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8/6/2019 6 5 1 Mise a La Terre Aspects Fondamentaux

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Guide Power Quality Section 6: CEM ET MISE A LA TERREwww.leonardo-energy.org/FranceEdition Aot 2007

(6.5.1) Mise la terre Aspects fondamentaux deconstruction

Henryk Markiewicz & Antoni Klajn

Universit de technologie de Wroclaw

Juillet 2004

1 Introduction ........................................................................................................ 3 2 Fonctions d'un systme de liaison la terre et exigences

fondamentales ................................................................................................... 4

3 Rsistance et gradient de potentiel pour diffrents types de prise de terre ................................................................................................................. 5

4 Exemples numriques ................................................................................... 12

5 Aspects constitutifs des lectrodes de terre ........................................... 14

6 Conclusions ...................................................................................................... 18

7 Rfrences et bibliographies ....................................................................... 18


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European Copper Institute & Centre dInformation du Cuivre & Copper benelux.Se rfrer aux conditions dutilisation et de reproduction publies sur le site Leonardo ENERGY

www. leonardo-energy.o rg /France 2

European Copper Institute

LEuropean Copper Institute est une joint venture Europenne entre les principauxproducteurs de cuivre mondiaux et les fabricants Europens de demi-produits. Cr en

1996, lECI assure la promotion du cuivre en Europe avec un rseau de 11 centres dedveloppement bass en Allemagne, au Benelux, en Espagne, en France, en Grce, enHongrie, en Italie, en Pologne, au Royaume Uni, en Scandinavie et en Russie. LECIpoursuit les efforts initialement engags par le Copper Products DevelopmentAssociation, cr en 1959, et de lINCRA (International Copper Research Association)cr en 1961.

Centre dInformation du Cuivre, Laiton & Alliages et Copper benelux

Ce sont les organisations professionnelles des producteurs et des transformateurs decuivre charges de promouvoir les applications du cuivre et de ses alliages sur lesmarchs franais et du Benelux. Financs par les producteurs de cuivre du monde entieret par les socits fabricants de demi-produits, le Centre dInformation du Cuivre etCopper benelux mettent en oeuvre des programmes de dveloppement sur leursmarchs respectifs en coordination avec les structures professionnelles internationalesde leurs mandants : International Copper Association au niveau mondial, EuropeanCopper Institute au niveau Europen. Ils ont pour vocation de produire et de diffuserlinformation technique relative au cuivre et ses alliages, de faire connatre lesmeilleures mthodes de mise en oeuvre des produits dans chacun de leur domainedemploi et den promouvoir lutilisation dans les grands secteurs dapplication. LeCentre dInformation du Cuivre et Copper benelux sont les coordinateurs respectivementpour la France et le Benelux du programme europen Leonardo relatif la formation enmatire de Power Quality.

Remerciements

Ce projet a t mis en uvre avec le soutien de la Communaut Europenne etlInternational Copper Association Ltd.

Avertissement

Le contenu de ce projet ne reflte pas ncessairement la position de la CommunautEuropenne. De mme, il nimplique aucune responsabilit de la part de la CommunautEuropenne. LEuropean Copper Institute, le Centre dinformation du Cuivre et Copperbenelux dclinent toutes responsabilits pour toutes consquences directes ouindirectes ou les dommages qui pourraient rsulter de lutilisation du contenu ou delincapacit utiliser les informations et les donnes de ce guide.


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1 I n t r o d u c t i o n

Les informations de base des proprits d'une prise de terre sont prsentes la section6.3.1, "Mise la terre Bases de calcul et de conception". Ce chapitre se prsente commeun guide de conception, traitant des questions pratiques de calcul et de ralisation. Lesprincipaux sujets abords ici sont :

rsistance de terre pour diffrentes ralisations de prise de terre, matriaux utiliss pour la ralisation de prise de terre, corrosion des prises de terre.

