Les réseaux de masse

L'équipotentialité des équipements

Nous avons vu comment l'utilisation de la structure métallique des enveloppes permet de créer une référence de potentiel fiable. Tous les systèmes de montage des équipements assurent une bonne continuité avec cette référence.
L'emploi des plaques de montage galvanisées permet d'assurer un contact direct avec les équipements possédant un châssis métallique conducteur.
Pour les applications où des plaques peintes « orange » sont requises, les fixations par trou taraudé, vis autotaraudeuses, rivets aveugles et vis/écrou avec rondelle contact assurent également un contact de bonne qualité. L'utilisation des vis spéciales HF, de rondelles contacts et de clips-écrous à picots assure un excellent contact sur les surfaces peintes et traitées par perçage du revêtement.

• Valeurs typiques de résistances de contact
• - Vis avec taraudage sur plaque peinte : 0,2 à 0,3 mΩ
• - Vis autotaraudeuse sur plaque pleine : 0,3 à 0,4 mΩ
• - Contact métal/métal sur plaque galvanisée : 0,2 à 0,25 mΩ
• - Vis avec rondelle contact sur peinture : 0,3 à 0,5 mΩ
• - Clips-écrous sur montants Altis peints : 0,4 à 0,6 mΩ
• - Vis et rondelle plate sur traitement zingué bichromaté : 0,6 à 0,8 mΩ.

Valeurs d'équipotentialité d'une structure Altis. Dans tous les cas ces valeurs sont largement meilleures que les valeurs admissibles. Pour rappel, elles offrent une résistance plus faible que 5 mΩ par contact et 20 mΩ pour une structure de dimensions inférieure à 2 m.

L'interconnexion des masses

L'interconnexion des masses assure la notion d'équipotentialité à une plus grande échelle. En multipliant les éléments conducteurs mis en parallèle (charpentes, canalisations, ceinturages, …), elle permet de diminuer l'impédance entre les appareils, d'atténuer largement les courants haute fréquence en les divisant. L'interconnexion systématique aboutit à la création d'un véritable réseau maillé.

Le maillage

Le maillage a également pour effet de réduire les surfaces des boucles soumises aux champs rayonnés. Comme les tensions induites sont proportionnelles à la surface de ces boucles, plus celles-ci seront petites, plus les perturbations seront atténuées. La tension induite dans une boucle est proportionnelle à sa surface et aux lignes de champ magnétique qui la traversent. Elle est définie par la formule U = S dH/dt où S représente la surface de la boucle et dH/dt la variation instantanée du champ. Plus celle-ci sera rapide, un phénomène transitoire à haute fréquence par ex., plus la tension induite sera grande.
La foudre est la source la plus énergétique et le champ qu'elle provoque peut induire des surtensions de plusieurs centaines de volts sur des boucles de quelques mètres carrés. (Une décharge de foudre atteint couramment 20 kA avec un temps de montée dt de 1µS.)

Règles du maillage

Règles :
Les effets rayonnés de la foudre sont surtout à considérer au niveau des bâtiments et du maillage de ceux-ci. Ni les enveloppes elles-mêmes ni leurs équipements ne présentent de boucles dont la surface est significative. De plus l'adjonction de différents accessoires de montage (traverses, rails, platines) réalise un maillage très serré. Attention néanmoins aux liaisons entre équipements (armoire/machine, pupitre déporté) qui ne bénéficient pas de cette protection.
Règles : Dans les équipements eux-mêmes et particulièrement dans les tableaux de distribution, les effets des champs magnétiques rayonnés sur des boucles de masse sont surtout à considérer pour les câbles d'énergie et les jeux de barres. En régime permanent de fonctionnement, les tensions induites restent très faibles sous réserve de regrouper tous les conducteurs actifs (phases et neutre) dans les mêmes cheminements. La disposition mutuelle la plus efficace est celle dite en trèfle, qui permet d'annuler l'effet de l'addition des champs mais elle n'est pas facilement réalisable. Dans la pratique les dispositions en nappe serrée sont tout à fait admissibles.
Règles : Toujours passer tous les conducteurs dans les mêmes boucles magnétiques pour des intensités nominales supérieures à 400 A (voir ex. 3ph + N, ci-dessous). En régime transitoire de court-circuit où l'intensité engendre des champs beaucoup plus importants, le respect de la règle précédente est encore plus nécessaire. Face à ce risque, les armoires Legrand des gammes associables Altis et XL présentent une conception originale qui permet de limiter la formation de cadres magnétiques au niveau de la structure par l'utilisation de pièces d'angles en alliage léger.

