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........................................................................................... R 1 040 - 2 — — — 2 2 19 — — — — — — 19 20 20 20 20 20 Doc. R 1 040 2 4 4 4 6 7 8 8 9 10 17 17 17 18 18 19 19 10 10 12 12 13 13 13 14 15 15 16 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite.

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APPAREILS DE CONTRÔLE DE LA SÉCURITÉ ÉLECTRIQUE _______________________________________________________________________________________

e présent article ne traite pas les appareils de surveillance des microcoupures et des fluctuations de la tension distribuée par le secteur. Le lecteur pourra se reporter aux articles

Qualité de la tension dans les réseaux électriques

.

Creux de tension

,

flicker et harmoniques

[D 4 260], et

Composants spécifiques de pro tection contre les perturbations

[D 5 170] [D 5 171] [D 5 172], dans le traité Génie électrique. La sécurité des personnes est étudiée dans l’article

Prévention des accidents électriques

[D 5 100], dans ce même traité.

1. Dangers présentés par les courants électriques

1.1 Effets physiologiques du courant électrique

Les effets physiologiques du courant électrique sont décrits dans la norme CEI 479 en fonction du courant cheminant dans le corps humain et sont classés comme suit, pour les courants à fréquence industrielle : —

seuil de perception :

0,5 mA ; —

seuil de « non-lâcher » :

environ 10 mA ; —

seuil de fibrillation ventriculaire :

il dépend largement du temps de passage du courant, avec les ordres de grandeur suivants : 30 ms : 500 mA 50 ms : 300 mA 1 s : 30 mA Il faudrait y ajouter un coefficient de pondération fonction du chemin emprunté par le courant à travers le corps et désigné par

facteur de courant de cœur

. Ainsi, un courant de 200 mA de main à main a le même effet qu’un courant de 80 mA main gauche-pieds.

Par ailleurs, les effets indiqués ci-dessus diminuent avec la fré quence et, au-dessus de 30 kHz, ainsi qu’en courant continu, les effets de brûlure deviennent prépondérants (à partir de

= 0,5 A).

1.2 Conditions provoquant le passage du courant électrique dans le corps humain

■ Le passage du courant électrique dans le corps humain nécessite un

double contact

avec deux éléments présentant entre eux une certaine différence de potentiel. L’un d’eux est généralement une

masse

telle qu’un sol conducteur ou une surface métallique consti tuée par un tuyau, un radiateur, etc., généralement au potentiel du sol. L’autre peut être un conducteur sous tension, également désigné

partie active

. Il s’agit alors d’un

contact direct

. Ce peut être aussi une surface métallique mise accidentellement sous tension à la suite du défaut d’un isolant ou d’une déformation. On parle dans ce cas d’un

contact indirect

Dans les deux cas, le courant généré est le quotient de la différence de potentiel par l’

impédance du corps humain

. Cette dernière comporte essentiellement deux termes : l’impédance interne

i après suppression de la peau sous les parties en contact et celle

p de la peau. Entre 50 et 100 V, l’impédance de la peau décroît rapidement.

■ Dans le document CEI 990

Méthodes de mesure du courant de contact et du courant dans le conducteur de protection

, on trouve la définition d’un

circuit destiné à simuler l’impédance du corps humain

, associé à un réseau de mesure simulant l’évolution de la réponse du corps humain en fonction de la fréquence (voir

ci-après § 1.3.4

Aux fréquences industrielles (50 et 60 Hz), cette impédance a pour valeur 2 000 Ω au-dessus de 50 V et croît rapidement au-dessous.

En partant de cet ordre de grandeur, il est admis que les tensions inférieures à 50 V, correspondant à un courant inférieur à 25 mA, sont non dangereuses pour les locaux d’habitation, les locaux industriels et commerciaux non mouillés. Dans le cas contraire, cette tension est abaissée à 25 V et la tendance actuelle est de

ne considérer comme non dangereuses que les tensions inférieures à 25 V.

1.3 Dispositifs mis en œuvre contre les risques présentés par les courants électriques 1.3.1 Protection vis-à-vis des contacts directs

Les dispositions de sécurité à prendre dépendent du type et du mode de distribution de la tension.

■

Réseaux très basse tension

Il s’agit de réseaux distribuant des tensions inférieures à 50 V, donc pouvant être considérées comme non dangereuses et pour lesquelles une protection vis-à-vis des contacts directs n’est pas exigée. Toutefois, ces tensions sont généralement obtenues à partir de tensions plus élevées au moyen d’un transformateur abaisseur. Ce dernier devra mettre en œuvre les dispositifs d’isole ment et d’écrantage définis dans la norme NF C 52-220, afin d’interdire toute possibilité de liaison accidentelle entre le secon daire très basse tension et le primaire.

■

Réseaux de distribution basse tension à neutre isolé (formule dite IT)

Ces réseaux n’ayant pas de point commun avec la terre et les masses qui leur sont naturellement raccordées (sinon à travers une impédance notable), leur mise en contact accidentelle avec une personne ou un objet relié à la terre ne provoquera pas le passage d’un courant dangereux. Cette formule n’est pas utilisée dans les réseaux de distribution publique, mais exclusivement dans ceux d’établissements industriels ou commerciaux qui souhaitent éviter une disjonction en cas d’un défaut à la terre d’un des conducteurs actifs de cette distribution. Toutefois, un tel défaut rend l’instal lation potentiellement dangereuse et doit être immédiatement signalé. C’est le rôle des

contrôleurs permanents d’isolement

(§ 8) .

■

Réseaux de distribution basse tension à neutre mis à la terre (formule dite TT)

C’est le cas général des réseaux de distribution en basse tension, c’est-à-dire comprise entre 50 et 1 000 V, comme représenté, dans

le cas du triphasé, sur la figure

La sécurité vis-à-vis des contacts directs est assurée par l’isole ment des parties actives soit au moyen de matériaux isolants, soit en respectant des distances suffisantes.

qualité de l’isolation

sera vérifiée au moyen d’un

mégohm mètre

en s’assurant que, dans les conditions définies par les normes, la résistance d’isolement reste supérieure aux valeurs prescrites.

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______________________________________________________________________________________ APPAREILS DE CONTRÔLE DE LA SÉCURITÉ ÉLECTRIQUE

Le contrôle de l’isolement doit être complété par celui de la

tenue aux surtensions

susceptibles d’être rencontrées dans l’instal lation concernée. Cette exigence s’applique notamment aux maté riels divers destinés à être exploités au moyen du courant délivré par les réseaux de distribution.

En fonction du niveau des surtensions transitoires dont elles risquent d’être le siège, les installations électriques sont classées en quatre catégories définies dans la norme CEI 664

Coordination de l’isolement

et reprises dans la norme CEI 364. À titre d’illustra-

tion, nous avons extrait de cette dernière le tableau

(0)

Tableau 1 – Classement des installations électriques (CEI 664)

Réseau Triphasé

230/400 V 400/690 V 1 000 V

Niveaux présumés des surtensions transitoires Monophasé Catégorie I

120-240 V ....................

....................

0,8 kV 1,5 kV 2,5 kV 4 kV

Catégorie II Catégorie III

1,5 kV 2,5 kV 4 kV 6 kV 2,5 kV 4 6 8 kV kV kV Pour s’assurer de la tenue aux surtensions prescrite par les normes particulières, les installations et les matériels électriques doivent être testés au moyen

d’appareils d’essais diélectriques

générant lesdites tensions.

1.3.2 Protection vis-à-vis des contacts indirects

La sécurité vis-à-vis des contacts indirects est obtenue par la liaison entre elles de toutes les parties conductrices accessibles (masses), afin d’assurer leur équipotentialité. Cette disposition est complétée par le raccordement de l’ensemble de ce réseau équi potentiel à une terre locale unique pour une installation donnée.

En cas d’un défaut entre une partie active et une masse, il s’écoule un courant dans la

en série (figure

la valeur

boucle

constituée par le fil de phase concerné, le transformateur de tension du poste de distribution et les deux prises de terre dont les résistances respectives

de la résistance de la terre locale.

n et

m sont placées

). La terre du poste bénéficiant en général d’une

faible résistance, le courant de défaut dépendra essentiellement de Pour que ce courant atteigne un niveau provoquant le déclen chement des dispositifs de protection existants sans que la tension des masses par rapport à la terre n’excède le seuil de sécurité admis (soit généralement 50 V), il convient de fixer une limite supérieure à la valeur

m de la terre locale. Pour s’en assurer, il sera nécessaire d’en effectuer la mesure au moyen d’un ohmmètre spécialement conçu à cet effet et généralement appelé

contrôleur de terre

Figure 1 – Réseau de distribution TT

Cette mesure, dans le cas des réseaux TT, peut être approxima tivement réalisée en condition de service en effectuant la mesure de la

résistance de la boucle

constituée par les deux résistances

n et

m sachant que la terre locale

supérieure à

n .

m est d’un ordre de grandeur

1.3.3 Utilité des dispositifs de coupure à courant différentiel

L’emploi de ment le courant s’écoulant entre le ou les conducteurs actifs et la terre, indépendamment du courant de service normal, a permis d’abaisser considérablement le seuil de déclenchement des dispo sitifs de protection en cas de défaut et donc de relever le seuil admis sible pour les valeurs des résistances de terre. Ainsi, en utilisant un disjoncteur différentiel de seuil en tension des masses à 25 V, il suffira de ne pas dépasser 25/0,3 = 83

disjoncteurs différentiels

∆ n prenant en compte unique = 0,3 A et en limitant la montée Ω pour la résistance de la terre locale.

Encore faudra-t-il s’assurer du fonctionnement correct du disjonc teur différentiel au moyen d’appareils spécialement conçus pour

cette fonction (§ 7) .

1.3.4 Matériel électrique raccordé au réseau basse tension

Pour les équipements électriques, il existe deux modes de pro tection contre les contacts indirects, correspondant à deux classes de matériel : ■ la

classe I

concerne des matériels comportant une enveloppe extérieure métallique, cette dernière étant raccordée au conducteur de sécurité de l’installation à laquelle se trouve branché ce matériel et, de là, à la terre des masses ; ces appareils doivent donc comporter, outre les conducteurs assurant leur alimentation, un conducteur sup plémentaire de masse ; ■ la

classe II

correspond, le plus souvent, à des appareils dont l’enveloppe est isolante ; leurs masses conductrices éventuelles ne sont pas raccordées à un conducteur de liaison à la terre ; la sécurité est acquise par un double isolement ou un isolement renforcé correspondant à des tenues diélectriques nettement plus élevées que celles requises par l’isolation de base ou isolation fonctionnelle.

Ainsi, pour un appareil dont la tension de service serait de 300 V et fonctionnerait sur une installation de catégorie de surtension III , la tenue diélectrique passerait de 2 200 V pour l’isolation de base à 3 700 V pour l’isolation renforcée.

Lorsque de tels matériels comportent des parties conductrices accessibles, il convient de s’assurer que, par suite de l’existence d’une liaison capacitive interne avec une partie active, ces dites parties conductrices ne risquent pas de provoquer le passage d’un courant dangereux lors d’un contact avec le corps humain.

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APPAREILS DE CONTRÔLE DE LA SÉCURITÉ ÉLECTRIQUE _______________________________________________________________________________________

Pour ce faire, on utilise le circuit de mesure de la figure

définie

notamment dans la norme CEI 990

Méthodes de mesure du cou rant de contact et du courant dans le conducteur de protection

. Le courant à considérer est mesuré à partir de la relation :

--------- 500 Ce circuit représente l’impédance conventionnelle du corps humain qui, partant de 2 000 Ω à 50 Hz, diminue progressivement quand la fréquence augmente. Le circuit

qui pondère la réponse du circuit de mesure a pour effet de tenir compte de l’influence de la fréquence sur la sensation physiologique.

En conditions normales, le courant

ainsi mesuré ne doit pas dépasser 0,5 mA en valeur efficace pour un courant alternatif sinu soïdal et 2 mA pour un courant continu (suivant CEI 1010-1, § 6.3.1.2).

En conditions de premier défaut, ces limites sont portées respec tivement à 3,5 mA en valeur efficace en alternatif et 10 mA en cou rant continu.

■ Pour les

appareils portatifs

de faible encombrement et de faible puissance, on dispose d’un moyen direct d’éviter le passage d’un courant dangereux dans le corps humain en montant un

interrupteur différentiel à haute sensibilité

sur la ligne qui les alimente. Ces appa reils provoquent une coupure de l’alimentation pour un courant de fuite ne dépassant pas 30, 10 ou même 6 mA pour les plus sensibles, c’est-à-dire un courant inférieur, dans ce dernier cas, au seuil dit

de non-lâcher

Ces dispositifs sensibles sont malheureusement inutilisables pour des matériels de puissance plus élevée, en raison de la présence de fuites capacitives non équilibrées qui provoqueraient des coupures intempestives.

1.4 Appareils de contrôle de la sécurité électrique

Pour s’assurer de l’efficacité des dispositions prises et du bon fonctionnement des appareils mis en place pour garantir la sécu rité des personnes et des biens vis-à-vis des risques électriques, on doit en conclusion disposer des appareils suivants : ➀ ➁ ➂ ➃ ➄ ➅ ➆ ➇

ohmmètres pour la mesure des résistances d’isolement ; ohmmètres de vérification de la continuité des liaisons de masse ; ohmmètres de mesure de la résistance des prises de terre ; ohmmètres pour la mesure des résistances de boucle ; appareils de contrôle des tenues diélectriques ; appareils de contrôle des caractéristiques des disjoncteurs différentiels ; contrôleurs permanents d’isolement ; testeurs multifonctions.

