Principes et objectifs de la mise à la terre des instruments selon la norme SH/T3081-2019

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La norme SH/T3081-2019 « Spécifications pour la conception de la mise à la terre des instruments dans l’industrie pétrochimique » définit en détail ce qu’il convient de faire et comment procéder pour la mise à la terre des instruments et des systèmes de contrôle. Comme elle ne permet d’utiliser que les formulations et le vocabulaire requis par les normes, elle ne peut pas expliquer les raisons et le contexte des dispositions énoncées, ce qui rend sa lecture fastidieuse et parfois même difficile à comprendre. Cet article aborde en détail, sous neuf aspects, les principes et les objectifs de la mise à la terre des instruments, pouvant servir de documentation complémentaire aux normes pertinentes à titre de référence pour les lecteurs. Mise à la terre des instruments yunrun.com.cn/tech/3336.html Objectif de la mise à la terre L’objectif principal de la mise à la terre des instruments et des systèmes de contrôle est double : d’une part, assurer la sécurité des personnes et le bon fonctionnement des équipements électriques, y compris la mise à la terre de protection, la mise à la terre des systèmes intrinsèquement sûrs, la mise à la terre antistatique et la mise à la terre contre les orages, ce qui est appelé mise à la terre de sécurité ou mise à la terre de protection ； Deuxièmement, il y a la mise à la terre pour la transmission des signaux et la réduction des interférences, appelée mise à la terre de fonctionnement ou mise à la terre de référence. Ces deux types de mise à la terre ont des objectifs différents, et leurs méthodes de connexion diffèrent également, mais ils sont liés et ne peuvent être séparés nettement. La mise à la terre de sécurité ou la mise à la terre de protection des systèmes d’instruments et de contrôle, appelée dans ce texte mise à la terre de protection, est la mise à la terre nécessaire pour l’alimentation électrique des instruments. La source d’alimentation des instruments est le courant alternatif industriel ou domestique de 220 V ; par conséquent, la mise à la terre de protection pour les instruments relève, tout comme celle des installations électriques, du système de mise à la terre des réseaux d’alimentation en basse tension. Elle doit donc être réalisée conformément aux normes, règlements et méthodes applicables au domaine électrique, et connectée au dispositif de mise à la terre du réseau d’alimentation en basse tension relevant de ce même domaine. La terre de protection est liée à la forme d’alimentation des systèmes de distribution d’électricité en basse tension et existe sous diverses formes. Compte tenu de la nature et des caractéristiques de l’électricité alternative utilisée dans les systèmes d’instruments et de contrôle, le système TNS est largement adopté ; il dispose d’un fil de terre distinct PE (protecting earthing), ce qui en fait une forme d’alimentation relativement sûre. Le système d’alimentation TNS est illustré à la figure 1. La terre de protection des instruments et le câble PE provenant du service électrique sont la même terre, ce qui constitue une terre redondante. Figure 1 Schéma de connexion TN-S. La terre de fonction ou terre de référence du système de mesure et de contrôle, appelée ici terre de fonction, correspond à la terre du système d’alimentation en courant continu ou à la terre du point commun ; il s’agit d’une connexion au point de référence commun de la tension, qui n’a pas nécessairement à être physiquement reliée au sol. Les différentes sources littéraires utilisent des termes, des définitions et des classifications variés pour le terrenement de fonctionnement des instruments, mais leur essence reste la même. Rôle de la mise à la terre 1. La mise à la terre a trois fonctions : ① Créer sur les appareils électriques un potentiel proche de celui du sol ; ainsi, en cas de panne d’isolation et de fuite électrique, cela empêche qu’une tension de contact dangereuse ne se crée pour les personnes se trouvant au sol et en contact avec les parties métalliques de l’appareil ； ②Cela crée un courant dans le circuit de fuite, ce qui fait fonctionner le dispositif de protection contre les fuites électriques, assurant ainsi une protection ； ③Utilisé pour la dissipation des courants de surtension, qui peuvent provenir de la source d’alimentation ou d’un orage. 2. Le fonctionnement de la terre de fonction a trois objectifs : ① Fournir un point de référence pour le circuit électrique des équipements à courant continu ; l’utilisation d’une barre de connexion commune permet de réduire les câblages. ②Fournir un point de référence pour les circuits électroniques, former des boucles de fonctionnement ou éliminer le bruit. ③Pour mettre la couche de blindage à terre, celle-ci forme une cage de Faraday, assurant ainsi une protection contre les charges électrostatiques, les champs électriques ou des champs électromagnétiques dans une certaine zone. Principe de mise à la terre : En physique et en électricité, le terme « tension » désigne la différence de potentiel entre deux points, ou entre un point et un point de référence. Selon le point de référence choisi, la valeur de la tension peut varier. Le courant circule d’un point à un autre le long d’un chemin de courant ; dans les circuits