Mesure de la résistance de la terre
Vue d'ensemble:
Les principaux facteurs à prendre en compte pour obtenir une mesure précise de la résistance de terre dans les systèmes électriques sont discutés, notamment le système de mesure de la géométrie, y compris les distances minimales à prendre en compte.
- Introduction
- Nature physique de la résistance de la terre
- Méthode de mesure
- Potential Drop Method
- Equipement de Medicion de Resistencia a tierra
- Numéros de documents
Introduction:
Le système de mise à la terre est un élément essentiel du système de sécurité électrique et doit:
Permettre l’activation des dispositifs de protection en cas de défaillance de l’isolation électrique. Égaliser le potentiel des parties conductrices auxquelles on peut accéder simultanément, avec le potentiel de la terre environnante, afin d’éviter que les personnes ne soient exposées à des tensions dangereuses. Laissez le faisceau d’énergie se dissiper en toute sécurité. Réduire les interférences électromagnétiques. Comme il s’agit d’un système conçu pour assurer la sécurité, son efficacité doit être vérifiée. La valeur de résistance à la diffusion est le paramètre le plus pertinent pour tester un système de revêtement de sol de qualité et sa capacité à remplir sa fonction. Cependant, la mesure correcte de ce paramètre doit répondre à plusieurs exigences, qui seront discutées dans cet article.
Nature physique de la résistance de la terre:
La compréhension de la résistance physique naturelle de la terre nous aidera à évaluer les conditions qui doivent être réunies pour obtenir une mesure correcte.
Selon sa définition, la résistance de deux bornes et leur résistance est définie comme le quotient entre la tension appliquée aux bornes et le courant qui circule entre elles sous l’effet de cette tension. La valeur de la résistance (Eq.1 Equation 1) (R=p.L/A) dépend du type de matériau (résistivité) et de ses dimensions physiques (surface et longueur de résistance), comme le montre la figure 1.
Une seule des bornes est évidente dans la résistance de terre. Pour trouver la seconde borne, il faut recourir à sa définition : la résistance de terre est la résistance qui existe entre l’électricité accessible par une électrode enterrée et un autre point de la terre, éloigné (Figure 2).
L’idée est qu’autour du volume de la terre proche d’une électrode enterrée, par un courant injecté, la planète entière est le volume équipotentiel lié au courant. Tout point du volume équipotentiel (figure 3) peut être considéré comme la deuxième électrode de la résistance de terre.
Afin de justifier l’affirmation ci-dessus, analysons géométriquement la résistance dans la zone de l’électrode enterrée qui, dans l’exemple suivant, est supposée être hémisphérique (Figure 4).
Le courant injecté dans le sol par les électrodes enterrées sort dans toutes les directions, avec une densité uniforme (en supposant que le sol est électriquement homogène), et doit ensuite traverser les différentes couches illustrées dans la figure 4. Chaque couche offre une résistance au passage du courant, qui est proportionnelle à la résistivité du sol et à l’épaisseur de la couche (longueur de la résistance dans la figure 1), et inversement proportionnelle à la couche de la zone, selon l’éq.1. La résistance totale est alors la somme de nombreuses petites résistances en série. L’épaisseur est définie arbitrairement comme suffisamment fine pour examiner les deux surfaces des couches de la même zone (condition nécessaire pour appliquer l’équation 1).
En fait, l’épaisseur est infinitésimale et la somme des résistances est intégrale, comme l’indique l’éq. 2, où r0 est le rayon de l’hémisphère enterré.
Afin de permettre une visualisation physique plus aisée du phénomène, nous pouvons imaginer la structure d’un oignon, formé d’un grand nombre de couches très fines, dont chacune représente une des résistances de la série.
Le concept important à noter est que, puisque la résistivité du sol doit être homogène et que l’épaisseur des couches est la même, le seul élément qui est modifié (augmente), une fois que l’électrode disparaît de la surface, est la couche. Dans la figure 4, on peut voir que la surface S3 est beaucoup plus grande que la surface S1. Lorsque la surface augmente, la résistance diminue dans la même proportion et, par conséquent, la contribution des couches éloignées à la résistance totale tend à être négligeable.
Les calculs pour une électrode hémisphérique montrent que dans la région la plus proche, à une distance équivalente à 10 fois le rayon de l’électrode, 90% de la résistance totale est concentrée. En d’autres termes, la résistance des couches situées en dehors de cette plage n’est pas significative. Et comme il n’y a pas de résistance, il n’y a pas de chute de potentiel. Bien. Par conséquent, en dehors de la région la plus proche de l’électrode (appelée zone de résistance), la terre entière est au même potentiel.
Méthode de mesure:
Pour mesurer la résistance de mise à la terre, nous devons appliquer une tension entre ses bornes qui fait passer un courant à travers elle. L’une des bornes est le système de mise à la terre en contact avec E. La seconde, selon la définition, est tout autre point sur le sol, qui est en fait très éloigné du premier. Pour effectuer la mesure, nous devons coller une électrode auxiliaire H à ce point. La deuxième électrode aura inévitablement sa propre masse, sa propre résistance et sa propre zone de résistance.