Les dfinitions et les formules de base pour calculer la rsistance d'une prise de terre et legradient de potentiel d'une prise de terre hmisphrique idale sont dcrites dans le chapitre6.3.1. Des mthodes similaires permettent la formulation de relations pour d'autresconfigurations de prises de terre. Toutefois, toutes ces formules sont dfinies partir del'hypothse fausse que le sol est homogne et infini. En outre, la rsistivit du sol varie enfonction de son humidit et par consquent en fonction des saisons. De ce fait, la valeur dela rsistance de terre calcule avec les formules nonces ici ne doivent pas treconsidres comme exactes. D'autre part, en pratique, un haut niveau de prcision n'est pasncessaire lors du calcul ou de la mesure de la rsistance d'une prise de terre. Ceparamtre n'a qu'une influence indirecte aussi bien sur le fonctionnement du rseaulectrique et des quipements que sur la protection contre les chocs lectriques. Dans lesnormes actuelles et les recommandations de la majorit des pays, les valeurs maximalesadmissibles ne sont pas spcifies, seulement les plus petites valeurs possibles sontseulement recommandes [1]. Ainsi, les valeurs des rsistances de terre, calcules avec lesformules donnes ci-aprs, doivent tre considres comme approximatives et, en pratique,une prcision de 30% peut tre considre comme acceptable. De ce fait, il n'y a aucuneraison de dfinir des relations prcises, en particulier pour les prises de terre complexes ou

mailles.

Un avantage des formules dfinies pour des ralisations simples de prises de terre estqu'elles permettent de visualiser clairement les relations basiques entre la rsistance d'uneprise de terre et sa gomtrie. Bien sr, il est recommand de toujours utiliser la relation laplus exacte disponible. Toutefois, en pratique, bien que les formules soient utilises pour laconception de la prise de terre, l'information la plus exacte concernant la rsistance de laprise de terre sera donne par la mesure relle in situ.

Le sujet principal trait ici est le calcul d'une rsistance de terre et du gradient de potentielpour diffrentes prises de terre. Les prises de terre typiques comprennent :

une lectrode de surface simple constitue d'un mplat ou d'un cble, posen ligne droite ou en boucle,

des piquets de terre (verticaux) de longueur suffisante pour traverser lescouches de conductivit diffrente du sol ; ils sont particulirementrecommands si les couches suprieures ont une conductivit mdiocrecompares aux couches plus profondes ou si la place est insuffisante pourinstaller une lectrode de surface,


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une lectrode maille constitue d'une grille place horizontalement faibleprofondeur,

un cble avec effet de prise de terre : cble avec une gaine mtalliqueexpose, ou blindage, se comportant de manire similaire un piquet de

terre de type mplat,

des lectrodes de terre de fondation forme par une structure conductricenoye dans le bton des fondations fournissant une large surface de contactavec le sol.

2 F o n c t i o n s d ' u n s y s t m e d e l i a i s o n l a t e r r e e te x i g e n c e s f o n d a m e n t a l e s

La fonction d'un systme de liaison la terre est de fournir :

une liaison quipotentielle de protection,

une liaison quipotentielle fonctionnelle dans les rseaux de distributionlectriques,

une protection contre la foudre.

La liaison quipotentielle de protection impose l'interconnexion ou la liaison de toutes lespices mtalliques qu'une personne ou un animal peut toucher. Dans des conditionsnormales, sans dfaut, il n'y a pas de diffrence de potentiel entre ces pices, mais, lors

d'un dfaut, un potentiel dangereux peut apparatre du fait de la circulation du courant dedfaut. La fonction d'un systme de mise la terre tant la protection des personnes contreun choc lectrique, la condition fondamentale est que le potentiel de l'lectrode de terre, V E ,sous un ventuel courant de court-circuit, I E , n'excde pas la tension de contact admissible,V F :

Ainsi, la valeur maximale admissible d'une rsistance de terre est :

o I E est le courant de court-circuit monophas dans les conditions les plus dfavorables.

Dans les installations industrielles, ainsi que dans les sous-stations de distribution, lessystmes quipotentiels des rseaux de haute et basse tension sont communs du fait de lasurface limite disponible au sol. Notamment en schma de liaison de type isol (IT), la mise la terre de la haute tension devrait tre commune avec la basse tension, indpendammentdu type de connexion du point neutre (isol ou impdant).

La liaison quipotentielle fonctionnelle fait rfrence la ncessit de connecter certainspoints du systme lectrique au systme de liaison la terre afin d'assurer unfonctionnement normal. Un exemple classique est la liaison du point neutre d'untransformateur.