Figure 2 – Circuit de mesure des courants de contact

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− 4 La plupart de ces appareils n’ont pas encore fait l’objet de normes internationales et on est souvent amené à se référer à la norme allemande existant en la matière, à savoir la norme VDE 0413 (actuel lement en cours de révision), pour leurs caractéristiques fonction nelles principales.

2. Ohmmètres de mesure des résistances d’isolement

Alors que le contrôle de la tenue diélectrique des matériels élec triques basse tension prescrit par la norme NF C 20-030 (

Protection contre les chocs électriques

) est réservé aux essais des équipements neufs ou rénovés en raison de son caractère destructif, le suivi pério dique des valeurs des résistances d’isolement durant leurs périodes d’exploitation constitue une des bases de leur maintenance préven tive. La norme citée prévoit des seuils de 1 M Ω pour les matériels de la

classe I

et de 7 M Ω pour ceux de la

classe II

2.1 Caractéristiques fonctionnelles principales 2.1.1 Conditions de mesure prescrites par les normes

Les résistances d’isolement n’obéissent généralement pas à la loi d’Ohm. Elles doivent être mesurées sous une tension atteignant au minimum celle à laquelle elles se trouvent soumises dans les conditions d’exploitation du réseau ou de l’équipement concerné.

On est toutefois amené à effectuer cette mesure en courant continu pour éliminer l’effet de l’impédance capacitive, souvent du même ordre ou même inférieure à la résistance à mesurer.

Pour la partie d’une distribution basse tension en aval du dernier organe de protection, les appareils d’utilisation étant déconnectés, les normes NF C 15-100 et VDE 0100, en accord l’une et l’autre avec la norme internationale CEI 364, exigeaient que, sous leurs ten sions de service, le courant de fuite reste inférieur à 1 mA, soit une valeur minimale de 1 000 Ω par volt. Pour plus de simplicité, les normes citées définissent actuellement comme suit les valeurs des tensions d’essai et les limites inférieures des résistances d’isole ment mesurées sous lesdites tensions : (0)

Tensions nominales de l’installation

< 50 V de 50 à 500 V de 500 à 1 000 V

Tensions d’essai en courant continu

250 V 500 V 1 000 V

Résistances d’isolement

0,25 M Ω 0,5 M Ω 1 M Ω

2.1.2 Procédés de mesure classiques

Pour satisfaire aux prescriptions ci-dessus, un

mégohmmètre

destiné aux mesures des résistances d’isolement doit comporter une source autonome susceptible de délivrer les tensions prescrites sous un débit minimal de 1 mA. Elle est, en pratique, constituée : — soit d’une magnéto entraînée par l’opérateur au moyen d’une manivelle ; — soit d’un générateur électronique alimenté par une batterie incorporée.

Dans le premier cas, la fém délivrée est plafonnée et stabilisée au moyen d’un dispositif à débrayage centrifuge qui intervient généralement quand la vitesse de rotation de la manivelle se situe entre 120 et 150 tr/min.

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Il s’agit généralement d’un petit alternateur à aimant tournant, suivi d’un redresseur en pont de Graetz ou en doubleur de tension,

et d’un filtre limitant la composante alternative (figure

Dans l’autre cas, un oscillateur à relaxation, suivi d’un transfor mateur-élévateur de tension et d’un circuit de régulation, permet d’obtenir les niveaux de tension prescrits à partir de la basse tension de la batterie. Le schéma de principe d’une telle formule

est représenté, à titre indicatif, sur la figure

Lors de la fermeture de l’interrupteur à poussoir P, le transistor T 2 est saturé, ce qui assure la décharge du condensateur

1 et per met l’auto-entretien des oscillations. Quand la tension de sortie

atteint le niveau souhaité, la diode Zener DZ devient conductrice et tend à bloquer le transistor T 2 . La contre-tension apparaissant alors aux bornes de transistor T 1

1 limite le courant injecté dans la base du , ce qui entraîne corrélativement une limitation du courant de magnétisation du transformateur TR et donc de la ten sion

. À noter que cette dernière est avantageusement obtenue à partir de la surtension générée au secondaire lors de la coupure du courant primaire, formule dite du

fly-back

qui permet de réduire le nombre de spires du secondaire.

Les appareils alimentés par batterie doivent comporter un dispo sitif permettant de s’assurer que celle-ci est en état de faire fonc tionner l’appareil correctement (VDE 0413 Teil 4-i). La sortie positive des bornes de mesure est destinée à être raccordée à la terre des masses et est repérée + T. La sortie négative, repérée – L, doit être reliée aux conducteurs de ligne, phases et neutre réunis entre eux et déconnectés du réseau.

La résistance

limite le courant débité en cas de court-circuit et définit indirectement la tension

qui doit être délivrée par le géné rateur pour satisfaire aux conditions d’essai définies plus haut à partir de la relation :

is ⋅

(1)

avec

E résistance seuil d’isolement spécifiée (cf. tableau § tension d’essai spécifiée.

2.1.1

Pour limiter la puissance débitée par le générateur en régime de court-circuit, on a intérêt à augmenter

, avec l’inconvénient d’aug menter simultanément la tension à vide

. La norme VDE 0413 Teil 1 prescrit de limiter le rapport

E à 1,5. Dans le cas d’un ohmmètre de tension d’essai nominale 500 V, la formule limite

(1) correspond

à : et

= 250 k Ω

= 1,5 × 500 = 750 V Avec un indicateur analogique ayant une réponse linéaire en courant, la forme de la graduation de l’échelle sera celle indiquée sur la figure

. Il est souhaitable de pouvoir apprécier des résistances

d’isolement supérieures à 10 M de 0 à 100 M Ω Ω , ce qui conduit à prévoir un second calibre dans le rapport 10 avec le premier, soit une échelle s’étendant avec le point 2,5 M Ω au centre de l’échelle.

Appareil de ce type

: IK 500 N Mannesmann/Hartman & Braun.

Avec des galvanomètres à réponse non linéaire ou des quotient mètres présentant cette même caractéristique, on peut réaliser cette même étendue de mesure 0 à 100 M Ω sur un seul calibre.

Appareils de ce type

: Major Megger et Midget Megger à magnéto ; BM 7 à batterie.

2.1.3 Utilité d’un circuit de garde

■ La mesure des résistances de valeurs élevées, notamment au-dessus de 100 M Ω , risquerait d’être notablement faussée par l’existence d’une résistance de fuite

f entre la borne de sortie L et la borne T.

Le circuit de garde représenté sur la figure

a pour objet d’éviter

que le courant de fuite résistance ple 100 M

R i

f ne parcourt le circuit de mesure figuré ici par un galvanomètre. Le câble raccordé à la sortie mesure – L sera un coaxial comportant un conducteur concentrique isolé relié au circuit de garde. Cette gaine concentrique constitue par ailleurs un blindage électrostatique qui supprime les perturbations apportées à la mesure par effet capacitif (main de l’opérateur, en particulier).

On notera que, en raison de la valeur relativement faible de la du circuit de mesure, l’existence éventuelle d’une médiocre résistance d’isolement entre ligne et garde G (par exem Ω ) sera sans effet sur la mesure.

■ Lors de la mesure de la résistance d’isolement intrinsèque d’

un câble coaxial,

il est nécessaire d’éliminer les courants de fuite super-

ficiels en réalisant (figure

) un enroulement de quelques spires

raccordé à la borne de garde sur la gaine isolante du câble.

Figure 3 – Méghommètre à magnéto Figure 4 – Oscillateur-élévateur de tension Figure 5 – Échelle typique d’un mégohmmètre Figure 6 – Principe d’un circuit de garde

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− 5

APPAREILS DE CONTRÔLE DE LA SÉCURITÉ ÉLECTRIQUE _______________________________________________________________________________________

2.2 Évolution des procédés de mesure 2.2.1 Mégohmmètres à générateur de courant constant

Les dispositifs d’alimentation comportant des convertisseurs élec troniques donnent la possibilité de disposer d’une sortie régulée en courant et plafonnée en tension.

Le courant constant

généré par la source S (figure

) va se par tager entre la résistance R x à mesurer, soit tance interne R grande vis-à-vis de R x .

x , et le courant

v consommé par le circuit voltmétrique de mesure ayant une résis Dans ces conditions, on pourra par exemple mesurer la résis tance d’isolement seuil prescrite de 500 k

dant à la formule (1)

Ω , sous le courant pres crit de 1 mA, sous une tension qui pourra être plafonnée à moins de 600 V, soit à un niveau nettement inférieur à celui correspon-

, qui atteignait environ 750 V (cf. §

2.1.2

). Avec

un courant

v relativement petit, par exemple 0,1 mA en fin d’échelle, la graduation de 0 à 500 k Ω sera sensiblement linéaire (figure

), avec un courant constant généré de 1,1 mA.

Pour effectuer la mesure des résistances supérieures à 500 k Ω , on utilisera la même formule en réduisant le courant constant généré à 0,1 mA, en conservant 5 M Ω pour la résistance du dispo sitif de mesure. L’échelle obtenue sera alors de forme hyperbolique avec un domaine s’étendant de 0,5 à 100 M Ω . Un avantage annexe de cette formule est que la mesure présente une sécurité positive avec une déviation en fin d’échelle pour une bonne qualité de l’iso lement, alors qu’elle était nulle dans la formule précédente.

Appareils exploitant ce procédé : — l’ISOVOC, alimenté par une batterie ; — l’IMEG 500, alimenté par une magnéto ; l’un et l’autre fabriqués par Chauvin-Arnoux.

2.2.2 Mégohmmètres à affichage numérique

Il est possible d’exploiter les possibilités offertes par les circuits intégrés convertisseurs analogie-numérique (CAN), largement uti lisés dans les multimètres, pour remplacer le galvanomètre par un afficheur numérique, généralement du type à cristaux liquides qui présente l’avantage d’une très faible consommation d’énergie.

Le dispositif de mesure utilise le principe bien connu du conver-

tisseur à intégration de tension à double rampe (figure

Les oscillations d’une base de temps incorporée, de fréquence stable 1/T, sont appliquées à un compteur qui pilote un commu tateur de tension à l’entrée d’un circuit intégrateur.

Pendant un temps défini par N 1 oscillations de période T, une première tension V 1 (tension à mesurer dans le cas des voltmètres numériques) est appliquée à l’entrée d’un circuit intégrateur repré-

senté schématiquement sur la figure

. À l’issue de ce temps

1 T, la tension appliquée à l’intégrateur est commutée sur une tension de polarité opposée V 2 (tension de référence dans les volt mètres numériques). Le nombre N 2 de périodes de l’oscillateur nécessaires pour ramener à zéro la tension U 0 de sortie de l’inté grateur satisfait à la relation : d’où :

N RC N

2 = =

---------

RC N V

1 et V 2 étant connus, l’affichage de N 2 constitue une mesure de

1 sans que la précision de R , C et T intervienne, sous réserve simplement que ces grandeurs restent stables durant cette double intégration.

Figure 7 – Mesure de la résistance d’isolement d’un câble Figure 8 – Mégohmmètre alimenté par une source de courant Figure 9 – Graduation linéaire pour les résistances de 0 à 500 k et hyperbolique pour les résistances de 0,5 à 100 M , Figure 10 – Principe d’un mégohmmètre numérique à double rampe

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______________________________________________________________________________________ APPAREILS DE CONTRÔLE DE LA SÉCURITÉ ÉLECTRIQUE

Dans le cas des mesures de résistances d’isolement (figure

), la tension

1 appliquée durant la première période sera une frac tion 1/

de la tension

appliquée à (

x +

) soit donc

x +

R i k

à laquelle on devra retrancher la fraction 1/

2 soit

pour ne retenir que

. La tension

2 appliquée durant la seconde période sera celle développée aux bornes de

, soit

. La relation définissant

2 sera :

k i N

1 =

RiN

2 d’où

x =

kR N N

2 1 Ainsi, avec

= 1 000 et correspondra à 100 M Ω

= 100 k on pourra renoncer à retrancher de Ω

, l’affichage de 1 000 points . On notera que, lorsque 1 la fraction 1/

dans l’exemple cité, n’introduit qu’une erreur d’un

est choisie d’une valeur négligeable vis-à-vis de l’étendue de mesure de de

digit V

x ce qui, , dans les limites de la tolérance du zéro.

L’avantage apparent qu’apporte l’affichage numérique en matière de précision est d’un médiocre intérêt pour les mesures d’isolement qui sont largement tributaires des conditions d’environnement. Il donne néanmoins une certaine facilité de lecture ; la baisse du coût des composants électroniques le rend très compétitif avec le galvanomètre, qui reste toutefois l’appareil le mieux adapté à la mesure rapide de ce paramètre instable.

Exemple d’appareils de ce type

: Electra (Chauvin-Arnoux), Isolavi 10 (Hartmann & Braun).

2.2.3 Mégohmmètres multitensions à réponse logarithmique

Les résistances d’isolement s’échelonnent sur un domaine consi dérable depuis une fraction de mégohm jusqu’à des milliers de gigaohms. Par ailleurs, elles sont sujettes à des variations diverses en fonction de nombreux paramètres : tension appliquée, temps d’application de cette tension, température ambiante, hygrométrie, etc. Dans ces conditions, une précision de mesure de 5 % est lar gement suffisante. Une réponse logarithmique apporte l’avantage d’une précision relative constante sur la totalité de l’échelle et la pos sibilité de faciliter la mesure en réduisant le nombre de calibres.

Ainsi, avec deux calibres couvrant chacun trois décades, on peut couvrir le domaine de 1 M Ω à 1 000 G Ω . Cette facilité est offerte par l’emploi de circuits intégrés à réponse logarithmique.

Pour apprécier par ailleurs l’influence de la tension de mesure, ces appareils sont équipés de générateurs internes multitensions et sont conçus de façon à conserver la même étendue de mesure lors d’un changement de la tension appliquée, cette tension restant par ailleurs constante sur toute la plage de mesure.

