Pourquoi la taille du fil de terre est-elle plus petite que celle du fil phase
Considérations sur la dimension des conducteurs de terre
La taille d'un conducteur de terre n'a pas nécessairement besoin de correspondre à celle du conducteur de phase (ou conducteur actif). Cependant, ses dimensions doivent strictement respecter les réglementations énoncées dans les codes électriques, tels que le National Electrical Code (NEC) aux États-Unis. Plusieurs facteurs clés influencent la dimension appropriée des conducteurs de terre :
Bien que ce ne soit pas une occurrence courante, dans les situations impliquant de longues courses de câbles ou des circuits où la minimisation de l'impédance est cruciale, le conducteur de terre peut nécessiter une augmentation de sa taille. Cela est dû au fait qu'un conducteur de terre plus long peut subir une chute de tension significative, ce qui augmente la résistance du chemin de mise à la terre. Pour atténuer ce problème et assurer la sécurité et la fiabilité du système électrique, le conducteur de terre peut être dimensionné pour correspondre au conducteur de phase.
Dans certaines installations électriques, les ingénieurs peuvent choisir de faire du conducteur de terre la même taille que le conducteur de phase comme mesure de sécurité supplémentaire. Cette pratique est particulièrement répandue dans les systèmes critiques où les pannes électriques pourraient avoir des conséquences graves, ou dans les zones où les codes électriques locaux imposent des exigences plus strictes. En utilisant un conducteur de terre de plus grande taille, le système peut mieux gérer les courants de défaut, réduisant ainsi le risque de choc électrique et de dommages aux équipements.
Comprendre la dimension des conducteurs de terre dans les circuits électriques
Lorsque le conducteur de terre est plus petit que le conducteur de phase
Dans de nombreux circuits électriques, le conducteur de terre (ou conducteur de mise à la terre) est généralement de section plus petite que les conducteurs de phase (actifs) et neutres, et ce choix de conception est basé sur plusieurs facteurs clés :
Fonction de chaque type de conducteur
Conducteur de phase : Ce conducteur est responsable du transport du courant nominal pendant le fonctionnement normal du circuit. Il fournit l'énergie électrique aux appareils et dispositifs connectés.
Conducteur neutre : Il sert de chemin de retour pour le courant, transportant le même courant que le conducteur de phase de retour vers la source d'alimentation.
Conducteur de terre : Son rôle principal est de fournir un chemin sûr pour les courants de défaut, tels que ceux générés lors de courts-circuits ou de fuites électriques. En déviant ces courants anormaux, il protège les équipements et les personnes contre les chocs électriques. Il est crucial de noter que le conducteur de terre n'est pas impliqué dans le transport normal du courant du circuit.
Exigences de transport de courant
Comme le conducteur de terre ne conduit le courant que pendant les conditions de défaut, il n'a pas besoin de gérer des courants nominaux continus comme le conducteur de phase. Les courants de défaut circulent généralement pendant une durée très courte, typiquement jusqu'à ce qu'un dispositif de protection contre les surintensités, tel qu'un disjoncteur ou un fusible, se déclenche pour interrompre le circuit. Par conséquent, le conducteur de terre peut être dimensionné pour supporter ces surges de courte durée sans surchauffer. Sa conception lui permet de transporter les courants de défaut juste assez longtemps pour que les dispositifs de protection déconnectent le circuit, et la courte durée du défaut minimise le risque de chauffe excessive. Cela permet l'utilisation d'un conducteur de plus petite section, réduisant les coûts et l'utilisation de matériaux tout en répondant aux normes essentielles de sécurité et de performance. Surdimensionner le conducteur de terre entraînerait des dépenses inutiles sans offrir de bénéfices de sécurité substantiels supplémentaires.
Considérations sur la chute de tension
La chute de tension n'est pas une préoccupation majeure dans la conception des conducteurs de terre car ils ne transportent pas de courant de manière continue. De plus, les conducteurs de terre sont souvent installés en longueurs relativement courtes. Cette courte longueur permet aux courants de défaut d'être rapidement conduits à la terre, déclenchant le disjoncteur sans provoquer de surchauffe du conducteur. Par conséquent, un conducteur de terre de plus petite section peut être utilisé sans compromettre les performances du circuit.
Normes de dimensionnement basées sur les codes
National Electrical Code (NEC) : Le NEC fournit des directives détaillées dans le Tableau 250.122 qui spécifient la taille minimale du conducteur de mise à la terre d'équipement (EGC). Ces exigences sont basées sur la cotation du dispositif de protection contre les surintensités, tel qu'un disjoncteur ou un fusible, qui protège le circuit.
Commission Electrotechnique Internationale (CEI) : Similaire au NEC, les normes CEI définissent la taille minimale des conducteurs de mise à la terre. Cependant, les lignes directrices CEI tiennent généralement compte de facteurs tels que la taille des conducteurs de phase et le courant de défaut maximal attendu. Ces codes garantissent que les conducteurs de terre soient correctement dimensionnés - ni trop petits, ce qui pourrait entraîner une défaillance en cas de défaut, ni excessivement grands, ce qui serait gaspilleur.