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La descente de terre d'une protection contre la foudre conduit les courants de foudre dans laterre. Les courants de foudre peuvent atteindre d'importantes valeurs crtes, i p , et crer detrs forts potentiels d'lectrode de terre, V E , qui peuvent tre calculs avec la formulesuivante :

o :L est l'inductance de l'lectrode de terre et des descentes de foudreR p est la rsistance dynamique de l'lectrode de terre

En fonction du courant de foudre et des proprits du systme de liaisons quipotentielles,le potentiel V E , peut atteindre des valeurs trs leves, jusqu' plusieurs centaines ou mmemilliers de kV. Puisque ces valeurs sont plus importantes que les tensions defonctionnement du rseau, la foudre cause souvent des claquages ou induit des surtensionsdans l'installation. Ainsi, une protection complte des installations contre la foudre ncessite

l'installation d'un systme de parafoudres et d'clateurs.

3 R s i s t a n c e e t g r a d i e n t d e p o t e n t i e l p o u r d i f f r e n t st y p e s d e p r i s e d e t e r r e

Les simples lectrodes de terre de surface sont des piquets mtalliques, des mplats oudes tubes placs horizontalement sous la surface du sol une profondeur donne, t , commele montre la figure 1. Habituellement, la longueur de ces lments, l , est plus grande que t .Dans le cadre de cette hypothse, le gradient de potentiel de l'lectrode de terre, orthogonal la longueur l , est donn par la formule suivante :

o :VX = potentiel de surface de terre (V)VE = Potentiel de l'lectrode de terre (V) pour uncourant de terre I E = rsistivit linique de la terre ( .m)l = longueur de l'lectrode de terre (m) les autres symboles sont expliqus en figure 1.La valeur relative du potentiel V x * est donne par:

o:

valeur relative du potentiel de terresurfacique.

Figure 1 : Dis t r ibut ion du potent ie l deterre surfacique, perpendicula i re unpiquet hor izonta l

Electrode de terre avec

Longueur l = 10 m

Diamtre d = 0,02 m

Plac une profondeurt = 0,7 m


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La distribution du gradient de potentiel selon lesformules 4 et 4a est prsente la figure 1, pourdes dimensions particulires de l'lectrode deterre.

La rsistance de terre d'un simple tube plac dansle sol peut tre calcule par la formule suivante :

Les lectrodes de terre horizontales sontgnralement des mplats de sectionrectangulaire, d'une largeur de 30-40 mm (b) etd'une paisseur de 4-5 mm (c). dans ce cas, lediamtre quivalent d e peut tre calcul par :

et remplac dans la formule (5). Dans certainsdocuments, on accepte l'hypothse que d = b/2.

La rsistance pour diffrentes constructionsd'lectrodes de terre simples places

horizontalement peut tre calcule en utilisant laformule suivante :

Figure 2 Schma d 'une lec t rodede ter re s imple en boucle ,

se lon l ' quat ion (8)

o B est un facteur dpendant de la conception de l'lectrode (donn dans le tableau 1) et l E la somme des longueurs de tous les lments de l'lectrode.

La rsistance d'une lectrode de terre en forme de boucle de diamtre D, constitue par unmplat d'paisseur c (figure 2), place une profondeur typique sous la surface du solt = 1m peut tre calcule en utilisant la formule suivante [4] :

o k est le facteur donn la figure 3 (les grandeurs sont dfinies l'quation (4)).


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Electrode de terre

Nom Projection horizontale

Facteur B dansla formule [7]

En ligne 1

2 brins,perpendiculaires

1,46

3 brins, symtriques 2,38

4 brins, symtriques 8,45

6 brins, symtriques 192

2 brins, parallles

Carr 5,53

1,5 5,81

2 6,42

3 8,17

Rectangles, avecdiffrents rapportsl1 / l2 (1,5 ; 2 ; 3 ; 4)

4 10,4

Tableau 1 Valeurs du fac teur B (7) pour d i ffrentesformes gomtr iques d ' lec t rodes de surface

Les piquets de terre verticaux sont de longues baguettes ou tubes mtalliques placsverticalement dans le sol afin de traverser les couches profondes du sol. Comme cela estindiqu dans le module 6.3.1, la rsistivit d'une prise de terre dpend principalement de saprofondeur dans le sol du fait de l'importante humidit du sol au niveau des couchesprofondes. Les piquets assurent un contact avec les couches profondes l o l'humidit estplus importante et la rsistivit plus faible, c'est pourquoi ils sont particulirement utilisspour la conception de prise de terre sur une petite surface au sol. En consquence, ce typed'lectrode est recommand spcialement dans les zones de forte densit de btiments oulorsque le sol est couvert de bton ou d'asphalte. Les lectrodes de terre verticales sont


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galement utilises en complment d'lectrodes horizontales afin de diminuer la rsistancetotale de la prise de terre.