L'effet plan de masse

Egalement désigné par effet réducteur, l'effet plan de masse est apporté par la proximité d'éléments métalliques (reliés aux autres masses bien sûr) qui atténuent les couplages capacitifs et inductifs entre les conducteurs. Ces deux couplages conjugués sont nommés diaphonie.
Couplage inductif
Nous venons d'en parler dans ses manifestations les plus puissantes (foudre et courts-circuits) mais il se rencontre aussi lorsque deux ou plusieurs conducteurs cheminent côte à côte. La variation de courant dans l'un des conducteurs (perturbateur) entraîne une variation du champ magnétique qui induit une tension dans le conducteur voisin (victime).
L'interposition ou la proximité immédiate d'un élément conducteur diminuera le couplage entre les deux lignes selon deux modes d'action :
- d'une part par un effet d'écran aux lignes de champ magnétique,
- d'autre part en induisant une partie de la force électromotrice dans le matériau du plan de masse. La force électromotrice induite dans le conducteur victime s'en trouve diminuée d'autant.
Les lignes de courants forts sont des sources de couplages inductifs sur les lignes de courant faibles.
Couplage capacitif
Lorsque deux conducteurs cheminent côte à côte, ils constituent les armatures d'un condensateur dont la capacité dépend de la longueur de cheminement et de la distance entre les conducteurs. Le couplage entre les conducteurs sera proportionnel à la fréquence et à la tension. Les lignes de transmission en haute fréquence et haute impédance sont soumises aux couplages capacitifs.
Comme précédemment, la proximité ou mieux l'interposition d'un élément conducteur relié au réseau de masse va dériver une partie des courants capacitifs et de ce fait limiter le couplage entre les conducteurs. La technologie des câbles blindés qui permet de se protéger de ces phénomènes de couplage, par torsadage des paires pour l'aspect inductif et par écrantage pour l'aspect capacitif mais de tels câbles sont généralement réservés à des utilisation sensibles. Nous verrons ultérieurement les principes de cohabitation des conducteurs en fonction de leur nature et de leur usage mais d'ores et déjà quelques règles simples à appliquer à tout câblage permettent, en profitant des effets réducteurs, de se prémunir d'une majorité de risques.

Règles du couplage capacitif

1 Toujours faire cheminer ensemble, de manière la plus contiguë possible, conducteur aller et conducteur retour ou conducteur(s) de phase (s) et neutre, quel que soit le signal transmis. Pour les conducteurs à courant fort, l'effet perturbateur est réduit car la somme des effets d'induction s'annule. Pour les conducteurs sensibles, les boucles sont réduites et le couplage de la perturbation se fait simultanément sur les deux conducteurs (mode commun).
2 Si des câbles multiconducteurs sont utilisés, ne pas laisser de conducteurs non raccordés il est nécessaire de les relier ensemble et de les déconnecter à la masse. Ils constiteront un plan de masse qui réduira les couplages capacitifs.

3 Pour des passages de conducteurs entre les éléments d'un même système (armoire d'automatismes, pupitre de commande et machine), l'utilisation des conduits flexibles métalloplastiques permettra, là encore, de bénéficier d'un effet réducteur intéressant.

4 Quel que soit leur usage (signaux, commandes, puissance, mais aussi liaisons équipotentielles et conducteurs de protection), faire cheminer les conducteurs au plus près des structures, des charpentes, des conduits des poteaux, et autres plans de masse. Mais n'oublions pas que tout plan de masse n'a un effet réducteur que s'il est parfaitement équipotentiel et interconnecté. Si tel n'est pas le cas, il y a risque d'amplification des perturbations. Pour les appareillages eux-mêmes et les câblages qui leur sont associés, l'utilisation d'enveloppes possédant les éléments largement dimensionnés et parfaitement équipotentiels par construction, (châssis, plaques de montage, panneaux, etc.) permet de constituer des plans de masse efficaces. De la même façon, on équipera de châssis métalliques les gammes d'enveloppes en matériau isolant.

Terre

Nous avions vu que la terre, contrairement à quelques idées reçues, ne devait pas être considérée comme une référence de potentiel exempte de pollution. Si cela reste totalement vrai pour la CEM, et entre les équipements ainsi qu'à l'intérieur de ceux-ci, nous verrons en abordant les régimes de neutre que son raccordement reste néanmoins essentiel pour la protection de l'installation contre les surtensions d'origine atmosphérique et obligatoire pour la protection des personnes. Nous verrons dans notre prochain article comment constituer un réseau de masse à l'échelle de toute l'installation et comment sa compatibilité avec le réseau de protection (terre et conducteurs vert/jaune) peut être assurée. Là encore, nous apporterons une réponse graduelle en fonction des perturbations de l'environnement ou de la sensibilité des appareils en proposant des solutions, des plus simples au plus abouties.