La forme d’échelle obtenue sur un appareil de ce type est repré-

sentée sur la figure

Un calibre complémentaire, fonctionnant sous courant constant de 1 mA, permet la mesure des résistances comprises entre 1 k Ω et 1 M Ω dans les conditions prévues par les normes d’installations électriques.

Appareils de ce type

: ISOL 1000, ISOL 5000 ... 5002 ... 5003 Chauvin-Arnoux.

2.3 Fonctions et caractéristiques Annexes complémentaires 2.3.1 Mesure des résistances d’isolement avec composante capacitive

C’est le cas notamment des

câbles téléphoniques

linéique est de l’ordre de 50 nF/km et pour lesquels on exige une résistance d’isolement de 10 000 M Ω · km. Ainsi, pour une ligne de 20 km, il faut s’assurer que la résistance

dont la capacité x est supérieure à 500 M en présence d’une capacité en parallèle d’environ 1 µ

F (figure

Ω

La mesure ne pourra s’effectuer qu’après achèvement de la charge du condensateur, c’est-à-dire en pratique quand le courant de charge deviendra négligeable devant le courant de mesure. Ce délai correspond approximativement à 10 fois la constante de temps

. Ainsi, dans le cas évoqué ci-dessus, la mesure deman dera 25 s avec

= 2,5 M Ω et 2,5 s avec

= 0,25 M Ω .

La présence de la capacité

rend toutefois la mesure tributaire de la stabilité de la tension variation ∆

U U

délivrée par le générateur. Lors d’une , le condensateur se comporte pratiquement comme un court-circuit et il en résulte une variation du courant de mesure : ∆

= ∆

--------

U U R

x .

Ainsi pour

= , si l’on veut limiter l’instabilité de la lecture à 5 %, il faut limiter la variation relative de la tension ∆

--------

à moins de 5 · 10 –5 .

Dans le choix de

, on voit qu’il y a un compromis à trouver entre

rapidité

stabilité de lecture

Par ailleurs, après achèvement de la mesure et coupure du circuit alimentant le générateur, le condensateur

se trouve chargé à la tension d’essai, soit couramment 500 V, et cette tension pourrait provoquer des commotions désagréables sinon dangereuses. Un

dispositif de décharge rapide

relâche le poussoir commandant la mise en service du générateur interne.

doit donc être mis en place lorsqu’on

2.3.2 Interprétations des mesures de résistances d’isolement

La mesure périodique des résistances d’isolement des matériels électriques est souhaitable dans la mise en œuvre d’une mainte nance préventive.

Toutefois, ces résistances sont tributaires des paramètres de l’environnement, comme le taux d’humidité et la température.

Vis-à-vis de cette dernière, on avance une réduction de moitié de la résistance d’isolement d’un moteur pour chaque accroissement de 10 o C de sa température (Std 43-1974 de l’AIEE). Pour faciliter l’interprétation des mesures d’isolement, des études ont été effec tuées par l’IEEE aux États-Unis, en vue de déterminer comment pouvait être mise en évidence l’existence d’une dégradation de l’isolation.

Figure 11 – Échelle typique d’un mégohmmètre à réponse logarithmique

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− 7

APPAREILS DE CONTRÔLE DE LA SÉCURITÉ ÉLECTRIQUE _______________________________________________________________________________________

■ Lors de la mise sous tension d’un isolant, il apparaît tout d’abord un courant d’absorption diélectrique qui diminue lentement, ce qui se traduit par un accroissement progressif de la résistance d’isole ment apparente. Toutefois, lorsque l’isolement est médiocre, ce phénomène est moins marqué, étant pratiquement masqué par le courant de fuite plus important s’écoulant à travers la résistance d’isolement proprement dite.

Ce phénomène a été exploité pour en tirer des

critères de qualité de l’isolation

à partir de mesures successives de la résistance d’iso lement en fonction du temps d’application de la tension.

L’

indice de polarisation

supérieur à 2.

proposé par l’IEEE est le rapport entre la valeur de la résistance d’isolement mesurée au bout de 10 minutes et celle mesurée au bout d’une minute. Quand ce rapport est infé rieur à 1,5, l’isolation est estimée mauvaise, et bonne quand il est

Ont été représentées sur la figure

quatre courbes d’évolution

d’une résistance d’isolement : I indice de polarisation égal à 3 : bon isolement ; II indice de polarisation égal à 2 : acceptable ; III indice de polarisation égal à 1,5 : douteux ; IV indice de polarisation égal à 1,1 : mauvais.

Pour réduire les temps de mesure, on peut généralement se contenter de comparer les valeurs des résistances d’isolement mesurées successivement : — la première au bout de 30 s ; — la seconde au bout d’une minute d’application de la tension.

Figure 12 – Mesure d’une résistance d’isolement ayant une composante capacitive

ratio d’absorption diélectrique

seconde mesure à celui de la première. Il indique une bonne isola tion quand il est supérieur à 1,25 et une mauvaise quand il est inférieur à 1,1.

est le rapport du résultat de la Pour mettre en œuvre ces mesures, il est utile d’incorporer un chronomètre à l’appareil effectuant la mesure des résistances d’isolement.

■ Un autre procédé pour apprécier la qualité de l’isolation s’appuie sur l’influence de la tension appliquée sur la valeur de la résistance d’isolement mesurée.

La présence de contaminants et d’humidité à la surface des isolants ou le vieillissement de ceux-ci donnent lieu à des points faibles dans la résistance d’isolement. Une augmentation sensible de la tension appliquée provoquera leur rupture et se traduira par une diminution de la valeur mesurée.

En pratique, les deux mesures devront être effectuées au bout d’un temps identique, par exemple 15 s, et le rapport des deux tensions devra être notable, par exemple de 1 à 5, pour accentuer cette influence.

Ainsi, pour du matériel fonctionnant en basse tension, soit géné ralement 230 V, la première mesure pourra être effectuée sous une tension de 200 V et la seconde sous 1 000 V.

Une réduction de 25 % ou plus de la résistance mesurée sera l’indice de la présence de salissures ou (et) d’humidité.

Appareil de ce type

chronomètre.

2.3.3 Gammes de mesure annexes

Les essais d’isolement étant prévus pour être effectués sur des installations mises préalablement hors tension, les mégohmmètres comportent généralement une gamme voltmétrique permettant de s’en assurer.

En tout état de cause, sur la gamme des mesures d’isolement, l’appareil doit pouvoir supporter sans être endommagé la présence d’une tension continue ou alternative de valeur efficace égale à 1,2 fois la tension nominale d’essai (prescription de la VDE 0413 Teil 1 article 4.g).

Par ailleurs, ces appareils comportent fréquemment un calibre de contrôle de la continuité des liaisons des masses. Ce type de

mesure fait l’objet du paragraphe 3

Figure 13 – Variations typiques de la résistance d’isolement en fonction du temps de mesure

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− 8

3. Ohmmètres de mesure des continuités

Ces appareils ont pour but de s’assurer de la continuité des liaisons équipotentielles des masses en vérifiant que leur résistance n’excède pas certains seuils.

3.1 Conditions de mesure prescrites par les normes

■

En ce qui concerne les installations électriques,

la norme NF C 15-100, au chapitre 612-2, recommande d’utiliser un courant supérieur ou égal à 0,2 A avec une tension d’alimentation comprise entre 4 et 24 V continus. De son côté, la norme VDE 0413 Teil 4 précise que la plage de mesure doit comporter au minimum la plage 0,5 à 3 Ω et que, dans ce domaine, l’erreur d’utilisation doit être inférieure à 30 %. La limite d’erreur ici envisagée est l’incertitude statistique ; celle-ci fait intervenir non seulement l’erreur intrinsèque, mais Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite.

______________________________________________________________________________________ APPAREILS DE CONTRÔLE DE LA SÉCURITÉ ÉLECTRIQUE

également les variations provoquées éventuellement par les para mètres d’influence (notamment la température dans le domaine 0 à 30 o C, la position de l’appareil pouvant faire un angle de 0 à 90 o vis-à-vis de l’horizontale, la tension de la batterie dans le domaine assigné par le constructeur). Il est recommandé que l’appareil soit muni d’un inverseur de polarité.

Par ailleurs, l’appareil doit pouvoir supporter, sans être endom magé ni présenter de danger pour l’opérateur, l’application acci dentelle d’une tension égale à 1,1 fois la tension nominale du réseau concerné par cette mesure.

Enfin, l’appareil doit être pourvu d’un dispositif permettant de contrôler que la tension de la batterie, débitant le courant utile, est bien dans le domaine assigné.

■

En ce qui concerne le matériel électrique,

prescrites peuvent différer des précédentes. Ainsi, dans la norme CEI 1010-1, la mesure de l’impédance de liaison doit être effectuée avec un courant d’essai égal à deux fois celui provoquant le déclen chement du dispositif de protection contre les surintensités équi pant ce matériel ou, à défaut, celui spécifié par le constructeur pour le circuit d’alimentation auquel est raccordé le matériel. Dans ce dernier cas, le courant d’essai minimum est de 25 A en continu et en alternatif, et l’impédance de la liaison protectrice ne doit pas dépasser 0,1 Ω .

les conditions Dans le premier cas, l’impédance de la liaison ne doit pas donner lieu à une tension supérieure à 10 V entre la borne de terre de pro tection et chaque partie accessible.

Dans les deux cas, le courant d’essai doit être maintenu durant une minute.

Les conditions d’essais évoquées ci-dessus ont été rationnelle ment conçues en envisageant les conditions les plus défavorables qui pourraient mettre en défaut le fonctionnement des dispositifs de sécurité, sans tenir compte de la probabilité de telles conditions ni des lourdeurs des moyens d’essai à mettre en œuvre.

■

Dans la pratique,

compte tenu de la multiplicité des contrôles de ce type à effectuer et de l’intérêt de disposer d’un appareillage d’essai portatif aussi léger que possible, les organismes de contrôle donnent la préférence, pour des opérations de routine, à des ohm mètres fonctionnant sous des tensions et des courants continus plus faibles. Ces conditions conduisent éventuellement à mettre en évidence des défauts de conduction provoqués par des couches iso lantes très minces, qui n’auraient pas été décelés sous une tension plus élevée mais qui constituent des défauts latents réels.

Le risque que la liaison, bien que de faible résistance, ne soit pas en mesure d’assurer le passage des courants provoquant le déclen chement des dispositifs de coupure n’est envisageable qu’en l’absence de disjoncteurs différentiels et pour des conditions de réalisation de ces liaisons tout à fait improbables.

3.2 Ohmmètres « deux fils » analogiques et numériques

Ce sont les appareils les plus utilisés pour les contrôles de routine.

Ils sont soit spécialement conçus pour cette fonction, soit fréquem ment associés à des mesures d’isolement.

Pour être en mesure d’apprécier de faibles valeurs de résistance sans demander un débit élevé à la batterie, le schéma retenu sera celui d’un «

ohmmètre shunt

» comme représenté sur la figure

Une des sorties de l’appareil est généralement reliée, au moyen d’une pince « crocodile », à la terre des masses ; tandis que l’autre, terminée par une pointe conductrice en métal dur, est mise succes sivement en contact avec les différentes parties conductrices de l’appareil qui doivent comporter une liaison de bonne qualité avec la terre des masses.

Sachant que ces contrôles s’effectuent couramment sur des ins tallations en service, une caractéristique importante de l’appareil est de pouvoir supporter l’application erronée sur la pointe de touche de la tension du secteur. Pour y faire face, les dispositions suivantes ont été prises : — d’une part, lorsque le poussoir P qui commande simultanément

trois contacts (repérés P sur la figure

entrées de l’appareil sont raccordées au voyant néon N qui s’allu mera en présence d’une tension supérieure à 100 V avertissant l’opérateur de ne pas presser ce poussoir ; — d’autre part, en cas d’application accidentelle d’une telle tension, l’appareil comporte une triple protection constituée par les deux limiteurs de tension en cascade L 1

) est en position repos, les

et L 2 et le fusible F à haut pouvoir de coupure en raison de l’importante surintensité à prévoir.

En effet, pour réaliser une graduation autorisant la mesure de résistances comprises entre 0,5 et 3 VDE 0413, il faut que la résistance interne de l’appareil ou de ses bornes, à savoir : Ω comme exigé par la norme

p ⋅

p +

s soit de l’ordre de 2 Ω , ce qui conduit à une surintensité de plus de 100 A sous 220 V. Une opération préalable de tarage nécessite l’ajustage de la résistance série vis-à-vis de

s en fonction des variations de la tension de la batterie. La résistance

s étant d’une valeur notable (en l’occurrence de l’ordre de 100

p conduisant à une variation de 20 %, n’affectera que de 0,1 %, c’est-à-dire d’une quantité négligeable, la valeur de ), son ajustage, directement sur la précision de la mesure. Celle-ci par contre est tributaire de la résistance du fusible et des cordons, qui s’ajoute à celle de la résistance

x vement de cet écart en décalant d’environ 0,1 Ω

qui intervient l’échelle, d’où un écart entre le zéro mécanique de la déviation du

galvanomètre et le zéro de l’échelle effective de lecture (figure

Appareil de ce type

: l’ISOVOC HPC de Chauvin-Arnoux.

■

Une variante

de cette formule consiste à remplacer la résistance série

s par un circuit transistorisé délivrant un courant constant dans la résistance

x à mesurer (figure

L’indicateur fonctionne ici en millivoltmètre et si le courant

qu’il dérive est petit vis-à-vis du courant constant

, on obtient une

forme d’échelle pratiquement linéaire (figure

On note qu’on peut ici, en raison de la réponse linéaire, agir sur le zéro mécanique pour décaler l’ensemble de l’échelle, afin d’éliminer l’erreur due à la résistance du fusible et des cordons de mesure.

