Fonctions des réseaux de terre

L’énergie électrique est un facteur primordial du développement. Plusieurs pays ont encore à ce jour un déficit en taux d’électrification et en plus, les réseaux électriques existants connaissent de nombreuses perturbations, dues notamment aux problèmes de mise à la terre. La décharge par la foudre inévitable dans les régions à niveau kéraunique élevé, avec des niveaux énergétiques importants, couplés aux mauvaises caractéristiques du sol,  conduit à des difficultés d’exploitation et à une mise en œuvre minutieuse des mises à la terre, faute de quoi les perturbations dans les installations électriques sont répétitives ; en plus, la sécurité du matériel et des personnes n’est plus garantie .

Depuis plusieurs décennies, des recherches se sont intensifiées dans le domaine des mises à la terre des installations électriques. Ces recherches visaient, dans leur grande majorité, les comportements de ces mises à la terre à fréquence industrielle. En très hautes fréquences, les comportements des mises à la terre sont fort différents de ceux à fréquence industrielle .

Des outils d’analyse numérique pour l’évaluation des mises à la terre sont donc nécessaires. Toutes les formules de base pour calculer la résistance d’une prise de terre sont définies à partir de l’hypothèse fausse que le sol est homogène et infini. En outre, la résistivité du sol varie en fonction de son humidité et par conséquent en fonction des saisons.

En pratique, tous les informations exactes concernant la résistance de la prise de terre seront données par la mesure réelle. Il y a deux types de systèmes de mise à la terre :
➤ les systèmes simples sont constitués de prises de terre individuelles enfoncées dans le sol. Les terres individuelles représentent le type de mise à la terre le plus utilisé.
➤ les systèmes complexes se composent de prises de terre multiples reliées entre elles, de systèmes maillés ou de réseaux de grilles, de plaques de métal et de boucles enterrées. En général, ces systèmes sont utilisés pour les installations de production et pour les établissements importants.

Généralité 

La mise à la terre a été introduite par Benjamin Franklin célèbre inventeur des parafoudres. Souvent, l’expression prise de terre est employée pour une installation ou une structure de faible étendue et le terme réseau de terre aux installations importantes telles que postes et centrales. Le réseau de terre est constitué d’un ensemble d’un conducteur enterrés, en contact direct avec le sol et reliés électriquement entre eux. Dans ces dernier cas, il convient de distinguer le circuit de mise à la terre qui comprend l’ensemble des conducteurs non enterrés ou isolés du sol et raccordés au réseau de terre, généralement reliés à la masse mécanique ou à la masse électrotechnique des appareils.

Fonctions des réseaux de terre 

Le rôle du réseau de terre d’une installation électrique est de permettre l’écoulement à l’intérieur du sol de courant de choc dû à des coups de foudre ou bien de courant de défaut à 50 Hz. La conception des prises et réseaux de terre doit assurer le maintien de :
➤ la sécurité des personnes,
➤ la protection des installations de puissance,
➤ la protection des équipements sensibles,
➤ un potentiel de référence.

Sécurité des personnes et des animaux

Lors de l’écoulement dans le sol de courant élevé, la sécurité doit être assurée à l’intérieur de l’installation électrique et de ses abords immédiats par une limitation de la tension de pas et de la tension de contact à des valeurs non dangereuses pour le corps humain ou les animaux. Cette limitation est obtenue grâce à la connaissance et au contrôle de la répartition du potentiel à la surface du sol. Dans une installation, les normes exigent que toutes les liaisons de terre soient interconnectées et ne formant ainsi qu’un seul réseau.

Protection des installations de puissance 

Le réseau de terre des installations électriques, la prise de terre des supports de lignes, limitent la création et la propagation des sustentions provoquées par les défauts à 50 Hz, les manœuvres d’appareillages dans les postes et centrales, la foudre. Cette limitation est d’autant plus efficace que ces réseaux et prises de terre facilitent l’écoulement du courant dans le sol, c’est-à-dire qu’ils présentent une impédance de terre faible, aussi bien pour les phénomènes lents que pour les phénomènes rapides tels que ceux engouffrés par la foudre.

Protection des équipements fonctionnant à bas niveaux 

A cotés des installations de puissance, on trouve souvent des équipements fonctionnant à des niveaux comparativement beaucoup plus bas : équipements de relais dans les postes par exemple. Ces équipements sont également exposés aux effets des surtensions subies par les installations de puissance, avec lesquelles ils peuvent être liés par couplage résistif, inductif, capacitif ou plus généralement électromagnétique. Ces couplages sont rarement caractérisés par une grandeur simple, telle la résistance du réseau de terre, mais plutôt par un ensemble complexe des paramètres qui dépendent notamment de la disposition des conducteurs de terre, de celle des équipements sensibles et des règles de mise à la terre, etc.…

Potentiel de référence

Différents équipements placés dans une même installation doivent, lorsqu’ils sont reliés électriquement, rester fixés à un potentiel identique même pendant la durée des perturbations. Dans les réseaux à neutre directement à la terre, le réseau de terre des postes contribue à fixer le potentiel des phases saines pendant un défaut, mais les courants de défauts peuvent alors atteindre des valeurs importantes. Ceux ci montrent à nouveau l’importance de la résistance de terre et de la qualité de l’équipotentialité des réseaux de terre.