dans les systèmes de distribution basse tension publics, où la séparation complète des systèmes de mise à la terre est souvent inatteignable, la mise à la terre commune—combinant la mise à la terre de travail, de protection et de protection contre la foudre—est plus sûre, plus économique, plus simple à installer et plus facile à entretenir.

Pour atténuer les risques potentiels de la mise à la terre commune, les ingénieurs devraient:

• Utiliser pleinement l'acier structurel du bâtiment comme électrode de mise à la terre naturelle,

• Maintenir la résistance de mise à la terre totale en dessous de 1 Ω, et

• Mettre en œuvre une liaison équipotentielle complète dans toute l'installation.

Ces mesures minimisent efficacement les dangers et assurent un fonctionnement sûr et fiable des installations électriques modernes.