Appareil de ce type

: Elohmi 0413 d’Hartmann & Braun.

Figure 14 – Principe de l’ohmmètre shunt Figure 15 – Échelle typique d’un ohmmètre de continuité

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APPAREILS DE CONTRÔLE DE LA SÉCURITÉ ÉLECTRIQUE _______________________________________________________________________________________

3.3 Microhmmètres « quatre fils »

Ce procédé, initialement mis en œuvre dans le pont de Thomson, (futur lord Kelvin), permet, dans la mesure des faibles résistances, d’éliminer l’influence de la résistance propre des cordons de liaison et des contacts de raccordement.

■ Dans le cas des appareils à lecture numérique directe, le schéma de principe de l’appareil (figure

) se ramène à :

— d’une part, une source de courant constant

d’un niveau convenable qui est injecté dans la résistance R x à mesurer ; — d’autre part, un voltmètre mesurant la tension

I R

x développée aux bornes de R x , ce qui constitue,

étant connu, une mesure directe de R x .

Les impédances internes du générateur de courant et du volt mètre numérique étant élevées, ce procédé rend la mesure prati quement indépendante de la résistance des cordons et des contacts. Toutefois, il apparaît qu’en se limitant à un niveau de cou rant déjà relativement élevé de 10 A, pour ne pas alourdir excessi vement la batterie incorporée dans les appareils portatifs de ce type, la tension développée aux bornes d’une résistance de 100 µΩ est de l’ordre de 1 mV.

À ce niveau, les fém générées par effet thermoélectrique, qui peuvent être de l’ordre de quelques dizaines de microvolts, ne sont pas négligeables. Pour les éliminer, il est prudent de faire la mesure avec deux courants identiques de sens opposés, et de prendre pour résultat la moyenne des deux mesures. Ces appareils sont donc avantageusement équipés d’un inverseur de polarité.

■ En utilisant le procédé de mesure dit à double rampe décrit au paragraphe

2.2.2

pour les mégohmmètres à lecture numérique, on

pourra éviter la réalisation d’un générateur de courant constant et se contenter de définir approximativement ce courant par une résis- tance série. La première tension appliquée à l’intégrateur sera celle aux bornes de la résistance R x à mesurer, tandis que la seconde sera celle aux bornes d’une résistance de référence R montée en série, parcourue par le même courant.

Ces mesures concernent notamment les contrôles de continuité des structures métalliques des aéronefs ou des métallisations de surfaces isolantes. Pour faciliter de telles mesures, on utilise deux paires de cordons raccordés à une sonde équipée de deux pointes acérées montées sur ressort, l’une des pointes assurant l’injection de courant et l’autre la prise de tension comme représenté sur la figure

Pour d’autres conditions de mesure, on utilise des paires de cor dons terminés par des pinces crocodiles dont un des mors effectue l’injection de courant et l’autre la prise de tension, pinces couram ment appelées Kelvin clips.

Appareils de ce type : — microhmmètre CA 10 Chauvin-Arnoux avec 6 calibres de 2 m Ω à 200 Ω fin d’échelle ; — milliohmmètre portatif RCP 2 JE de Sefelec avec 3 cali bres 1, 10 et 100 m Ω .

Ce dernier appareil effectue chaque mesure durant un temps limité afin de restreindre la consommation de la batterie. La mesure est ensuite conservée en mémoire durant 10 secondes.

Figure 16 – Ohmmètre shunt alimenté par une source de courant Figure 17 – Schéma de principe d’un microhmmètre 4 fils Figure 18 – Cordon bifilaire d’un microhmmètre 4 fils

4. Mesure des résistances de terre

4.1 Les différents aspects des mesures de résistances de terre 4.1.1 Définitions et méthodes de base

■

Définition

Le sol constitue un conducteur équipotentiel en l’absence de pas sage de courant.

Le réseau équipotentiel de sécurité d’une installation lui est relié au moyen d’une prise de terre ou d’un réseau de terre. Lorsqu’un courant

s’écoule par cette prise de terre du fait d’un défaut du réseau de distribution ou d’une décharge atmosphérique, une tension U apparaît entre cette prise de terre et le potentiel de terre de référence, c’est-à-dire celui existant en l’absence de courant. En pratique, ce potentiel est celui d’un point suffisamment éloigné de la prise en activité pour ne pas être affecté par le passage du courant

dans ladite prise.

Par définition, la résistance d’une prise de terre est le quotient U/

Lorsqu’un courant circule entre deux prises de terre, ce qui est le cas général lors du défaut affectant un réseau de distribution dont le neutre a été mis à la terre, cette définition n’est valable que si les deux prises de terre sont très éloignées.

● Dans ce cas, pour un sol de résistivité homogène et pour une prise de terre supposée hémisphérique de rayon r H , les surfaces équipotentielles sont des hémisphères concentriques. Si U est le potentiel de la prise de terre lors de l’écoulement du courant

, le potentiel U

du sol à une distance D du centre de l’hémisphère a pour valeur :

U D

⋅

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______________________________________________________________________________________ APPAREILS DE CONTRÔLE DE LA SÉCURITÉ ÉLECTRIQUE

et pour un sol de résistivité ρ , la résistance R de la prise de terre a pour valeur :

= ------------ 2

H ● Pour une prise quasi ponctuelle, de forme non hémisphérique, telle qu’un piquet, les surfaces équipotentielles ne sont plus hémisphériques à faible distance de la prise mais se rapprochent de cette forme au fur et à mesure qu’on s’en éloigne. Pour pouvoir exploiter dans ce domaine les résultats calculés pour les prises hémisphériques, on a défini, pour un certain nombre de formes d’électrodes de terre, les valeurs r h des rayons de prises hémisphé- riques équivalentes en matière de résistance.

Ainsi pour un piquet de terre cylindrique de diamètre d, enfoncé d’une longueur L dans la terre, le rayon r h de la prise hémis phérique équivalente a pour valeur :

h =

----------------------- ln 8

L d

1 Par

exemple

, pour

= 4 m et

= 16 mm,

h = 60,6 cm.

■

Méthodes de mesure

Les procédés de mesure de la résistance des prises de terre se ramènent pratiquement à injecter un courant

dans ladite prise au moyen d’un générateur adéquat et d’une prise de terre annexe, dite prise d’injection de courant, et à mesurer la tension R

apparaissant entre la prise concernée et le potentiel de référence de la terre. En réalité, cette méthode n’est valable que si la prise de terre d’injection se trouve placée à une très grande distance de la prise à mesurer, c’est-à-dire supérieure à plusieurs centaines de fois son rayon hémis phérique équivalent. Ce n’est généralement pas le cas dans la pratique ; il existe alors une interaction entre la résistance de terre de la prise à mesurer et celle de la prise auxiliaire d’injection.

Si l’on trace (figure

) la courbe du potentiel vis-à-vis de la terre

de référence le long de la droite reliant la prise de terre A à mesurer à la prise de terre d’injection C, on constate que ce potentiel s’annule à la mi-distance de AC.

Cette courbe a été tracée en trait plein pour un sol homogène, dans le cas d’une prise constituée par le piquet de 4 m évoqué plus haut et une prise auxiliaire C placée à une distance AC de 24 m.

Les courbes en tirets représentent l’évolution du potentiel qui aurait été obtenue dans le cas où les prises d’injection de chacune des terres A et C seraient très éloignées et ce pour un même courant.

La courbe en trait plein est la somme algébrique de ces deux courbes. Pour mesurer entre A et l’électrode auxiliaire B le potentiel U définissant la valeur de la résistance de terre, le calcul montre qu’il faut placer B non au centre de AC mais à une distance de A égale à 62 % de AC. Dans le cas évoqué, placer B au centre de AC conduirait à une erreur par défaut de 2,5 %.

Il va de soi que ce calcul reste théorique et assez éloigné de la réalité courante de sols non homogènes. En pratique, on cherchera à éloigner au maximum la prise d’injection C de la prise de terre à mesurer et on s’assurera qu’en déplaçant le piquet B de quelques % de part et d’autre du point 62 %, les valeurs mesurées varient peu.

4.1.2 Mesure de la résistivité des sols

Dans la mesure du possible, l’implantation d’une prise de terre et son dimensionnement doivent être précédés de mesures de résis tivité du sol. Pour ces mesures, la méthode la plus utilisée est celle

de Wenner (figure

Quatre piquets identiques sont placés en ligne à des espace ments égaux a et enfoncés à des profondeurs égales b.

Figure 19 – Potentiel de la prise de terre B vis-à-vis de la terre de référence entre les prises de terre A et C Figure 20 – Mesure de la résistivité du sol (méthode de Wenner)

Les piquets extrêmes servent à l’injection d’un courant

et l’on mesure la tension ∆ U développée entre les deux piquets intérieurs.

Quand la profondeur d’enfoncement b est petite vis-à-vis de l’espacement a, soit pratiquement inférieure à a/10, la résistivité ρ a pour expression : ρ = 2 π

a I

en ohms · mètres quand a est exprimé en mètres, ∆ U en volts,

en ampères.

La profondeur de sol concernée par cette mesure correspond environ aux 3/4 de l’espacement a des piquets. On augmentera cette distance si l’on veut apprécier la résistivité des zones plus profondes du sol. Ainsi, pour évaluer la résistance escomptable d’une prise de terre de rayon hémisphérique r H , il convient pratiquement de mesurer la résistivité du sol jusqu’à une profondeur de 4r H .

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APPAREILS DE CONTRÔLE DE LA SÉCURITÉ ÉLECTRIQUE _______________________________________________________________________________________

Il est important de noter que la conduction du sol est de type électrolytique et se trouve donc notablement affectée par le

taux d’humidité du sol et sa température.

deux paramètres.

Ainsi, la résistivité s’accroît d’environ 3 % par degré Celsius de baisse de température.

L’influence de l’humidité est encore plus notable. Lors d’une mesure de résistivité, il convient donc de relever la valeur de ces

4.2 Ohmmètres de terre utilisant la méthode de compensation

C’est la méthode la plus ancienne, utilisée notamment dans les appareils équipés de générateurs à magnéto entraînés manuelle ment, mais aussi dans certains appareils générant les courants de mesure au moyen d’oscillateurs électroniques alimentés par des batteries.

Une source S injecte un courant alternatif

dans le circuit compor tant la terre à mesurer X et la prise de terre auxiliaire Z (figure

Le courant

traverse le primaire du transformateur d’intensité T dont le secondaire délivre un courant proportionnel et en opposition de phase dans le potentiomètre P.

Ce potentiomètre, gradué en ohms, est manœuvré jusqu’à délivrer une tension égale et opposée à celle existant entre les prises Y et X v .

L’égalité des deux tensions est constatée au moyen du galvanomètre de zéro G. La composante continue éventuelle est éliminée par le condensateur

filtre F. La détection synchrone D a pour effet de supprimer l’influence de composantes alternatives de fréquences différentes de celle du courant de mesure en quadrature résultant d’un léger déphasage introduit par le trans formateur T.

et la composante 50 Hz fortement atténuée par le

ainsi que celle d’une éventuelle composante On notera que ce procédé permet, dans son principe, de rendre la mesure indépendante d’une part de la résistance de la prise de potentiel Y et d’autre part, dans certaines limites, de la valeur du courant injecté

, valeur dépendant notamment de la résistance de la prise de terre auxiliaire Z.

On peut obtenir plusieurs étendues de mesure en changeant le rapport du transformateur d’intensité T.

L’emploi du courant alternatif, nécessaire pour éviter les phéno mènes de polarisation, permet par ailleurs de s’affranchir de l’influence des tensions continues éventuellement présentes, qu’elles soient d’origine électrochimique ou générées par les voies de chemin de fer équipées de la traction électrique. Reste à choisir une fréquence suffisamment différente de celles du secteur et de ses harmoniques, sans pour autant être trop élevée pour ne pas fausser la mesure du fait de l’existence d’une composante réactive dans le circuit de terre à vérifier. La norme VDE 0413 Teil 5 prescrit de choisir cette fréquence dans le domaine 70 à 140 Hz, sous réserve qu’elle s’écarte d’au moins 5 Hz des harmoniques des fré quences fondamentales 16 2/3 , 50 et 60 Hz. Par ailleurs, pour la sécurité de l’opérateur, cette même norme précise que la tension générée doit rester inférieure à 50 V, sauf lorsque le débit est main tenu inférieur à 10 mA.

Nota :

ces limites seront sans doute reconsidérées pour respecter les directives de la nouvelle norme CEI 1010-1 qui les ramène respectivement à 42,4 V crête pour la tension et 5 mA crête pour le courant.

Ces limites peuvent toutefois être dépassées lorsque leur durée reste inférieure à 0,2 s.

Le fabricant doit préciser les limites acceptables pour les résis tances des prises de terre auxiliaires Y et Z. Les valeurs proposées par la VDE 0413 Teil 5 sont :

Y < 400

Z < 100

X avec un plafond de 50 k Ω pour l’une et l’autre.

Figure 21 – Principe de la mesure d’une résistance de terre par la méthode de compensation

Ainsi, pour

rieure à 10 000 X Ω = 100 Ω , la résistance de la prise tant une résistivité de 3 000 Ω

Z devra être infé ce qui, pour des piquets enfoncés d’une vingtaine de centimètres, correspond approximativement à des sols présen · m (sol pierreux, sable silicieux, calcaire...).

La norme VDE 0413 prescrit par ailleurs que l’appareil devra pouvoir accepter sans dégradation de la mesure un niveau de tension parasite (secteur et ses harmoniques) égal à : 1 +

X 10 en volts soit 2 V pour

X = 100 Ω et 4,2 V pour

X = 1 000 Ω .

