TP :Mesure de la résistance d’une prise de terre
CI : Protection des personnes et des matériels
•
•
Calculer une résistance de prise de terre
Être capable de valider la conformité de
la protection au moyen de mesurages
pertinents.
EVALUATION
OBJECTIF
CALCUL ET MESURE D’UNE PRISE DE TERRE
•
•
Utilisation d'un mesureur de résistance de prise de terre
(CA6115).
Valider les dispositifs de protection.
Nb : Si vous ne disposez que du CA6115, seule la partie B vous concerne. Pour traiter la partie A, il faut
disposer d’un mesureur 3 ou 4 piquets et d’une prise de terre factice pour mettre en œuvre la méthode des
62%.
Cette activité comporte deux parties distinctes (A et B) relatives à la mesure de résistance d'une prise de
terre. Vous pouvez commencer par l'une au l'autre puis traiter la seconde dans la seconde partie de la séance.
PARTIE A
1 INTRODUCTION :
L'efficacité des dispositifs de protection des personnes contre les chocs indirects dépend de la
résistance de la prise de terre. La modélisation de ce problème consiste à considérer deux résistances
distinctes (RB et RA) reliées par un conducteur parfait (inaccessible en pratique). Du point de vue de
l'utilisateur il faut donc tenir compte d'une résistance de terre (RA) matérialisée par la prise de terre des
masses de l'installation. Cette résistance peut être estimée par le calcul mais, dans tous les cas, elle doit être
mesurée. Après une illustration de ce problème, nous calculerons puis mesurerons cette résistance. Pour ce
faire, nous utiliserons une prise de terre installée sous le préau du lycée ainsi qu'un matériel spécifique "le
mesureur de prise de terre" ou telluromètre Métrix MX 438.
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2 EXERCICE
La protection active contre les chocs électriques directs en régime T.T est assurée par l'association
d'un disjoncteur différentiel et de la mise à la terre des masses métalliques.
EDF
Rb
Compteur d'énergie
Rec1
Disjoncteur
Rec 2
différentiel
Rec 4
Tableau de répartition
et de protection
Rec 3
Ra
2.1 Représentez sur le schéma ci-dessus le parcours du courant de défaut dans le cas où le conducteur
de phase qui alimente le récepteur Rec 1 touche la carcasse de ce dernier.
2.2 Quelles résistances limitent l'intensité de ce courant de défaut ? (résistance de défaut nulle).
.
3 CALCUL DE RA
La prise de terre considérée dans ce T.P est réalisée par les piliers métalliques du préau. Cinq de ces
piliers sont interconnectés et la prise de terre est disponible sur le second pilier (coté escalier). Le sol est du
type " sol pierreux recouvert de gazon "
3.1 Quelle formule permet de calculer la résistance de la prise de terre ? (voir doc)
.
3.2 En vous aidant du dossier technique, déterminez la résistivité ρ en Ω/m correspondant à notre
installation.
ρ=
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3.3 Déterminez la valeur du diamètre du cercle circonscrit au pilier en effectuant des mesures sur site.
Cercle circonscrit
d=
3.4 Calculez la résistance de prise de terre d'un pilier en appliquant la formule du 3.2 en sachant que
les piliers sont enterrés sur une profondeur L de 70 cm
.
Nb : log10 est une fonction notée log, Log ou LOG sur les calculatrices.
log10 X est un raccourci de log10 ( X )
3.5 Déterminez la valeur de la résistance Ra sachant qu'elle est égale à la résistance équivalente aux
cinq résistances en parallèle de chacun des piliers.
.
Ra calculée =
4 MESURE DE Ra
4.1 En utilisant la documentation du telluromètre Métrix et en présence du professeur, mesurez la
prise de terre du préau.
Ra =
4.2 Justifiez la différence calcul/mesure.
.
5 S'IL VOUS RESTE DU TEMPS 1
5.1 En amont de l'installation, on disjoncteur différentiel ∆Ιn = 500 mA protége des contacts indirects
en association avec Ra. Est-ce que la valeur mesurée convient :
1
Pour des locaux secs ?
.
Pour des locaux humides ?
.
Pour finir cette partie ou si la partie B est finie.
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PARTIE B
1 INTRODUCTION :
L'efficacité des dispositifs de protection des personnes contre les chocs indirects dépend, entre autre,
de la valeur de la résistance de la prise de terre. La modélisation de ce problème consiste à considérer deux
résistances distinctes (RA et RB) reliées par un conducteur parfait (inaccessible en pratique). Du point de vue
de l'utilisateur il faut donc tenir compte d'une résistance de terre (RB) matérialisée par la prise de terre des
masses de l'installation. Cette résistance est estimée par le calcul lors de l'installation, mais doit, dans tous les
cas, être mesurée. Par la suite, vous mesurez la résistance de la prise de terre en employant plusieurs
méthodes.