Si nous regardons la figure 5, nous le verrons :
notre objectif est de mesurer la résistance de terre de l’électrode E. Cependant, si une mesure conventionnelle de la résistance entre les points E et H est effectuée en mesurant la tension et le courant de circulation, nous obtenons la somme de la résistance de terre des deux électrodes et non la résistance de terre de l’électrode E. La différence peut être très importante car, en raison de son propre statut d’électrode auxiliaire, les dimensions de H sont très petites par rapport à E, donc sa contribution à la résistance totale peut être très importante et la probabilité d’une erreur est considérable.
Le concept de “loin”, précédemment utilisé sans plus de précision, est maintenant clarifié. En effet, l’électrode auxiliaire H peut être considérée comme suffisamment éloignée du système de résistance de terre à mesurer lorsque leurs zones de résistance respectives ne se chevauchent pas. Dans ce cas, tout le volume en dehors des zones de résistance est, très approximativement, au même potentiel, ce qui rend possible le développement de la méthode de mesure suivante.
Méthode de la goutte-potentiel
Une troisième électrode S est utilisée pour éviter l’erreur introduite par la résistance de terre de l’électrode H. La tige S est située n’importe où en dehors des zones d’influence de E et H, ce qui donne une géométrie similaire à celle de la figure 6.
Cette disposition est connue sous le nom de chute de potentiel et cette méthode est la plus couramment utilisée pour la mesure de la résistance de terre, lorsque la séparation des zones de résistance est obtenue avec un degré raisonnable de distance entre les électrodes. Le courant traverse le système de terre E et l’électrode auxiliaire H, et la tension est mesurée entre E et la troisième électrode S. Cette tension est la chute de potentiel que le courant d’essai produit dans la résistance du système de terre, Rx, qui, sous cette forme, peut être mesurée sans être affectée par la terre, la résistance de la tige H.
La règle des 62%
De nombreuses publications concernant la méthode de la chute de potentiel indiquent que pour obtenir une mesure correcte, les trois électrodes doivent être bien alignées et la distance entre E et S doit être égale à 61,8 % de la distance entre E et H (figure 7). Ce concept est issu d’un développement mathématique minutieux pour le cas particulier d’une électrode hémisphérique.
Cependant, cette configuration n’est pas facile à appliquer dans la vie réelle. Le premier problème auquel il est confronté est que la géométrie de la terre réelle est complexe et difficile à assimiler à un hémisphère afin de déterminer avec précision son centre, à partir duquel les distances peuvent être mesurées avec une précision suffisante. En outre, dans les zones urbaines, il est difficile de trouver des endroits où placer les tiges, et il est rare qu’il y ait des endroits disponibles qui répondent aux exigences de la règle des 62% (en ce qui concerne l’alignement et les distances).
Heureusement, en utilisant les mêmes calculs que la méthode précédente, nous pouvons dériver une autre géométrie, plus facile à appliquer. On peut envisager de joindre E et H avec la ligne droite qui coupe ce segment en son milieu et qui est perpendiculaire au segment mentionné. Lorsque l’on place l’électrode en un point quelconque de la ligne droite, les valeurs de résistance mesurées sont comprises entre 0,85 et 0,95 de la valeur réelle de la résistance de terre de l’électrode. En multipliant ensuite la valeur mesurée par 1,11 de la résistance de terre correcte, on obtient la valeur, avec une erreur inférieure à ± 5 %. On a également observé qu’à mesure que la tension de l’électrode s’éloigne du segment EH, la zone où la valeur mesurée se situe dans la plage de tolérance indiquée s’élargit, ce qui rend la méthode plus tolérante aux changements de position de la tension à l’électrode.
Peut-être l’erreur de la proposition peut-elle sembler trop élevée. Afin d’évaluer ce point, citons le Dr Tagg : “… notons qu’un haut degré de précision n’est pas requis. Des erreurs de 5 à 10 % [dans la mesure de la résistance du sol] peuvent être tolérées….. En effet, la résistance d’un sol peut varier en fonction des changements de climat ou de température, et comme ces changements peuvent être considérables, il est inutile de rechercher une grande précision.”
Tests de résistance à la terre et testeurs de résistance à la terre
- L’instrument peut mesurer la résistance et la résistivité avec 2, 3 ou 4 électrodes.
- L’instrument peut être alimenté par des piles standard de type C ou par des batteries.
- Les mesures peuvent être simplifiées en utilisant des pinces de courant.
Conditions normales de fonctionnement :
- Courants erratiques pendant la mesure AC+DC : max. 24V.
- Courant d’essai : max. 225mA.
- Mesure de la tension : max. 40V.
- Fréquence du courant d’essai : 128Hz.
- Température de travail : 0…40°C
- Tension d’alimentation (pour la recharge de la batterie) : 230V.
En savoir plus sur la mesure de la résistance terrestre . avec le Télémètre dans la section Télémètre