4.3 Ohmmètres de terre à lecture numérique directe

La substitution des oscillateurs électroniques aux magnétos entraînées manuellement a été suivie du perfectionnement de ces générateurs pour les transformer en sources de courant d’amplitude constante dans un large domaine de variation de la résistance de la prise d’injection Z. La tension

mesurée entre X et la prise de potentiel Y peut alors constituer une mesure directe de

X , sous réserve que cette tension soit mesurée au moyen d’un voltmètre à forte impédance d’entrée précédé d’un filtre atténuant les compo santes à la fréquence du secteur et de ses harmoniques et suivi d’un redresseur synchrone ne prenant en compte que la composante du

signal en phase avec le courant injecté (figure

La tension délivrée par la source S étant plafonnée à 50 V, plu sieurs niveaux de courants

1 , , ... peuvent être choisis suivant les valeurs de résistances

3 La tension issue de l’amplificateur est numérisée au moyen d’un convertisseur analogique-numérique (CAN) qui pilote un afficheur généralement du type à cristaux liquides.

Les prescriptions relatives à ce type d’instruments font l’objet de la norme VDE 0413 Teil 7 avec :

Y < 100

Z < 20

X composante parasite < 10 (

Y –

X ) Il s’est avéré que les conditions effectives d’exploitation nécessitaient d’accepter des niveaux de tensions parasites net tement supérieurs aux exigences de la norme précitée et l’on trouve

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− 12 Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite.

______________________________________________________________________________________ APPAREILS DE CONTRÔLE DE LA SÉCURITÉ ÉLECTRIQUE

des réalisations commerciales de ce type, tel le Terca 2 de Chauvin-Arnoux, qui tolèrent des niveaux de tensions parasites de l’ordre de 20 V crête.

En tout état de cause, ces appareils sont pourvus de dispositifs sonores ou visuels alertant l’opérateur lorsque les conditions auto risant une mesure correcte ne sont pas remplies, à savoir : — résistances des prises de terre auxiliaires trop élevées ; — dépassement du niveau limite toléré pour les tensions parasites ; — erreur de raccordement des prises de terre auxiliaires ; — batterie déchargée.

Ce type d’appareil a donné lieu à des versions entièrement auto- matisées, dans lesquelles la valeur du courant de mesure et le gain de l’amplificateur sont simultanément sélectionnés automatique ment pour mesurer dans les meilleures conditions de précision la résistance de la terre testée.

On peut citer dans ce domaine : — le TELLUROHM CA2 Chauvin-Arnoux ; — l’ELOHMI Z — le DET 2/2 Hartmann & Braun ; Biddle.

4.4 Mesures de l’impédance de terre en haute fréquence

Ces mesures ont essentiellement pour objet d’apprécier les risques de perturbation des équipements électroniques provoqués par le comportement des prises de terre en régime transitoire. Un fonctionnement erroné de ces équipements peut avoir indirectement des conséquences dangereuses pour le personnel. Elles concernent plus particulièrement les terres de référence des circuits électro niques, distinctes des prises de terre de sécurité, et désignées « terres sans bruit » suivant la référence 5018 de la publication 417 de la CEI.

On cherche ici à définir l’impédance Z de la terre en régime d’impulsion, dite Z

impulsif

. En partant d’une valeur R de la terre mesurée en basse fréquence, on définit une « efficacité d’électrode » en régime impulsif, égale au quotient

Z impulsif R

Les fronts de montée de certaines décharges étant de l’ordre de quelques nanosecondes, il convient pratiquement d’effectuer un relevé de mesures dans le domaine 0 à 20 MHz.

La mesure, simple dans son principe, consiste pour chaque fré quence à mesurer la tension développée entre la terre concernée et la terre de référence, ainsi que la valeur du courant injecté. Elle est toutefois délicate à réaliser et nécessite un matériel relative ment important.

On peut se reporter au document de M. Massat de la direction technique de TDF : « Mesure du module de l’impédance de terre en

fonction de la fréquence

associée [2] .

■ Dans le cas de coups de foudre, on a affaire également à des impul sions très brèves mais de très fortes amplitudes. Le champ électrique au voisinage de la prise de terre atteint des niveaux qui donnent lieu à des claquages réduisant la valeur apparente de la résistivité du sol.

On ne peut plus alors définir une valeur de l’impédance de la prise de terre, mais relever une courbe de l’évolution de celle-ci en fonction du courant et du temps.

5. Mesure des résistances de boucle

5.1 Objet de la mesure et principes des méthodes mises en œuvre

On peut distinguer trois applications des mesures de résistances de boucle : mesure indirecte d’une terre locale, évaluation d’un courant de court-circuit, mesure d’une terre raccordée à un réseau de terres.

5.1.1 Mesure d’une terre locale

Le schéma de principe de la mesure est indiqué sur la figure

; elle correspond à une distribution TT. R x est la résistance de la terre locale à mesurer. R 0 est celle de la terre du neutre du poste de distribution.

Dans un premier temps, on mesure la tension U entre une phase et la terre locale.

Dans un second temps, on ferme l’interrupteur P provoquant le passage d’un courant dans cette terre R x et dans la terre R déduit la valeur de la résistance de boucle R 0 + R x 0 du poste.

Sous l’effet de ce débit, la tension U tombe à la valeur U’. On en par la relation :

0 +

x =

–

′

Figure 23 – Mesure d’une terre locale avec un ohmmètre de boucle Figure 22 – Ohmmètre de terre à lecture numérique directe

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R 1 040

− 13

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La valeur

0 +

x permet d’évaluer le courant débité en cas de défaut franc d’une phase à la terre et de s’assurer qu’il est d’un niveau suffisant pour provoquer le déclenchement des disjoncteurs de protection. Il est important de savoir si, dans ces conditions, l’élévation de tension de la terre locale n’excède pas les limites de sécurité, ce qui nécessite la connaissance de de la valeur globale

0 +

x .

x indépendamment On peut, en général, considérer que

0 est petite vis-à-vis de

x et que la mesure effectuée constitue une approximation suffisante de la valeur de

x .

On peut toutefois éliminer cette incertitude si l’on est en mesure de réaliser une prise de terre auxiliaire au potentiel de la terre de référence. Dans un tel cas, on procédera comme plus haut, mais, l’interrupteur P étant fermé, le voltmètre sera commuté sur la prise de terre de référence et on relèvera alors une troisième mesure

U’’

de la tension sous débit entre phase et terre de référence. On pourra alors en déduire :

x =

″ –

′

′ ⋅

5.1.2 Évaluation du courant de court-circuit

Le principe de la mesure est le même que précédemment, sauf

à substituer le neutre (ou une autre phase) à la terre (figure

En désignant par source et en effectuant comme plus haut une première mesure de la tension

U r

b la résistance de la boucle constituant la à vide et une seconde

U’

l’interrupteur P fermé, on en déduira :

b =

–

′

′ d’où

court-circuit =

------

b En réalité, il existe généralement dans la boucle une composante inductive ω non négligeable vis-à-vis de la partie résistive

r et conduisant à lui substituer une

impédance de boucle

b =

+ j ω Cette composante réactive provoque, comme représenté dans le diagramme vectoriel (figure

), un déphasage

Ψ entre la tension

U’

en charge et la tension

à vide. Pour déterminer

ici de relever non seulement

U’

b il conviendra mais également Ψ et l’on en déduira :

b =

–

′

′ 1 + 2

U U

1 – – cos ′ Ψ 2 )

d’où

court-circuit =

---------

5.1.3 Mesure d’une terre raccordée à un réseau de terres

Un réseau de terres comporte un certain nombre de terres reliées entre elles par un conducteur de terre. L’ensemble est schémati quement représenté sur la figure

. Si l’on génère une fém

dans le circuit d’une des terres

x du réseau, on provoquera la circulation d’un courant

déterminé par la relation :

--------------------------------

x +

1 ------------------ ∑

R k k

= 1

Figure 24 – Mesure du courant de court-circuit avec un ohmmètre de boucle Figure 25 – Diagramme de courants de mesure lors de l’évaluation de l’impédance de boucle Figure 26 – Mesure d’une terre locale raccordée à un réseau de terres

Si le nombre

de terres est suffisamment élevé, la résistance

k n

∑ = 1 1

R k

des

terres en parallèle peut être considérée comme négli geable vis-à-vis de

x et on pourra en déduire

x =

la mesure du courant

généré par la tension connue

à partir de

5.2 Procédés de réalisation 5.2.1 Mesures exploitant la variation de la tension phase-terre sous l’effet d’un débit

■ L a

m i s e e n œ u v r e d e c e t t e m é t h o d e

é v o q u é e a u paragraphe

5.1.1

et, sous une forme similaire, au paragraphe

à une demi-période entière du courant.

5.1.2

heurte, en régime continu, soit au risque de provoquer le déclenche ment des disjoncteurs différentiels, soit à celui de conduire à une dis sipation excessive de puissance dans la résistance de charge. La solution retenue consiste à ne mettre la charge en service que durant un temps bref, correspondant généralement soit à une période soit La séquence des mesures, initiée par l’opérateur, est ensuite pilotée par un microprocesseur qui effectue les mesures successives de

et de

U’

et ensuite le calcul (cf. § 5.1.1

) :

0 +

x =

–

′

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à partir de la valeur de la résistance de charge deux mesures

U’ R

. Cette dernière est sélectionnée par l’opérateur en fonction du domaine de mesure utile retenu et se trouve simultanément entrée dans la mémoire de données du microprocesseur. Pour réduire les erreurs éventuelles provoquées par des variations de la tension du secteur entre les , l’appareil pourra être programmé pour effectuer une séquence de plusieurs mesures et fournir la moyenne des résultats obtenus.

■ Ce type d’appareil a fait l’objet de la valeur angulaire de son argument.

norme

VDE 0413 Teil 3. Elle prescrit notamment que la résistance de charge peut être soit une résistance pure, soit une impédance comportant une composante inductive mais, dans ce dernier cas, le fabricant devra préciser la Dans tous les cas, l’écart entre l’argument de l’impédance de charge et celui de la résistance de boucle à mesurer ne devra pas excéder 15 o . On notera qu’un tel écart conduit à une erreur systéma tique maximale de l’ordre de 3 %, erreur qu’on peut estimer compa tible avec la tolérance de 30 % exigée par cette même norme dans les conditions d’utilisation.

■ Le même appareil est généralement conçu pour fournir des

valeurs de courants de court-circuit

ment à la terre par le branchement au neutre et en complétant le calcul de la résistance de boucle

b en remplaçant le branche par celui du courant de court circuit

b .

La mesure reste affichée quelques secondes pour en permettre la lecture avant que l’appareil ne se vide des données acquises et ne soit prêt à effectuer de nouvelles mesures.

■ Bien que le temps de passage du courant dans la résistance de charge soit bref, l’

énergie dissipée

certains calibres et pourrait provoquer un échauffement excessif en cas de mesures successives faiblement espacées dans le temps.

Lorsqu’une telle surcharge se produit, la commande de mise en charge se trouve bloquée et les mesures interrompues jusqu’à ce que le refroidissement soit suffisant.

reste néanmoins notable sur Ces appareils sont également pourvus de voyants signalant d’éventuelles erreurs de branchement, notamment l’inversion du branchement du neutre et de la phase qui interdirait le fonction nement de l’appareil.

5.2.2 Appareil utilisant une pince-transformateur à deux tores

Le schéma de principe de la mesure est celui indiqué au

paragraphe 5.1.3

Pour générer la tension

dans le circuit, on utilise un transfor mateur, au travers duquel passe le conducteur raccordé à la terre

x à mesurer. Ce conducteur constitue un secondaire d’une spire.

En appliquant aux bornes de l’enroulement primaire du tore une tension alternative de quelques kilohertz, on pourra générer dans cette spire secondaire une tension de quelques centaines de milli volts. Pour une résistance

x de quelques dizaines d’ohms, le cou rant débité dans le circuit sera de l’ordre de 10 mA et pourra être mesuré avec une précision suffisante au moyen d’un transforma teur-tore récepteur réalisé dans un matériau à haute perméabilité.

Pratiquement, le dispositif de mesure (figure

comme une pince transformateur classique.

) comporte une pince équipée de deux circuits magnétiques coupés liés mécani quement entre eux, lui permettant ainsi d’être manœuvrée aisément L’un des tores a son bobinage alimenté par un générateur fournis sant une tension d’amplitude et de fréquence constantes. Le courant induit dans l’enroulement du tore récepteur, courant proportionnel à celui circulant dans le conducteur de terre, est amplifié, filtré et redressé au moyen d’un redresseur synchrone piloté par le générateur.

Figure 27 – Pince à deux tores pour mesure d’une terre

Le dispositif de mesure terminal est un afficheur numérique piloté par un convertisseur analogique-numérique, du type de ceux utilisés dans les multimètres numériques.

La fréquence relativement élevée de la tension induite, conjuguée à la présence inévitable d’une composante inductive dans le circuit du conducteur de terre, ne permet pas d’envisager avec cet appareil une mesure significative de résistances de faibles valeurs, c’est-à-dire inférieures à quelques ohms. Cet inconvénient reste sans importance lorsque la mesure n’a pour objet que de s’assurer que cette résistance reste inférieure à un certain seuil et que la continuité de la liaison du réseau à la terre contrôlée est bien effective.

6. Appareils de contrôle des tenues diélectriques

6.1 Conditions de mesure prescrites

L’objet de ces appareils est de vérifier que les équipements élec triques ont été réalisés de manière à être en mesure de tolérer, entre circuits internes et enveloppe externe en contact avec l’utilisateur, les surtensions pouvant être introduites par le réseau qui les alimente ou engendrées par des manœuvres de coupure de charges induc tives branchées en parallèle sur le même réseau. Cette

tenue aux surtensions

est acquise, d’une part, grâce au dimensionnement suf fisant des lignes de fuite et des distances dans l’air et, d’autre part, en utilisant des isolants solides de qualité suffisante.