Exemples pratiques
Pour un circuit protégé par un disjoncteur de 15 ampères, le conducteur de phase est généralement du #12 AWG, et le conducteur de terre doit être au moins du #14 AWG cuivre.
Avec un disjoncteur de 20 ampères, le conducteur de phase est du 10 AWG, et le conducteur de terre doit être au moins du #12 AWG cuivre.
Dans le cas d'un disjoncteur de 50 ampères, le conducteur de phase est du #6 AWG, et la taille minimale pour le conducteur de terre est du 10 AWG cuivre.
Pour un disjoncteur et panneau de 100 ampères, où le câble d'alimentation est du #4 AWG, le conducteur de terre doit être au moins du #8 AWG cuivre.
Pour un service de 200 ampères, les conducteurs de phase sont au moins du #3/0 AWG, et le conducteur de terre doit être du #4 AWG.
Les circuits avec des disjoncteurs très importants, tels que ceux classés à 600 ampères, nécessitent des conducteurs de terre dimensionnés proportionnellement pour gérer les courants de défaut potentiels.
Bien que le conducteur de terre soit plus petit que le conducteur de phase dans la plupart des cas, il y a des exceptions.
Lorsque le conducteur de terre correspond à la taille du conducteur de phase
Il existe des scénarios spécifiques où le conducteur de terre doit être de la même taille que le conducteur de phase :
Conducteurs de liaison
Lorsque les conducteurs de terre sont utilisés à des fins de liaison, tels que la connexion des parties métalliques des équipements électriques au système de mise à la terre, ils peuvent avoir besoin d'être de la même taille que le conducteur de phase. Cela assure qu'ils peuvent efficacement transporter les courants de défaut et maintenir l'intégrité de la connexion de liaison, offrant une protection fiable contre les dangers électriques.
Conducteurs de grande section
Pour les circuits qui utilisent des conducteurs de grande section (par exemple, 3/0 AWG ou plus), le NEC exige des conducteurs de terre proportionnellement plus grands. Cela vise à s'assurer que le système de mise à la terre peut gérer les forts courants de défaut associés aux circuits de grande capacité et maintenir la sécurité de l'installation électrique.
Applications d'équipements spéciaux
Certain types d'équipements sensibles ou de grande capacité, tels que les installations photovoltaïques (PV), peuvent nécessiter des conducteurs de terre de la même taille que les conducteurs de phase. Cette dimension est nécessaire pour assurer un flux efficace des courants de défaut et minimiser l'impédance, améliorant ainsi la sécurité et les performances globales de l'équipement et du système électrique.
Les implications d'une mauvaise dimension du conducteur de terre
Le conducteur de terre dans un système électrique n'est pas toujours de la même taille que les conducteurs de phase ou neutre ; il peut être légèrement plus grand ou plus petit. Lorsqu'il s'agit d'utiliser un conducteur de terre plus grand, bien qu'il ne présente aucun risque pour le système électrique, cela entraîne des coûts supplémentaires en raison de la quantité de matériel requise. Dans les situations où une longueur supplémentaire est nécessaire, une boîte de jonction peut être utilisée pour prolonger le fil sans compromettre l'intégrité du système de mise à la terre.
En fait, un conducteur de terre plus grand offre plusieurs avantages et peut être particulièrement bénéfique dans certains scénarios. Avec leur résistance plus faible, les conducteurs plus grands réduisent efficacement la chute de tension, assurant une connexion électrique plus stable. Cela devient particulièrement crucial dans les systèmes qui nécessitent des capacités de transport de courant plus élevées. En minimisant la perte de tension, un conducteur de terre plus grand aide à maintenir des performances électriques constantes, améliorant la fiabilité et la sécurité du système global.
Inversement, l'utilisation d'un conducteur de terre trop petit peut entraîner des problèmes sérieux. Les conducteurs plus petits ont une résistance électrique plus élevée, ce qui peut interférer avec le bon fonctionnement du mécanisme de déclenchement magnétique d'un disjoncteur. Cette interférence signifie que le disjoncteur peut ne pas se déclencher aussi rapidement qu'il le devrait en cas de défaut, permettant des niveaux potentiellement dangereux de courant de circuler dans le système. De plus, les conducteurs de terre plus petits peuvent ne pas pouvoir gérer les courants de défaut excessifs, entraînant une surchauffe. Dans des cas extrêmes, cette surchauffe peut causer la fusion du fil, créant un risque d'incendie significatif et mettant en danger les biens et les vies.
Pour assurer la sécurité et les meilleures performances d'un système électrique, il est essentiel d'utiliser un conducteur de terre de la taille appropriée. Par exemple, pour un service standard de 100 ampères avec une course de 150 pieds, un conducteur de terre de 8 AWG (American Wire Gauge) est généralement recommandé. Le respect de ces directives de dimensionnement aide à prévenir les dangers électriques et garantit que le système de mise à la terre fonctionne efficacement, offrant une protection fiable en cas de défaut.