Cependant, un inconvnient majeur deslectrodes verticales simples est le mauvais

gradient de potentiel, qui peut tre calculavec la formule suivante, en admettant que lecourant de terre I E est uniformment distribusur toute la longueur du piquet :

o : x = distance de l'lectrodel = longueur de l'lectrode

les autres paramtres sont explicits l'quation (4).

Figure 3 d iagramme du facteurk = ( D / a)

Ut i l i s dans l ' quat ion (8)

Figure 4 d is t r ibut ion de potent ie lVx * = f (x) autour d 'une lec t rode

ver t ica le de longueur l = 3 m et dediamtre d = 0 ,04 m

Figure 5 rs is tance de ter re( rs is tance de diss ipat ion) d 'un

piquet de longueur l e t de d iamtre0,02 m dans un sol homogne de

rs is t iv i t [2 ]

Un exemple de gradient de potentiel relatif Vx * = f(x) (4a), pour des lectrodes verticales estprsent en figure 4. La comparaison des caractristiques des figures 1 et 4 montre que le

Longueur


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gradient de potentiel la surface du sol est considrablement plus lev pour une lectrodeverticale et la tension de contact est plus dfavorable. Une relation approximative de larsistance d'une lectrode de terre verticale est :

o r est le rayon du piquet.

La Figure 5 montre la rsistance en fonction de la longueur du piquet pour diffrentesrsistivits de sol.

Dans le cas de n lectrodes verticales (Figure 6) places paralllement les unes des autreset quidistantes de a, la rsistance effective de la prise de terre est, selon [4,8] :

o :R 1, R 2 , R 3 ...R n sont les rsistances de terre calcules pour chaque piquet, en admettantque chaque piquet n'est pas affect par la prsence des autres et :

k est un facteur appel coefficient de "remplissage" ou de "service", avec k 1

La valeur de k est suprieure 1 du faitde l'influence mutuelle des champslectriques produits par des piquetsadjacents. En effet, la symtrie du dbitde courant de chaque lectrode est

dforme et la densit de courant dans lesol est change. Dans la publication [8],les valeurs exactes de ce facteur k sontindiques pour diffrentes configurationsd'lectrodes places paralllement. Dansune configuration simple comme dcrit la figure 6, les valeurs suivantes de kpeuvent tre admises [4] :

Pour a 2l , k 1,25 et pour a 4l , k 1

Les lectrodes mailles sont principalement utilises pour des prises de terre dans le cas desurface au sol importante, comme par exemple les sous-stations lectriques. Les grilles dece type d'lectrode sont gnralement prfabriques et correspondent aux dimensions del'installation ; elles assurent ainsi une distribution favorable et approximativement uniformedu gradient de potentiel surfacique. La rsistance de terre d'une grille peut tre calcule enutilisant l'quation simplifie suivante :

o r e est le rayon quivalent.

Figure 6 - p iquets p lacs en para l l le ;R 1 - R 4 - rs is tance individuel le de chaque

piquet ,a - d is tance ent re p iquets , l - l ongueur

d 'un piquet


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Pour des surfaces carres, ou approximativement carres, le rayon quivalent est celui quicorrespond une aire circulaire de mme surface que le carr.

Pour des surfaces rectangulaires, le rayon quivalent est gal la somme des ctsexternes divise par , si les lectrodes forment un trs long rectangle, (figure 7b) avec l E =

somme des longueurs des flancs de toutes les mailles l'intrieur de la grille.