Des essais de type effectués sur un prototype et des têtes de série permettent de s’en assurer, mais il est nécessaire de garantir le suivi des fabrications par des essais unitaires de contrôle, couramment appelés

essais de claquage.

L’appareillage d’essai correspondant doit pouvoir générer les ten sions prescrites par les normes dans les conditions d’application qu’elles prévoient, à savoir : — montée progressive de la tension en un temps limité (par exemple moins de 10 s) jusqu’à la valeur prescrite, afin d’éviter les surtensions associées au régime transitoire qui résulterait de l’application brutale de ladite tension ; — maintien ensuite de cette tension pendant une durée d’une minute.

Les

tensions d’essais

doivent généralement être des tensions alternatives sinusoïdales à la fréquence du secteur mais, dans certains cas, les essais doivent être effectués en tensions continues.

Les postes d’essais sont donc généralement construits pour fournir tensions continues ou tensions alternatives. Ces dernières pré sentent l’inconvénient de conduire à des débits non négligeables en présence de charges capacitives, ce qui exige de disposer alors d’une puissance suffisante.

La norme EN 60335-1

et analogues

male de 500 VA. Elle précise que l’apparition d’effluves n’entraînant pas une chute de la tension appliquée ne sera pas retenue comme « défaut de tenue diélectrique ».

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Le schéma de base d’un poste d’essai en tension alternative est

représenté sur la figure

. Le primaire du transformateur haute

tension THT est alimenté par une tension manuellement ajustable au moyen de l’autotransformateur à curseur AT. La haute tension, appliquée entre les bornes reliées entre elles et la masse de l’équi pement sous test E, est mesurée au secondaire du transformateur THT au moyen du voltmètre V. Le courant débité par le dispositif d’essai traverse une résistance

. La tension développée aux bornes de cette résistance permet, d’une part, de mesurer le courant débité

(en mA) et, d’autre part, de provoquer le déclenchement du disjoncteur D quand ce courant dépasse un certain seuil.

La définition de la

non-tenue diélectrique

donnée dans les normes est celle d’un amorçage franc et donc pratiquement éviter cet effet, ce qui est naturellement souhaitable au niveau des contrôles de fabrication, un certain nombre de dispositions ont été proposées (§

6.2

ci-dessous).

destructif

. Pour

6.2 Appareils d’essais non destructifs

première solution

tillon à l’autre.

proposée est de provoquer le déclenchement du disjoncteur D (figure

) quand le courant

dépasse un seuil rela tivement bas, indiquant néanmoins l’existence d’un courant d’ioni sation préludant au claquage. Ce procédé se révèle toutefois d’une application aléatoire, notamment en présence d’un courant capacitif relativement important et pouvant varier quelque peu d’un échan On peut éliminer en grande partie cette difficulté en effectuant

un redressement synchrone du courant (figure

) :

ionisation +

capacitif soit

i +

c redressement en phase avec la tension

composante capacitive

c déphasée de π , ce qui tend à éliminer la /2 par rapport à

Toutefois, cette mesure reste celle d’une valeur moyenne du courant d’ionisation et non de l’

amplitude

des pointes de courant qui préludent au phénomène de rupture diélectrique, si bien que ce procédé reste partiellement destructif, notamment pour le test des équipements électroniques.

■ Indépendamment de l’amélioration du mode de détection des phénomènes préludant au claquage, il est nécessaire, dans cette éventualité, pour éviter notamment la destruction de certains composants électroniques, de provoquer très rapidement l’

annula tion de la haute tension d’épreuve.

Pour ce faire, on a été conduit : — d’une part, à remplacer le disjoncteur électromécanique D par un interrupteur électronique du type thyratron ou triac, qui intervient en moins de 10 ms par coupure au passage par zéro de la tension alimentant le primaire du transformateur haute tension ; — d’autre part, à court-circuiter simultanément les sorties haute tension pour assurer l’annulation rapide des tensions résiduelles d’origine inductive ou capacitive.

■ Pour affiner le critère de détection du phénomène d’amorçage, en éliminant simultanément l’effet de la composante capacitive du courant de fuite, on a essayé de prenant en compte :

quantifier l’énergie

mise en œuvre lors des pics de courant d’ionisation préludant à ce phénomène, en — d’une part, l’amplitude ∆

de ces pics et non l’amplitude du courant de fuite ; — d’autre part, le temps

définie de la variation ∆

soit ( durant lequel un seuil d’amplitude ∆

) s était dépassé.

L’opérateur devra donc programmer deux paramètres ( ∆ i ) s et t dont l’association sera retenue comme décelant un claquage sans les destructions irréversibles qui l’accompagnent. Les ordres de grandeur proposés par les fabricants de ces appareils sont : 1 mA pour ( ∆ i ) s

Figure 28 – Schéma de principe d’un poste d’essais diélectriques Figure 29 – Déphasage entre courant d’ionisation et courant capacitif

Ce procédé appelle toutefois certaines remarques.

Tout d’abord, ce procédé reste tributaire d’une variation transitoire de la tension U qui, associée à la capacité propre C de l’appareil en essai, provoquerait des pics de courant intempestifs

C t

conduire à des disjonctions non significatives.

pouvant Par ailleurs, ce type d’appareil est avantageusement associé à des dispositifs électroniques permettant la programmation de la rampe de montée en tension et de la durée du palier ; ces disposi tifs ne disposent que d’une puissance limitée correspondant à un courant de court-circuit ne dépassant pas quelques milliampères. Il s’ensuit une limitation de l’amplitude des pics de courant succes sifs, donc des phénomènes d’ionisation à l’origine de la rupture diélectrique. Dans ces conditions, il apparaît qu’un équipement peut satisfaire à une épreuve diélectrique réalisée avec un poste d’essai de faible puissance, alors qu’il donnerait lieu à un claquage avec un appareillage d’essai de puissance plus élevée.

En conséquence, les postes d’essais de faible puissance et notam-

ment ceux du type non destructif sont très utiles pour la surveillance d’une fabrication, mais doivent être interprétés avec circonspection.

Seuls les appareils disposant d’une puissance suffisante (500 VA) peuvent permettre des essais de réception ayant une valeur contractuelle.

Peuvent être citées les réalisations commerciales suivantes : ● ● p o s t e d ’ e s s a i s 5 0 0 V A : d i é l e c t r o m è t r e M C 5 B Chauvin-Arnoux : 2,5 et 5 kV ; postes d’essais non destructifs : PHT 631 E de la Française d’Instrumentation, MPCF 45 A de Séfélec : 6 kV.

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7. Appareils de mesure des courants de fuite

7.1 Principe de la mesure des courants de fuite et ses limitations

Cette mesure concerne les équipements alimentés par une distri bution électrique dont le point de référence, soit généralement le neutre, est relié à la terre des masses, c’est-à-dire des types TN et TT. Dans un tel cas, la somme des courants instantanés

1 +

2 +

alimentant le matériel récepteur est nulle, sauf en cas de défaut d’isolement donnant lieu à un courant de fuite

f 3 dont la valeur ins tantanée sera

f =

1 +

2 +

3 (figure

En passant aux valeurs efficaces et à leur représentation vecto rielle, on aura :

f =

1 +

2 +

3 Sans préjuger des conditions dans lesquelles cette fuite se produit, on pourra en effectuer la mesure en réalisant la sommation vecto rielle des courants d’entrée, soit, dans le cas représenté d’une alimentation triphasée 3 fils, la somme

1 +

2 +

3 .

Cette méthode appelle néanmoins

certaines réserves

: — tout d’abord, il existe une fuite de courant normale par voie capacitive ; dans le cas du triphasé, si les capacités relatives à chacune des trois phases sont égales, la somme des trois courants capacitifs sera nulle et la mesure ne sera pas perturbée, il n’en sera pas de même pour une charge monophasée et cette fuite apparente constituera un seuil d’appréciation d’un défaut d’isolation ; — par ailleurs, dans le cas du triphasé, si les trois courants comportent un taux non négligeable d’harmonique 3, les trois composantes correspondantes se retrouveront en phase et s’addi tionneront arithmétiquement lors de la sommation vectorielle

1 +

2 +

3 ; ce dernier phénomène peut même se traduire, dans certains cas extrêmes, par une surcharge du conducteur neutre, généralement dimensionné pour accepter au maximum un courant égal sinon inférieur à celui de chacune des phases.

Malgré ces réserves, la méthode de surveillance des courants de fuite à la masse au moyen de la sommation vectorielle des courants consommés par un équipement électrique a été largement exploitée soit sous forme d’appareils de protection à poste fixe tels que les

disjoncteurs différentiels

(§ 7.3) , soit dans la réalisation de disposi-

tifs portatifs de recherche des défauts comme les

pinces courant de fuite

(§ 7.2) .

Dans les deux cas, la sommation vectorielle est effectuée au niveau d’un transformateur dont le primaire comporte autant d’enroule ments qu’il existe de conducteurs alimentant la ligne ou le matériel surveillé, hormis le conducteur de sécurité raccordé à la terre des masses, mais y compris éventuellement le neutre s’il est distribué.

7.2 Pinces de mesure des courants de fuite

Pour déceler l’existence d’un courant de fuite et en évaluer le niveau, on peut réaliser la sommation vectorielle des courants alimentant une charge en faisant passer les conducteurs correspon dants à l’intérieur du tore coupé constituant une pince transfor mateur du type utilisé couramment pour les mesures d’intensité (figure

). Le courant délivré par le bobinage du tore fournira une

mesure du courant de fuite, sous réserve que cette pince respecte strictement certaines caractéristiques constructives.

Son fonctionnement correct exige en effet qu’en l’absence de courant de fuite, mais en présence d’un courant notable passant dans les conducteurs qu’elle enserre, le courant délivré par le bobi nage des deux demi-tores soit nul.

A été schématisé sur la figure

le cas d’une pince fermée sur

les deux conducteurs d’une alimentation monophasée. Le courant passant dans ces deux conducteurs donne naissance à un flux magnétique qui se divise en deux demi-flux qui cheminent en sens opposés, en parcourant chacun une moitié du tore et traversant chacun un certain entrefer résiduel aux parties jointives des deux demi-tores. Pour que la tension induite dans l’enroulement total de la pince soit nulle, deux conditions sont nécessaires : — les spires constituant cet enroulement doivent être uniformé ment réparties le long de la circonférence du tore, avec un nombre identique de spires pour chaque demi-tore ; — les entrefers résiduels de chacun des joints du circuit magné tique doivent être aussi petits et aussi semblables que possible, ce qui implique qu’ils soient soigneusement rectifiés et maintenus ensuite en parfait état de propreté.

Ces mêmes conditions sont d’ailleurs à respecter pour que la pince soit insensible à la présence d’un champ magnétique exté rieur (supposé uniforme).

Eu égard à la difficulté de satisfaire pleinement à ces deux exigences,

la limite inférieure du courant de fuite

blement détecté se situe environ au 1/1 000 de l’intensité parcourant les conducteurs concernés.

pouvant être vala-

Figure 31 – Emploi d’une pince pour la mesure des courants de fuite Figure 32 – Flux parasites dans une pince de mesure des courants de fuite Figure 30 – Définition du courant de fuite

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APPAREILS DE CONTRÔLE DE LA SÉCURITÉ ÉLECTRIQUE _______________________________________________________________________________________

7.3 Dispositifs de coupure commandés par les courants de fuite

Le dispositif de base est l’i

nterrupteur différentiel

schématisé sur

la figure

dans le cas de la surveillance d’une alimentation mono-

phasée. Il comporte un transformateur-tore ou similaire dont le pri maire est constitué par une ou plusieurs spires de chacun des conducteurs, tandis que le secondaire commande le déclenchement de l’interrupteur bipolaire quand le courant de défaut atteint un certain niveau. On peut simuler artificiellement un courant de défaut en fermant le poussoir de test PT afin de s’assurer du bon fonction nement du dispositif.

L’interrupteur différentiel est souvent complété d’un disjoncteur de protection contre les surcharges, auquel cas il prend l’appella tion de

disjoncteur différentiel.

Les caractéristiques de fonctionnement de ces deux dispositifs sont définies dans les normes françaises UTE C 60-130, NF C 61-140, NF C 61-420, NF C 62-411.

La valeur nominale du courant de fuite provoquant la coupure est appelée

∆ n .

Le déclenchement doit effectivement se produire pour un courant de fuite compris entre 1 2

∆ et

∆ n et ne pas avoir lieu pour un courant inférieur ou égal à 1 2

∆ .

Une série de valeurs dites normales a été proposée dans la norme NF C 61-420 pour les courants

∆ n de déclenchement définissant la « taille » de ces dispositifs, à savoir : 6, 12, 30, 100, 300, 500 et 1 000 mA Les tailles inférieures ou égales à 30 mA concernent des modèles dits

à haute sensibilité

et celles supérieures à 30 mA ceux

de moyenne sensibilité.

Les pouvoirs de coupure doivent être au minimum de 1 500 A.

Une autre caractéristique importante est le

temps de déclen chement

en fonction du niveau relatif du courant de défaut. Pour les modèles à haute sensibilité, les temps limites de déclen chement sont les suivants : (0)

Courant de fuite

∆ n 2

∆ n 10

∆ n

Temps de déclenchement maximal

200 ms 100 ms 30 ms Les disjoncteurs à moyenne sensibilité peuvent être pourvus d’une temporisation pour éviter les déclenchements intempestifs provoqués par certains régimes transitoires avec des valeurs s’échelonnant de 0,1 à 3 s.

■ Les

disjoncteurs différentiels de branchement

ont, par ailleurs, pour rôle de limiter la puissance consommée par l’abonné à celle souscrite contractuellement. Dans cette catégorie, la norme NF C 62-411 prévoit des modèles dits « sélectifs » avec des temps de déclenchement différentiel légèrement plus importants que ceux des dispositifs à haute sensibilité, en restant néanmoins dans les limites de la courbe de sécurité.