2 ALIMENTATION DU SYSTEME :
La salle système est alimentée à partir de l'alimentation générale du lycée. Le schéma d'alimentation
est le suivant :
230 /400 V
15 kV
RB
3A – 1S
Post e d' aliment at ion du lycée
300 mA500 ms
RA
Dist r ibut ion
at elier
30 mA
Inst
Salle
syst ème
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3.1 MESURE DE LA PRISE DE TERRE PAR LA METHODE DE BOUCLE ZS. (position LOOP)
Cette méthode approchée permet de mesurer la résistance de la boucle L-PE .
- La mesure inclut :
La résistance de prise de terre à
mesurer, la résistance de prise de terre du
neutre, la résistance du transformateur, et la
résistance des câbles. Si on néglige la valeur
des trois dernières résistances devant la
première, on peut considérer que la valeur de
Rs est pratiquement équivalente à la valeur de
Ra
Cette mesure effectuée par excès
donne une valeur approchée. La validité de la
mesure diminue avec la valeur de la résistance
réelle Ra.
3.11 Après avoir relié le CA 6115 au réseau et sélectionné Zs sans déclenchement (
résistance de boucle de terre par appui sur TEST. En déduire Ra.
), mesurez la
Ra =
3.12 Reproduisez cette mesure en position Zs. Que constatez-vous ? Justifiez en vous aidant du
chapitre 5.8 1 de la documentation du mesureur page 31.
.
3.2 MESURE DE LA RESISTANCE DE PRISE DE TERRE PAR LA METHODE VARIANTE DES 62 %.
Par rapport à la méthode traditionnelle des 62
% vue dans la partie A, cette méthode présente
l'avantage d'utiliser un seul piquet. De plus, il est inutile
de déconnecter la barrette de la prise de terre.
Pour obtenir une mesure juste, il faut
planter S à une distance d'au moins 20 m des prises de
terre du neutre et des masses.
Le constructeur préconise d'effectuer
trois mesures en déplaçant S et d'effectuer la moyenne.
Chauvin Arnoux garantie que cette méthode
donne la valeur exacte de Ra.
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3.21 Après avoir planté le piquet de terre et relié le CA 6115 au réseau, sélectionnez RA sans
déclenchement (
) position EARTH, mesurez la résistance de boucle de terre par appui sur TEST. En
déduire Ra.
Ra =
Avant de poursuivre enroulez le fil associé au piquet de terre sur son support et
faites constater.
4 EXPLOITATION
Relevez la sensibilité du différentiel situé en amont (voir schéma du 2), puis vérifiez que la valeur de
RA mesurée convient :
Pour des locaux secs
.
Pour des locaux humides
.
5 PERFORMANCES DU DISJONCTEUR DIFFERENTIEL
Le mesureur CA 6115 permet de relever le temps et le courant de déclenchement d'un dispositif
différentiel.
5.1 Effectuez une mise en œuvre du mesureur de manière à relever les performances du dispositif
différentiel (voir page 20 dossier CA 6115).
5.2 Faites constater en effectuant la mesure.
∆ In =
∆ t=
Vérifiez dans le livre de cours (électro-système page 130) que le temps de déclenchement est
compatible avec une tension de contact de 230 V~ subie par un intervenant dans un local humide.
.
5.3 La norme EN 61-009 1 (NF C 61-440) impose, pour tout DDR, un déclenchement à partir d’un
courant de fuite égal à 50 % de sa sensibilité2 : En vous aidant de la mesure ci avant, vérifiez que cette
performance est obtenue.
.
6 RESISTANCE D'ISOLEMENT (Traitez cette question s'il vous reste du temps pour finir cette partie).
L'appareil utilisé précédemment permet de contrôler la présence d'un défaut d'isolement sur un récepteur.
6.1 Demandez au professeur de vous fournir un récepteur comportant un défaut d'isolement. Effectuez une
mesure d'isolement puis comparez avec une mesure effectuée sur un récepteur sans défaut.
2
Exemple : un disjoncteur différentiel de sensibilité 500 mA peut déclencher à partir d’un courant de fuite de 250 mA.
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DOSSIER TECHNIQUE
1 CONSTITUTION DE LA PRISE DE TERRE
La prise de terre est constituée d'une électrode en métal bon conducteur et non corrodable en bon contact
avec le sol.
Cette électrode peut être :
- Soit un câble enterré en cuivre nu de 25 mm² de section au moins, ou en acier galvanisé d'au moins
95 mm² de section.
- Soit un feuillard en acier d'au moins 100 mm² de section et 3 mm d'épaisseur, disposé de préférence
sur chant, ou un câble en acier d'au moins 95 mm² de section, noyé dans le béton de propreté des
fondations du bâtiment, enrobés sur tous ses cotés d'une épaisseur de béton d'au moins 3 cm.
- Les conducteurs reliant cette prise de terre aux conducteurs de protection doivent être constitués de
ronds lisses pour béton armé d'au moins 50 mm² de section, enrobés dans le béton de construction.