Les lectrodes de terre de fondations sont des conducteurs mtalliques enrobs dans lebton des fondations du btiment. Le bton coul directement dans le sol possde unehumidit naturelle et peut tre considr comme une matire conductrice, avec uneconductivit similaire celle du sol. Du fait de la grande surface de ce type d'lectrode, unefaible rsistance peut tre atteinte. De plus, le bton protge les parties mtalliques contre lacorrosion et les lments en acier enrobs dans le bton ne ncessitent pas une protectionsupplmentaire anti-corrosion. Les lectrodes de terre de fondation sont actuellementrecommandes comme solution pratique pour les prises de terre de btiment [6, 7].

Figure 7 Exemples d ' lec t rodes de ter re mai l les expl iquant la mthode decalcul du rayon quivalent r de l ' quat ion (11) pour deux formes d ' lec t rodes ,

l 'une peu prs carre (a) , l ' au t re tant un long rectangle (b)

En pratique, il y a deux types de conception d'lectrodes de terre de fondation :

dans des fondations en bton non arm (Figure 8), dans des fondations en bton arm (Figure 9).

Dans les deux cas, l'lectrode de terre est constitue de :

mplat acier de section rectangulaire pas infrieure 30 mm x 3,5 mm, ou barre d'acier de section cylindrique d'un diamtre d'au moins 10 mm.

Les lments en acier peuvent tre galvaniss (cest--dire avec une couche de zinc), maisce n'est pas ncessaire si la couche de bton recouvrant l'lectrode est suprieure 50 mm


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[6], puisque le bton assure une protection suffisante contre la corrosion, comme le montrela figure 8.

Dans des fondations en bton non arm (Figure 8), l'lectrode suit gnralement le profil desfondations du btiment, c'est--dire qu'elle est place en dessous des murs porteurs. Dans

les btiments ayant de vastes fondations, l'lectrode est gnralement ralise en forme deboucle ; elle recouvre la partie extrieure des fondations et est totalement interconnecte.

Dans des fondations en bton arm, l'lectrode de terre est place en-dessous de la plusprofonde armature (Figure 9), assurant ainsi une protection adquate de l'lectrode contre lacorrosion. L'lectrode peut tre fixe l'armature mtallique du bton par des brins de cble des intervalles jamais suprieures 2 m de plus que la longueur de l'lectrode. Il n'est pasncessaire d'assurer une connexion lectrique sre chaque point puisque la connexionlectrique principale se fait via le bton. Si les fondations sont ralises en panneauxspars les uns des autres par des joints de dilatation, les lectrodes de terre de chaquepanneau seront connectes galvaniquement les unes aux autres. Ces connexions doiventtre flexibles et doivent tre repres afin d'tre accessible en cas de besoin de mesures ou

de maintenance [6].

La rsistance d'une prise de terre de fondation peut tre calcule en utilisant la formulesimplifie suivante [2] :

o : R est exprim en V est le volume des fondations en m 3.

L'extrmit de l'lectrode de terre de fondation doit avoir une longueur minimale de 150 cmau dessus du niveau du sol (Figures 8 et 9). Elle doit tre place aussi prs que possible dela barrette principale d'quipotentialit de l'installation. La connexion de cette lectrode avecla protection contre la foudre doit tre ralise lextrieur du btiment.

Figure 8 I l lus t ra t ion du

posi t ionnementdune lec t rode deterre de fondat ion

dans desfondat ions sans

bton arm

terre

terre

sol

mur

fondation

lectrode de

patte

sous-sol en bton

borne de terre principale

are-va eur

rservation ou vide sanitaire out


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Figure 9 I l lus t ra t ion du posi t ionnement dune lec t rode de ter re defondat ion dans des fondat ions en bton arm

Des logiciels sont maintenant disponibles permettant un calcul exact des paramtres pourdiffrentes structures de prise de terre, incluant les structures complexes des couchesgologiques. Toutefois, il prsente un intrt limit puisque les structures gologiques dusol, la rsistivit du sol et leurs modifications dans le temps ne sont pas connues enpratique. Un calcul exact peut tre entrepris uniquement pour une certaine priode del'anne, et le rsultat pourra tre sensiblement diffrent un autre moment. Dans tous lescas, cependant, une grande prcision n'est pas ncessaire pour ce type de calcul : enpratique, une prcision de 30% est gnralement satisfaisante. Par consquent,l'utilisation des formules simplifies nonces dans ce module est suffisante. Naturellement,lorsque le rsultat est essentiel pour la conception, l'efficacit du systme ne peut trevrifie que par la mesure de la rsistance de la prise de terre aprs sa construction.

