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Introduction
L'objectif de cet article est de fournir une meilleure compréhension de l'impédance de boucle de défaut, également appelée impédance de boucle de défaut de terre, afin que les exigences des règles de câblage AS/NZS 3000 relatives à la sécurité, à la conception, à l'installation et au contrôle des installations électriques soient respectées.
Vous pouvez calculer l'impédance de la boucle de défaut à la main ou à l'aide d'un logiciel. Le logiciel Cable Pro Web peut calculer avec précision l'impédance de la boucle de défaut.
Ce document fournit
- Les fondements théoriques de l'impédance de la boucle de défaut, qui permettront aux personnes chargées de la conception et des calculs de mieux comprendre la situation.
- Un guide pratique pour réaliser les processus et les procédures afin de répondre aux exigences de la norme australienne et néo-zélandaise AS/NZS 3000:2018.
- Informations sur la manière dont l'impédance de la boucle de défaut est utilisée par le logiciel Cable Pro Web pour calculer la taille du câble de terre.
Contexte théorique de l'impédance de boucle de défaut
La boucle de défaut à la terre dans un système MEN comprend les éléments suivants :
- Le conducteur de protection (PE), y compris la borne/connexion principale de mise à la terre ou la barre et la connexion MEN.
- Le chemin de retour neutre constitué par le conducteur neutre (N) entre la borne neutre principale et le point neutre du transformateur.
- Le chemin à travers l'enroulement du transformateur.
- Le conducteur actif (A) jusqu'au point de défaut.
La boucle de défaut de terre est normalement considérée comme composée des deux parties suivantes :
- Conducteurs en amont ou "externes" au point de référence.
- Conducteurs en aval ou "internes" au circuit à partir du point de référence.
La figure 2 montre la boucle de défaut à la terre pour un court-circuit à la terre actif. Au moment du défaut, le courant circule dans la boucle de défaut à la terre, son intensité étant limitée par l'impédance totale du chemin (Zs), obtenue à partir de la somme des impédances des différents éléments.
Exigences des normes australiennes
La norme AS/NZS 3000 Wiring Rules s'applique à l'ensemble de l'Australie et de la Nouvelle-Zélande et fait référence, en tout ou en partie, à la législation de tous les États d'Australie et de Nouvelle-Zélande. Par conséquent, la conception et l'installation de tous les circuits électriques dans ces régions doivent répondre aux exigences minimales de cette norme.
L'une des exigences de sécurité fondamentales énoncées dans la norme AS/NZS 3000 est la protection des personnes contre tout "contact indirect" avec des pièces sous tension. La déconnexion automatique de l'alimentation électrique est le moyen le plus courant de satisfaire à cette exigence. Mais ce n'est pas tout.
Pour être conforme aux règles de câblage, chaque circuit d'une installation électrique doit être conçu de manière à ce que l'alimentation électrique soit automatiquement coupée dans un délai déterminé lorsqu'un court-circuit d'impédance négligeable se produit entre le conducteur de terre actif et le conducteur de terre de protection ou toute autre partie conductrice exposée, n'importe où dans l'installation électrique.
Pour satisfaire à cette exigence de la norme AS/NZS 3000 lorsqu'un défaut actif à la terre se produit, et c'est là le point important, l'impédance totale du chemin de boucle du défaut (constitué de tous les conducteurs, connexions et contacts ainsi que des enroulements du transformateur) doit être suffisamment faible pour permettre au courant de circuler suffisamment pour garantir que le dispositif de protection fonctionnera dans le délai spécifié.
Il faut donc obtenir l'impédance totale réelle de la boucle de défaut à la terre (Zs) et l'impédance maximale autorisée de la boucle de défaut Zmax.
Calcul de l'impédance réelle de la boucle de défaut (Zs)
L'impédance totale de la boucle de défaut à la terre (Zs) est approximativement égale à la somme des impédances de tous les composants du circuit dans le trajet du courant d'impédance de la boucle de défaut illustré à la figure 2.
C'est-à-dire que l'impédance totale de la boucle de défaut est égale à :
L'impédance interne (Zint) est calculée comme suit :
Une méthode précise utilisée par Cable Pro pour déterminer l'impédance des conducteurs dans le trajet de la boucle de défaut à la terre consiste à utiliser les données de résistance et de réactance indiquées dans la norme AS/NZS 3008.1 - Installations électriques - Sélection des câbles.
Pour calculer l'impédance externe (Zext), on utilise la règle de l'AS/NZS 3000 selon laquelle au moins 80 % de la tension nominale de la phase sera disponible à la position du dispositif de protection.
Calcul de l'impédance de boucle de défaut maximale autorisée (Zmax)
L'impédance réelle de la boucle de défaut (Zs) doit être inférieure au maximum autorisé pour garantir que le dispositif de protection du circuit se déclenche en cas de défaut.
L'impédance de boucle de défaut maximale autorisée (Zmax) est calculée comme suit en fonction du calibre du dispositif de protection :
Où
Uo = Tension de phase nominale.
Ia = Courant assurant le fonctionnement automatique du dispositif de protection.
Zmax = Impédance maximale de la boucle de défaut à la terre.
Ia pour le disjoncteur est le courant moyen de déclenchement comme suit :
- Type B = 4 (typique) × courant nominal
- Type C = 7,5 (typique) × courant nominal
- Type D = 12,5 (typique) × courant nominal
- Ia pour les fusibles sont les valeurs moyennes appropriées de la norme AS 60269.1.
Notez que la valeur réelle du multiplicateur de déclenchement peut varier et que dans le logiciel Cable Pro, cette valeur est modifiée pour correspondre au réglage réel du dispositif de protection.
La valeur de l'impédance maximale de la boucle de défaut à la terre (Zmax) par rapport à l'impédance totale réelle (Zs) peut être utilisée pour déterminer la taille appropriée du câble de terre (voir ci-dessous).
Comment calculer la taille du câble de mise à la terre
La taille du câble de mise à la terre doit être suffisante pour garantir :
- Impédance de boucle de défaut de terre appropriée (Zs).
- Capacité de transport de courant adéquate pour les courants de défaut à la terre potentiels pendant un temps au moins égal au temps de déclenchement de la protection de circuit associée (équation adiabatique).
- Résistance mécanique adéquate.
Le choix de la taille du câble de mise à la terre est déterminé par l'un ou l'autre des éléments suivants :
(a) le tableau 5.1 de la norme AS/NZS 3000:2018, qui fournit des dimensions prudentes pour les câbles de mise à la terre par rapport à la plus grande dimension de câble actif (ou à la somme des dimensions lorsqu'il y a des circuits parallèles).
(b) Par calcul - il faut pour cela connaître les détails du dispositif de protection. Lors du calcul de la taille du câble de terre,il faut s'assurer que l'impédance de la boucle de défaut à la terre est appropriée.