Ces conducteurs doivent être soudés aux feuillards constituant la prise de terre décrite ci avant.
- Les armatures des éléments en béton armé (poteaux, voiles poutres et planchers) doivent être
reliées à la prise de terre ou aux conducteurs de protection en autant de points que possible. Ces liaisons
peuvent être effectuées par des ligatures. Par contre il faut éviter de relier au système équipotentiel ainsi
constitué les armatures actives de précontraintes et leurs gaines éventuelles. Les connexions, entre les
éléments en acier et conducteurs en cuivre, ne doivent jamais être nouées dans le béton et doivent se faire à
l'aide de bornes appropriées installées en montage apparent.
REMARQUE :
- L'utilisation de canalisations de distribution publique d'eau comme prise de terre n'est pas admise
par les distributeurs d'eau.
2 REALISATION DE LA PRISE DE TERRE
La résistance de mise à la terre doit être la plus faible possible.
La résistance de la prise de terre dépend :
De sa forme
De ses dimensions
De la résistivité du terrain dans lequel elle est établie.
La résistivité du terrain varie d'un point à un autre, suivant :
La profondeur.
Le taux d'humidité.
La température.
Le gel, la sécheresse augmentent la résistivité des terrains et leur effet peut se faire sentir jusqu'à plus
de 2 m de profondeur. En conséquence on doit établir les prises de terre de préférence dans les fonds de
fouilles des bâtiments ou dans les caves et de toute façon en des endroits abrités de la sécheresse et du gel.
Les prises de terre doivent être tenues à distance des dépôts ou infiltrations pouvant les corroder
(fumier, purin, produits chimiques, coke, … )
Elles ne doivent jamais être constituées de pièces métalliques plongées dans l'eau ni établies dans des
pièces d'eau ou des rivières (médiocre conductivité de l'eau, risque d'assèchement, danger pour les
personnes entrant en contact avec l'eau au moment d'un défaut).
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EXEMPLES DE REALISATION
Conducteurs enfouis :
Le ceinturage à fond de fouilles intéressant le périmètre du bâtiment apporte une solution
efficace dans le cas de construction d'un bâtiment.
Boucle à fond de fouilles
Conducteur en tranchées
Dans le cas des bâtiments existants, la prise de terre des masses peut être constituée par :
Conducteurs verticaux ( piquet )
Autres solutions
Plaques minces enterrées :
En pratique, on utilise des plaques
rectangulaires de 0,5 m *1 ou des plaques carrées
de 1m de coté, enfouies verticalement pour un
meilleur contact des deux faces avec le sol, de sorte
que le centre de la plaque se trouve à une
profondeur de 1 m.
Piliers métalliques enterrés :
Lorsque le bâtiment comporte une ossature
métallique dont les poteaux des murs extérieurs
constituent des prises de terre de fait, il suffit de
vérifier la continuité électrique entre ces prises de
terre de fait; l'ensemble constitue la prise de terre
qu'il convient d'incorporer à la liaison
équipotentielle principale
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CALCUL DE LA RESISTANCE :
Constitution de la prise de
terre
Conducteurs enfouis
horizontalement
Piquets verticaux
Pilier métallique enterré.
Calcul
2ρ
ρ
R=
L
ρ
R=
L
3L
0,37ρ
R=
* Log( )
L
d
Plaque mince
0,8ñ
L
Définitions des grandeurs
L : Longueur de la tranchée
ρ : Résistivité du terrain
L : Partie enterrée du piquet
ρ : Résistivité du terrain
L : Partie enterrée du pilier
ρ : Résistivité du terrain.
d :Diamètre du cylindre
circonscrit au pilier.
ρ : Résistivité du terrain
L: Périmètre de la plaque
3 RÉSISTIVITÉ DES TERRAINS (d'après mémothec équipements et installation educalivre)
Il est rappelé que la Résistivité
d'un terrain s'exprime en ohms mètre
et que celle-ci varie en fonction de la
nature du terrain, de son taux
d'humidité et de la température.
Le gel est la sécheresse
augmentent
sensiblement
la
résistivité des terrains.
Pour
une
première
approximation, on peut se référer aux
valeurs ci contre.
Nature du terrain
Terrains marécageux
Limon
Humus
Tourbe humide
Argile plastique
Marnes et argiles compactes
Marnes du jurassique
Sable argileux
Sable siliceux
Sol pierreux nu
Sol pierreux recouvert de
gazon
Calcaires tendres
Calcaires compacts
Calcaires fissurés
Schistes
Micaschistes
Granits
et
grés
suivant
altération
Granits et grés très altérés
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Résistivité en Ω / m
De quelques unités à 30
20 à 100
10 à 150
5 à 100
50
100 à 200
30 à 40
50 à 500
200 à 3000
1500 à 3000
300 à 500
100 à 300
1000 à 5000
500 à 1000
50 à 300
800
1500 à 10000
100 à 600