4 E x e m p l e s n u m r i q u e s

Dans tous les exemples suivants, il est admis que le sol est de structure homogne, avecune rsistivit = 100 m.

terre

terre

gout

sol

mur

fondation

borne de terre principale

pare-vapeur

bton arm

liaison filire

rservation ou vide sanitaire


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Exemple A)

La rsistance d'une lectrode simple, place horizontalement une profondeur de 1 m ayantles dimensions suivantes :Largeur b = 40 mm

Epaisseur c = 5 mmLongueur l = 5 mpeut tre calcule en utilisant les formules (6), (7) et le tableau 1. Le diamtre quivalent de(6) est le suivant :

(d'aprs le tableau 1, le facteur B est gal 1)

La rsistance de la prise de terre vaut :

Exemple B)

Une lectrode constitue de deux tubes positionns en croix symtrique (tableau 1) a lesparamtres suivants :d e = 0,025 ml = 2,5 m

B = 8,45

La rsistance de la prise de terre vaut :

Exemple C)

Une lectrode place en boucle horizontale (figure 2) 1 m de profondeur, de diamtreD = 5 m, est ralise avec la mme bande que dans l'exemple A. Le facteur k de la figure 3peut tre valu pour D/a = 5/0,0025 = 2000, et a =c/2, d'aprs la figure 2. La rsistance dela prise de terre peut tre calcule en utilisant la relation (8) :


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La rsistance de terre ne doit pas dpasser les valeurs exiges par les normes ou lesrecommandations dans les conditions climatiques les plus dfavorables (longue priodesche, fortes gels). En l'absence de demandes prcises, cette rsistance de terre devratre la plus faible possible.

Le gradient de potentiel de surface doit tre tel que les tensions de contact et de pas nedpassent pas les valeurs admissibles. Le gradient de potentiel de surface le plus favorableest obtenu en utilisant une lectrode de terre maille place horizontalement. Il est parfoisncessaire d'ajouter des lments horizontaux afin d'atteindre le gradient de potentiel desurface dsir. Ces points ont t abords dans le module 6.3.1 "Mise la terre Bases decalcul et de conception".

Le courant vacuer est la valeur maximale de courant pouvant circuler dans la prise deterre sans crer un chauffement excessif des lments de la prise de terre ni du solenvironnant. Pour des valeurs trop leves de courant et de densit de courant, l'humiditdu sol au niveau de l'lectrode s'vapore, laissant un sol sec de rsistivit plus importante.

La longvit de la prise de terre est sa dure de vie depuis sa construction jusqu'aumoment o, du fait de la corrosion des parties mtalliques, la continuit lectrique n'est plusassure. La longvit d'une prise de terre peut excder la dure de vie suppose del'installation lectrique. Pour la majorit des installations lectriques, la dure de vie peutdpasser 25 ans et, dans le cas du rseau de distribution, 35 50 ans. La prise de terre doittre incluse dans les prvisions de maintenance et de rparation.

La longvit d'une prise de terre dpend principalement de sa capacit rsister lacorrosion. Les lectrodes de terre, tant directement en contact avec le sol ou avec de l'eau,sont dans des conditions dfavorables vis vis de la corrosion. Il y a trois facteursprincipaux dterminant le taux de corrosion d'un objet mtallique dans le sol :

les courants continus circulant dans la terre,

la contamination chimique du sol,

les phnomnes lectrochimiques (galvaniques) entre diffrents mtauxsitus dans le sol.

La corrosion ayant pour origine les courants continus survient principalement proximitde rseaux continus (par exemple, les alimentations des voies ferres). Il existe des normeset des rgles (par exemple la DIN VE 0150) prcisant les conditions satisfaire dans de tels

cas.

La corrosion ayant pour origine les substances chimiques prsentes dans le sol esthabituellement peu importante et affecte seulement les systmes des industries chimiques,ou localiss prs des ocans. Dans de tels cas, les lectrodes formant la prise de terredoivent tre en mtaux rsistant la corrosion chimique. Afin de minimiser la corrosionchimique, il est recommand, dans certains cas, de mesurer le pH du sol. Pour un solalcalin, (pH > 7) les lectrodes en cuivre sont recommandes et pour les sols acides, leslectrodes en aluminium, en zinc ou en acier galvanis sont privilgies.