7.4 Appareils de contrôle des dispositifs de coupure différentiels

Pour le contrôle des caractéristiques de fonctionnement de ces dispositifs, la norme NF C 15-100 dans l’annexe B à la partie

6 propose deux méthodes (figure

) :

p — la première consiste à brancher une résistance variable R mètre monté en série avec cette résistance ; autre conducteur actif en aval.

p entre une phase et la terre en aval du disjoncteur différentiel DR ; cette résistance est progressivement réduite et on relève le courant provoquant le déclenchement, courant mesuré par un milliampère — la deuxième méthode nécessite de déconnecter la charge et de générer un courant différentiel en branchant la résistance variable entre un des conducteurs actifs en amont du disjoncteur et un Les réalisations commerciales d’appareils destinés à contrôler les caractéristiques principales des dispositifs de protection diffé rentiels exploitent l’une et l’autre de ces méthodes.

■

La première méthode

est mise en œuvre en tablant sur une précision de ± 10 % de la valeur effective de la tension entre phase et terre, soit 230 V, et en suscitant une série de paliers de courant à des valeurs correspondant aux 0,5 déclenchement.

∆ n et

∆ n des tailles standards au moyen de résistances fixes sélectionnées par un commutateur (5, 10,15, 30, 50, 100 mA, etc.). Pour limiter l’énergie dissipée dans ces résistances, le courant n’est injecté que pendant une durée limitée à 1 s et ce, à partir de demi-périodes dont on peut faire varier la polarité. Simultanément est effectuée une mesure du temps de

Appareil de ce type

: MX 4500 de Métrix.

Figure 33 – Schéma d’un interrupteur différentiel Figure 34 – Contrôle des dispositifs de coupure différentiels

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− 18 Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite.

______________________________________________________________________________________ APPAREILS DE CONTRÔLE DE LA SÉCURITÉ ÉLECTRIQUE

■

La seconde méthode

est exploitée notamment dans une for mule de mesure automatisée du courant de déclenchement, en substituant à

p un dispositif électronique programmé pour réaliser une rampe de courant. L’amplitude de celle-ci est sélectionnée en fonction du calibre

∆ n du dispositif différentiel testé. Le courant est asservi pour varier linéairement de 30 à 120 % de ∆ n . Au moment du déclenchement, la valeur correspondante du courant est prise en mémoire et affichée durant un temps suffisant pour en effectuer la lecture. L’appareil est prévu pour effectuer cette mesure indépen damment de la tension entre fils dans le domaine 100 à 250 V. Pour limiter la dissipation, le courant est coupé si la disjonction ne s’est pas effectuée lorsqu’il atteint la valeur 120 % de

∆ n

Appareils de ce type

: le Disca de Chauvin-Arnoux.

8. Contrôleurs permanents d’isolement pour réseaux IT

8.1 Principe de fonctionnement

Ces appareils sont destinés à être montés à poste fixe pour contrôler en permanence l’isolement vis-à-vis de la terre des réseaux préprogrammé.

tages de cette formule disparaissent si l’isolement présente un défaut, et l’objet de ces contrôleurs est de provoquer une alarme lorsque la résistance d’isolement tombe au-dessous d’un niveau

8.2 Contrôleurs permanents d’isolement pour réseaux à courant alternatif

Le principe retenu est d’effectuer la mesure de l’isolement au moyen d’une tension continue appliquée entre un point du réseau, soit normalement le neutre, et la terre et de mesurer le courant continu développé dans ce circuit par suite de l’existence d’un certain défaut d’isolement. Un tel procédé a fait l’objet de la norme VDE 0413 Teil 2.

Sur la figure

est représenté le schéma de principe d’un tel appareil : la tension de mesure dépasser 10 % de la tension nominale du réseau et la terre.

c , dont l’amplitude ne doit pas

N , est montée entre le neutre Ce raccordement est effectué à travers les résistances

1 dispositif de mesure éventuel M et l’impédance

i .

2 , un La composante continue

c du courant débité permet une mesure de la résistance d’isolement globale du réseau, les 4 résistances d’isolement des 3 phases et du neutre intervenant ici en parallèle (ce qui englobe les défauts symétriques et dissymétriques).

Le raccordement à la terre nécessaire à cette mesure risque toutefois de mettre en cause les qualités propres au réseau à neutre isolé. Pour limiter cet inconvénient, la norme VDE 0413 prescrit qu’à la fréquence du secteur, l’impédance de l’ensemble du circuit de mesure, c’est-à-dire essentiellement

i , soit supérieure ou égale à 250 Ω / V. En cas de défaut à la terre, la composante 50 Hz restera inférieure à 4 mA, donc sans danger.

L’appareil peut être équipé d’un dispositif de mesure M fournissant la valeur de la résistance d’isolement, mais il doit, dans tous les cas, comporter un dispositif de signalisation optique, complété d’un relais déclenchant une alarme quand la résistance d’isolement tombe au-dessous d’un certain seuil fixe ou ajustable. Ce dernier

cas a été schématisé sur la figure

par un circuit comparateur CP qui reçoit sur une de ses entrées la tension aux bornes de

le fonctionnement du relais fermant le circuit d’alarme.

1 , tension proportionnelle au courant de défaut et, sur l’autre entrée, une tension ajustable par le potentiomètre P fixant le niveau du seuil d’isolation. Ce comparateur est suivi d’un amplificateur qui excite

D’autres formules

conduisant aux mêmes caractéristiques fonc tionnelles peuvent être retenues, notamment le remplacement de la source de tension continue par une source de tension alternative à très basse fréquence. Dans ce cas, le courant de mesure doit être extrait du courant composite au moyen d’un redresseur synchrone.

Ce procédé évite que le fonctionnement de l’appareil puisse être perturbé par l’existence d’une composante continue sur le réseau à surveiller.

8.3 Contrôleurs permanents d’isolement pour réseaux à courant continu

Le schéma le plus souvent retenu se limite à la

détection de défauts dissymétriques

qui sont, sauf cas exceptionnels, les seuls que l’on rencontre dans la pratique.

Deux résistances zéro central (figure

2 et

3 de même valeur définissent un point milieu de potentiel raccordé à la terre par l’intermédiaire d’un dis positif de mesure M, souvent constitué par un milliampèremètre à

). On a représenté ici le cas d’un défaut d’iso-

lement sur le conducteur + qui provoque le passage d’un courant

dont la polarité indique la ligne en défaut. Comme précédemment

(§ 8.2) , un circuit d’alarme sera déclenché quand le courant

sera, en valeur absolue, un certain seuil correspondant à une limite d’isolement prédéterminée.

dépas-

Figure 36 – Contrôle de l’isolement d’un réseau à courant continu Figure 35 – Contrôleur permanent d’isolement pour réseau à courant alternatif

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite.

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APPAREILS DE CONTRÔLE DE LA SÉCURITÉ ÉLECTRIQUE _______________________________________________________________________________________

8.4 Vérification des contrôleurs permanents d’isolement

La norme VDE 0413

prescrit la mise en place, sur les contrôleurs permanents d’isolement, d’un dispositif permettant de s’assurer du bon fonctionnement de l’appareil en provoquant, par la fermeture d’un interrupteur, une mise à la terre du réseau par l’intermédiaire d’une résistance de valeur convenable. Toutefois cet essai, du type « tout ou rien », ne permet pas de s’assurer de la précision des indi cations fournies par l’appareil, ni du respect de la tolérance entre la valeur de la résistance provoquant le déclenchement de l’alarme et sa valeur affichée ou contractuelle. Cet écart, d’après VDE 0413 Teil 2-4-9, ne doit pas excéder 15 %.

L’essai

pourra pratiquement se limiter, dans le cas d’un appareil muni d’un indicateur, au contrôle de 5 valeurs de résistance en uti lisant une boîte de résistances commutables comprenant, pour chacune de ces valeurs, une résistance égale à la valeur spécifiée – 15 % et une autre à la valeur spécifiée + 15 %. En passant de l’une à l’autre de ces deux valeurs, les indications de l’appareil devront encadrer la valeur spécifiée.

Même méthode pour le contrôle du dispositif d’alarme, en s’assu rant que le déclenchement se produit pour la valeur assignée de réglage diminuée de 15 % et ne se produit pas pour cette même valeur augmentée de 15 %.

9. Testeurs multifonctions

9.1 Objet des testeurs multifonctions

Ces appareils sont destinés à fournir des indications qualitatives, du type tout ou rien, relatives aux caractéristiques essentielles des grandeurs électriques à connaître lors de l’exploitation ou de la maintenance des installations électriques, soit notamment : — polarité des tensions continues ou des diodes ; — présence et ordre de grandeur des tensions alternatives ; — qualité d’un isolement ou continuité d’un circuit, etc.

Ils sont concrétisés par des indications lumineuses ou sonores relatives au franchissement ou non de seuils prédéterminés, plus particulièrement au niveau des tensions ou des résistances. Ils peuvent éventuellement être associés à des appareils de mesure pro prement dits, tels que des multimètres, ou constituer des outils auto nomes qu’on désigne alors généralement sous l’appellation de

testeurs

9.2 Caractéristiques principales et fonctions annexes des testeurs

Les caractéristiques exigibles pour les vérificateurs de tensions alternatives ne dépassant pas 1 000 V font l’objet de la norme NF C 18-310.

■ Leur

fonction de base

est la signalisation optique de la présence d’une

tension égale ou supérieure à 50 V

qui est la valeur limite de la très basse tension de sécurité

(TBTS),

mesure de sécurité n’est exigée pour assurer la protection contre les contacts directs ou indirects. Toutefois, la tension à considérer ici est celle susceptible de provoquer un certain débit aux fréquences industrielles de 50 ou 60 Hz et non celle d’origine capacitive qu’un tube à néon pourrait néanmoins détecter.

pour laquelle aucune En conséquence, la norme précitée indique que la présence d’une tension doit être signalée à partir d’un seuil de 45 V en valeur efficace et que, à ce niveau, la consommation minimale de l’appareil doit être comprise entre 0,5 et 4 mA. Par ailleurs, le voyant lumineux indi cateur correspondant doit s’éteindre pour une tension minimale de 30 V en valeur efficace.

■ Indépendamment de cette fonction de base, l’appareil doit déte rminer des

niveaux de tension

tels que 6 V, 12 V, 24 V, 127 V, 230 V, 400 V, etc., dans des conditions de précision définies comme suit : • • seuil d’allumage seuil d’extinction 85 % 65 % la tension assignée immédiatement inférieure, en prenant la plus grande de ces deux valeurs.

de la tension assignée ; de la tension assignée ou 115 % de ■ Le

niveau de luminance des voyants

doit être suffisant pour qu’on puisse distinguer leur état allumé vis-à-vis d’une surface gris mat claire recevant un éclairage de 1 000 lux.

Leur

domaine de température

de fonctionnement doit s’étendre de – 10 à + 40 o C.

La signalisation lumineuse peut être complétée d’une émission sonore qui, dans ce cas, doit être d’une fréquence fondamentale comprise entre 1 000 et 4 000 Hz et à un niveau de pression acous tique d’au moins 60 dB.

■ Ces appareils comportent fréquemment, à titre de fonction annexe, un

contrôle de continuité

circuit testé se situe au-dessous de quelques valeurs seuils, au moyen de l’allumage d’un certain nombre de voyants, associés ou non à une émission sonore.

qui indiquera si la résistance du celle d’un dispositif assurant la protection de l’appareil dans le cas où cette mesure est effectuée par erreur sur un circuit sous tension.

La norme NF C 18-310 précise que, si cette protection est assurée par un fusible, celui-ci doit avoir un pouvoir de coupure de 100 000 A sous une tension alternative de 500 V en valeur efficace.

9.3 Modes de réalisation des testeurs

On peut classer les testeurs en deux catégories, suivant que leur fonctionnement nécessite ou non une tension auxiliaire sous forme d’une batterie incorporée dans leur boîtier.

9.3.1 Testeurs à fonctionnement autonome

Est représenté sur la figure

premiers testeurs commercialisés en Europe (brevet Siemens 2 846 675 [3] ).

le schéma de principe d’un des

L’appareil étant destiné à fonctionner sur tension continue ou sur tension alternative comporte en tête un redresseur en pont. Dans le cas du continu, la polarité de la tension appliquée à la pointe de touche est indiquée par l’allumage d’une des diodes électrolumi nescentes LED+ ou LED– placées chacune dans l’une des branches du pont.

En alternatif, ces deux diodes s’allument successivement à la fréquence du réseau.

Les diodes indicatrices des niveaux de tension : LED LED

– 1 , LED

1 , LED montées en série sont alimentées par un générateur de courant constitué par la diode LED 0 associée au transistor T 0 2 ...

et à la résistance

0 .

Au fur et à mesure que la tension appliquée augmente, les tran sistors T 1 , T 2 , etc. deviennent successivement conducteurs, provoquant l’allumage et le maintien dans cet état des diodes électro luminescentes LED 1 , LED 2 , etc.

La diode Zener DZ limite la tension appliquée à la chaîne des diodes, tandis que la résistance CTP à coefficient de température positif limite le courant consommé dans ce circuit.

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− 20 Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite.

______________________________________________________________________________________ APPAREILS DE CONTRÔLE DE LA SÉCURITÉ ÉLECTRIQUE Figure 37 – Testeur de tension autonome

9.3.2 Testeurs avec batterie auxiliaire d’alimentation

Dans cette version, les diodes indicatrices électroluminescentes, toujours mises en service en fonction de la tension appliquée au testeur, sont ici alimentées par une batterie auxiliaire, repérée BAT

sur le schéma de la figure

Avant tout usage de l’appareil, on doit s’assurer que la batterie est en état. On appuie à cet effet sur le poussoir P, ce qui doit provoquer l’allumage de la diode repérée + 6 V. Par ailleurs, en court-circuitant les entrées du testeur, on doit constater l’allumage des diodes 12, 24 et 50 V, ce qui permet de s’assurer que l’appareil est en mesure de signaler l’existence d’une tension atteignant les limites des très basses tensions de sécurité (TBTS).