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La corrosion galvanique est cause par un courant continu circulant dans un circuitaliment par la diffrence de potentiel existante entre deux pices mtalliques dans un solhumide qui, dans ce cas, agit comme un lectrolyte. L'lectrode communment utilise esten cuivre et a le plus petit potentiel. Les autres mtaux ont des potentiels positifs, parrapport au potentiel du cuivre (tableau 2). Ce petit courant continu circulant continuellementgnre une circulation des ions mtalliques de l'anode vers la cathode. Ainsi, de la matireest perdue par l'anode et s'accumule sur la cathode. De ce point de vue, les combinaisonspropices peuvent tre dduites. Par exemple, de l'acier recouvert de cuivre est une bonnesolution car la quantit de cuivre reste la mme. L'exemple oppos est de l'acier recouvertde zinc car le zinc est toujours l'anode, et sa quantit diminue continuellement. Il est noter que le potentiel lectrochimique de l'acier enrob dans du bton est trs proche decelui du cuivre. Ainsi, les parties en acier des fondations des btiments sont des cathodespar rapport aux autres pices en acier ou en zinc situes dans le sol (non seulement leslectrodes de terre, mais aussi les rseaux d'eau par exemple). Cela signifie que de grandesfondations causent une corrosion significative de ces objets mtalliques par ractionlectrochimique.

MtalPotentiel lectrochimique par rapport

une lectrode de cuivre (V)Zinc, ou acier recouvert de zinc 0,9 1,0Acier 0,4 0,7Acier dans du bton 0 0,3

Tableau 2 Valeurs de potent ie l lec t rochimique de di ffrents mtaux parrappor t une lec t rode de cuivre [2]

Les matriaux les plus frquemment utiliss pour les lectrodes sont :

l'acier (par exemple, pour les prises de terre de fondation),

l'acier galvanis,

l'acier recouvert de cuivre,

les alliages forte teneur en acier,

le cuivre et les alliages de cuivre.

La rsistance mcanique et les conditions de corrosion dterminent les dimensions minimapour les types d'lectrode de terre indiques au tableau 3 [5].


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Taille minimum

Ame EnveloppeMatriaux Type

dlectrode Diamtre

(mm)

Section

(mm)

Epaisseur

(mm)

Donne

isole(m)

Valeurs

moyennes(m)

Mplat 2) 90 3 63 70Profil 90 3 63 70Tube 25 47 55

Piquet rond 16 63 70Galvanis chaud

Cble rond pourlectrode de terre

horizontale

10 50

Avecgaine deplomb 1)

Cble rond pour

lectrode de terrehorizontale

8 1000

Avecgaine decuivreextrud

Piquet rond

15 2000

Acier

Avecenveloppede cuivrelectrolys

Piquet rond

14,2 90 100

Mplat 50 2Cble rond pour

lectrode de terrehorizontale

25 3)

Cble toronn 1,8 4) 25Nu

Tube 20 2

Etam Cble toronn 1,8 4) 25 1 5

Galvanis Mplat 50 2 20 40Cble toronn 1,8 4) 25 1000

Cuivre

Avecgaine deplomb 1)

Cble rond 25 100

1) non utilisable directement noy dans le bton

2) mplat, dont les extrmits sont dcoupes sous forme arrondie

3) Dans des conditions spcifiques, lorsque l'exprience montre que le risque de corrosion et de dfautmcanique est extrmement faible, du 16 mm peut tre utilise

4) par brin du toron

Tableau 3 Type e t d imensions minimum des matr iaux des lec t rodes deterre assurant une sol id i t mcanique e t une rs is tance la corros ion [5]


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[5] HD 637 S1 (Harmonisation Document) Power installations exceeding 1 kV a.c.

[6] RWE Energie Bau-Handbuch, 12th Edition, Editor: Hauptberatungsstelle frElektrizittsanwendung, HEA-e.V

[7] DIN 18014, Fundamenterder, Berlin, Beuth Verlag

[8] Wolkowinski K, Uziemienia urzaden elektroenergetycznych (Earthing systems ofelectrical power devices), in Polish, Warsaw, WNT, 1967

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