Pour éviter une destruction du testeur dans le cas où le poussoir serait pressé avec les entrées sous tension, il a été prévu un limi teur de tension LT associé à une résistance CTP montée en série, ce qui évite la nécessité d’un fusible de protection.

Figure 38 – Testeur de tension avec batterie auxiliaire

La GE-MOV protège les circuits en cas de surtensions transi toires apparaissant sur les entrées de l’appareil.

Les

contrôles de continuité

nécessitent également la fermeture de l’interrupteur poussoir P.

Pour des résistances de valeurs décroissantes du circuit testé, on provoque l’allumage successif des diodes repérées 6 V, 12 V, 24 V et 50 V. Simultanément à l’allumage de la diode 50 V, un

buzzer

est mis en service afin de faciliter les tests de continuité courants.

testeur de tension,

le diviseur de tension constitué par la chaîne de résistances

1 ,

2 ,

3 ,

4 ...

R n

– 1 ,

R n

pilote successi vement l’allumage des diodes repérées 6 V, 12 V, 24 V, 50 V, etc. au fur et à mesure que les niveaux correspondants sont atteints.

L’emploi d’une batterie auxiliaire permet d’obtenir une bonne luminosité des diodes indicatrices, tout en conservant une consom mation suffisamment faible du circuit de mesure, pour ne pas pro voquer le déclenchement des disjoncteurs différentiels à haute sensibilité.

Appareil de ce type

: CDA 101 Chauvin-Arnoux.

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R 1 040

− 21

Appareils de contrôle de la sécurité électrique

E N

par

André LECONTE

Ingénieur de l’École Supérieure d’Électricité Ancien Directeur des Études, société Chauvin-Arnoux

[1] [2]

EDF H 115.

Principe de conception et de réalisation des mises à la terre

, janv. 1984.

MASSAT (M.). –

Mesure du module de l’impé dance de terre en fonction de la fréquence.

Directeur technique de TDF.

[3] [4]

Bibliographie

675.

Appareil de contrôle pour afficher une tension et éventuel lement sa polarité

Catalogues des fabricants :

Baco, Biddle, Chauvin-Arnoux, Française d’Instrumentation, Hager, Mannesmann (Hartmann & Braun), Métrix, Séfélec.

Normalisation

Normes françaises (NF) de l’AFNOR (Association française de normalisation)

NF C 15-100 06.1991

Installations électriques à basse tension. Règles.

NF C 18-310 12.1985

NF EN 60 529 (NF C 20-010) NF C 20-030 UTE C 60-130 NF C 61-140 NF C 61-420 NF C 62-411 10.1992

07.1977

11.1970

03.1986

07.1988

NF EN 60 335-1 (NF C 73-800) 11.1992

Vérificateurs de tensions alterna tives ne dépassant pas 1 000 V.

Degrés de protection procurés par les enveloppes.

Matériel électrique à basse ten sion. Protection contre les chocs électriques. Règles de sécurité.

Dispositifs de protection à courant différentiel résiduel (dispositifs DR) pour installations de tension nomi nale au plus égale à 1 000 V. Règles.

Interrupteurs automatiques de terre à dispositif différentiel.

Interrupteurs automatiques de terre à dispositifs différentiels et à déclencheurs à maximum de cou rant (« petits disjoncteurs différen tiels ») généraux ou divisionnaires pour installations de première caté gorie.

Matériel de branchement et ana logue. Disjoncteurs différentiels pour tableaux de contrôle des ins tallations de première catégorie.

Sécurité des appareils électrodo mestiques et analogues. Première partie : Règles générales.

Normes de la Commission Électrotechnique Internationale (CEI)

CEI 359 1987 Expression des qualités de fonc tionnement des équipements de mesure électriques et électro niques (modif. 1, 1991).

CEI 364-4 1987 CEI 417 1973 Installations électriques des bâti ments. 4 e partie : Protections pour assurer la sécurité.

Symboles graphiques utilisables sur le matériel.

CEI 417L CEI 479-1 CEI 479-2 CEI 950 CEI 664 CEI 990 CEI 1010-1 1993 1984 1987 1991 1980 1990 1990 11 e complément à la publication 417, 1973.

Effets du courant passant par le corps humain. 1 re partie : Aspects généraux.

Effets du courant passant par le corps humain. 2 e partie : Aspects particuliers.

Sécurité des matériels de traite ment de l’information, y compris les matériels de bureau électriques (modif. 1, 1992).

Coordination de l’isolement dans les systèmes (réseaux) à basse tension, y compris les distances d’isolement dans l’air et les lignes de fuite des matériels (modif. 1, 1989).

Méthodes de mesure du courant de contact et du courant dans le conducteur de protection.

Règles de sécurité pour appareils é l e c t r i q u e s d e m e s u r a g e , d e r é g u l a t i o n e t d e l a b o r a t o i r e .

Partie 1 : Prescriptions générales (modif. 1, 1992).

Normes allemandes. Deutsches Institut für Normung (DIN)

DIN VDE 0100 05.73

Bestimmungen für das Errichten von Starkstromanlagen mit Nenn spannungen bis 1 000 V Erection of power installations with rated voltages below 1 000 V (inclu ding amendment VDE 0100 p/ 4.74), vom 1. November 1958 in der Fassung vom Mai 1973 DIN VDE 0100 Beiblatt 1 11.82

Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1 000 V ; Entwicklungsgang der Errich tungsbestimmungen Erection of power installations, with rated voltages up to 1 000 V ; chronological data of installation specifications Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite.

−

Doc. R 1 040

− 1

S A V O I R P L U S P O U R

P O U R E N P L U S S A V O I R APPAREILS DE CONTRÔLE DE LA SÉCURITÉ ÉLECTRIQUE _______________________________________________________________________________________

DIN VDE 0100 Beiblatt 2 DIN VDE 0100 Beiblatt 3 DIN VDE 0100 Beiblatt 4 DIN VDE 0413 Teil 1 DIN VDE 0413 Teil 2 DIN VDE 0413 Teil 3 03.90

03.83

11.87

09.80

01.73

07.77

Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1 000 V ; Verzeichnis der einschlägigen Normen Erection of power installations, with rated voltages up to 1 000 V ; List of relevant standards Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1 000 V ; Struktur der Normenreihe Erection of power installations, with rated voltages up to 1 000 V ; Structure of the standards series Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1 000 V ; Stichwortverzeichnis Erection of power installations, with rated voltages up to 1 000 V ; Index Messen, Steuern, Regeln ; Geräte zum Prüfen der Schutzma in elektrischen Anlagen, Isolations Me β β nahmen geräte [VDE-Bestimmung] M e a s u r e m e n t a n d c o n t r o l ; appliances for testing the protec ting devices in power installations ; insulation meters [VDE Specifica tion] VDE-Bestimmung für Geräte zum Prüfen der Schutzma β nahmen in elektrischen Anlagen ; Teil 2 : Isolationsüberwachungsgeräte zum Überwachen von Wechsels pannungsnetzen mittels über lagerter Gleichspannung VDE Specifications for appliances for testing the protecting devices in power installations ; part 2 : earth leakage monitoring appliances supervising power installations by superimposition of dc voltage VDE-Bestimmung für Geräte zum Prüfen der Schutzma β nahmen in elektrischen Anlagen ; Schlei fenwiderstands-Me β geräte VDE Specification for appliances for testing the protecting devices in power installation ; part 3 : loop impedance measuring instruments DIN VDE 0413 Teil 4 DIN VDE 0413 Teil 5 DIN VDE 0413 Teil 6 07.77

07.77

08.77

VDE-Bestimmung für Geräte zum Prüfen der Schutzma β nahmen in elektrischen Anlagen ; Widers tands-Me β geräte VDE Specification for appliances for testing the protecting devices in p o w e r i n s t a l l a t i o n ; p a r t 4 : ohmmeters VDE-Bestimmung für Geräte zum Prüfen der Schutzma β nahmen in elektrischen Anlagen ; Erdungs Me β geräte nach dem Kompensa tions-Me β verfahren M e a s u r e m e n t a n d c o n t r o l ; appliances for testing the protec ting devices in power installations ; earth testers Messen, Steuern, Regeln ; Geräte zum Prüfen der Schutzma β nahmen in elektrischen Anlagen ; Geräte zum Prüfen der Wirksamkeit von FI und FU-Schutzeinrichtungen in TN und TT-Netzen M e a s u r e m e n t a n d c o n t r o l ; appliances for testing the protec ting devices in power installations ; measuring instruments for testing the efficancy of fault-current and fault-voltage operated protective devices in TN and TT systems DIN VDE 0413 Teil 7 07.82

Messen, Steuern, Regeln ; Geräte zum Prüfen der Schutzma Me β nungs-Me β β nahmen in elektrischen Anlagen ; Erdungs geräte nach dem Strom-Span verfahren [VDE-Bes timmung] M e a s u r e m e n t a n d c o n t r o l ; appliances for testing the protec ting devices in power installations ; earth testers according to the volt meter-ammeter method [VDE Spe cification]

Norme de l’AIEE

STD 43-1974-AIEE.— Recommanded practice for testing insulation resistance of rotating machinery.

Norme de l’IEEE

IEEE STD n˚ 62.— Recommanded guide for making dielectric measurements in the field.

Doc. R 1 040

− 2 Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. −

R1040

Transcript R1040

Appareils de contrôle de la sécurité électrique

André LECONTE

e présent article ne traite pas les appareils de surveillance des microcoupures et des fluctuations de la tension distribuée par le secteur. Le lecteur pourra se reporter aux articles

Qualité de la tension dans les réseaux électriques

.

Creux de tension

,

flicker et harmoniques

[D 4 260], et

Composants spécifiques de pro tection contre les perturbations

[D 5 170] [D 5 171] [D 5 172], dans le traité Génie électrique. La sécurité des personnes est étudiée dans l’article

Prévention des accidents électriques

[D 5 100], dans ce même traité.

1. Dangers présentés par les courants électriques

1.1 Effets physiologiques du courant électrique

1.2 Conditions provoquant le passage du courant électrique dans le corps humain

1.3 Dispositifs mis en œuvre contre les risques présentés par les courants électriques 1.3.1 Protection vis-à-vis des contacts directs

Tableau 1 – Classement des installations électriques (CEI 664)

1.3.2 Protection vis-à-vis des contacts indirects

1.3.3 Utilité des dispositifs de coupure à courant différentiel

1.3.4 Matériel électrique raccordé au réseau basse tension

1.4 Appareils de contrôle de la sécurité électrique

2. Ohmmètres de mesure des résistances d’isolement

2.1 Caractéristiques fonctionnelles principales 2.1.1 Conditions de mesure prescrites par les normes

2.1.2 Procédés de mesure classiques

2.1.3 Utilité d’un circuit de garde

2.2 Évolution des procédés de mesure 2.2.1 Mégohmmètres à générateur de courant constant

2.2.2 Mégohmmètres à affichage numérique

2.2.3 Mégohmmètres multitensions à réponse logarithmique

2.3 Fonctions et caractéristiques Annexes complémentaires 2.3.1 Mesure des résistances d’isolement avec composante capacitive

2.3.2 Interprétations des mesures de résistances d’isolement

2.3.3 Gammes de mesure annexes

3. Ohmmètres de mesure des continuités

3.1 Conditions de mesure prescrites par les normes

3.2 Ohmmètres « deux fils » analogiques et numériques

3.3 Microhmmètres « quatre fils »

4. Mesure des résistances de terre

4.1 Les différents aspects des mesures de résistances de terre 4.1.1 Définitions et méthodes de base

4.1.2 Mesure de la résistivité des sols

4.2 Ohmmètres de terre utilisant la méthode de compensation

4.3 Ohmmètres de terre à lecture numérique directe

4.4 Mesures de l’impédance de terre en haute fréquence

5. Mesure des résistances de boucle

5.1 Objet de la mesure et principes des méthodes mises en œuvre

5.1.1 Mesure d’une terre locale

5.1.2 Évaluation du courant de court-circuit

5.1.3 Mesure d’une terre raccordée à un réseau de terres

5.2 Procédés de réalisation 5.2.1 Mesures exploitant la variation de la tension phase-terre sous l’effet d’un débit

5.2.2 Appareil utilisant une pince-transformateur à deux tores

6. Appareils de contrôle des tenues diélectriques

6.1 Conditions de mesure prescrites

6.2 Appareils d’essais non destructifs

7. Appareils de mesure des courants de fuite

7.1 Principe de la mesure des courants de fuite et ses limitations

7.2 Pinces de mesure des courants de fuite

7.3 Dispositifs de coupure commandés par les courants de fuite

7.4 Appareils de contrôle des dispositifs de coupure différentiels

8. Contrôleurs permanents d’isolement pour réseaux IT

8.1 Principe de fonctionnement

8.2 Contrôleurs permanents d’isolement pour réseaux à courant alternatif

8.3 Contrôleurs permanents d’isolement pour réseaux à courant continu

8.4 Vérification des contrôleurs permanents d’isolement

9. Testeurs multifonctions

9.1 Objet des testeurs multifonctions

9.2 Caractéristiques principales et fonctions annexes des testeurs

9.3 Modes de réalisation des testeurs

9.3.1 Testeurs à fonctionnement autonome

9.3.2 Testeurs avec batterie auxiliaire d’alimentation

Appareils de contrôle de la sécurité électrique

André LECONTE

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