d’alimentation et de consommation, il retourne vers la source de courant, ce qui crée nécessairement un circuit fermé. Cependant, en électrostatique et dans les champs électriques, c’est différent : le courant est le résultat du flux soudain d’une charge électrostatique accumulée lors de la rupture de l’isolation ; il n’y a pas de circuit de courant. Les décharges par frottement, les décharges électrostatiques des objets pendant les saisons sèches et les éclairs en sont des exemples. Selon les principes et le fonctionnement des circuits de tension et de courant mentionnés ci-dessus, la terre est généralement utilisée comme point de référence, possédant un potentiel relativement stable. Puisque la terre fournit un point de référence pour les circuits, forme des circuits électriques ou sert à évacuer les courants anormaux, il est en principe possible d’utiliser soit une mise à la terre dispersée, soit une mise à la terre commune. Cependant, afin de réduire la tension ou le courant entre les points de mise à la terre dispersés ou les systèmes de mise à la terre dispersés, l’utilisation d’une mise à la terre commune est une méthode plus sûre et plus fiable. Elle diminue le nombre de points de référence différents et crée un circuit de courant (à faible impédance) ainsi qu’un chemin de décharge pour les courants anormaux, permettant ainsi d’assurer le fonctionnement sûr des équipements électriques et de réduire ou d’éliminer les interférences avec les équipements électroniques. Dans certaines conditions particulières, il n’est pas pratique d’utiliser la terre comme point de référence. Par exemple, les appareils mobiles peuvent utiliser un point de connexion électrique commun à l’appareil ou au système comme point de terre, permettant ainsi au système électrique de l’appareil mobile de fonctionner de manière autonome, avec le même résultat. Cette forme de « mise à la terre » qui n’est pas directement connectée au sol est appelée « connexion de mise à la terre » ; certains documents l’appellent également « liaison de mise à la terre ». Les deux termes sont utilisés, et le débat persiste, mais leur sens fondamental reste le même : relier par des conducteurs les équipements, instruments qui doivent être mis à la terre, les corps métalliques pouvant être chargés électriquement, ainsi que les grands corps métalliques isolés, afin que le potentiel de ces objets soit approximativement égal. C’est pourquoi on l’appelle aussi connexion à potentiel égal ou liaison à potentiel égal. Bien sûr, cette « mise à la terre » peut se faire sans être connectée au sol, ou bien en étant connectée au sol. Classification de la mise à la terre : La mise à la terre des instruments et des systèmes de contrôle peut être classée selon sa fonction ou son rôle, sans définition stricte. Certaines terrements peuvent appartenir à ce type de terrement tout en appartenant également à un autre type ; les classifications varient selon les différentes sources. La version révisée de la norme SH/T 3081 « Normes de conception pour la mise à la terre des instruments dans l’industrie pétrochimique » distingue plusieurs types de mise à la terre : la mise à la terre de protection, la mise à la terre de fonctionnement, la mise à la terre des systèmes intrinsèquement sûrs, la mise à la terre de blindage, la mise à la terre anti-statique et la mise à la terre contre les orages. 1. Mise à la terre de protection : La mise à la terre de protection est une mise à la terre mise en place pour assurer la sécurité des personnes et des équipements électriques. Les parties conductrices visibles des instruments et des systèmes de contrôle ne sont pas sous tension en conditions normales, mais peuvent présenter une tension dangereuse en cas de panne, de détérioration ou de conditions anormales. Une telle mise à la terre doit être appliquée à tous ces équipements. Les instruments alimentés en dessous de la tension de sécurité ne nécessitent pas de mise à la terre de protection, sauf s’ils risquent d’entrer en contact avec des équipements électriques fonctionnant à une tension supérieure à la tension de sécurité. Tension de sécurité désigne la valeur de tension qui ne représente pas de danger pour le corps humain. Les valeurs de tension de sécurité prescrites par les normes varient en fonction des ** et des périodes ; de plus, en fonction des conditions environnementales, des caractéristiques du corps humain, des conditions de travail et de la fréquence, les tensions et courants de contact susceptibles de causer des blessures diffèrent également. La Chine a autrefois fixé la tension de sécurité à 36 V, puis a défini des tensions de sécurité différentes en fonction des différents environnements de travail. La norme GB/T3805-2008 « Limites pour les tensions très basses (ELV) » définit les valeurs de tension qui ne causent pas de dommages à l’être humain dans différentes conditions environnementales et en cas de diverses pannes. Lorsque l’appareil électrique est déjà mis à la terre naturellement, il n’est pas nécessaire de le mettre à la terre à nouveau. Par exemple, les instruments installés sur un tableau de bord métallique, une boîte, un meuble ou un cadre déjà mis à la terre et en bon contact électrique avec ceux-ci peuvent ne pas nécessiter de mise à la terre de protection. 2. Mise à la terre de fonctionnement : Dans ce texte, la mise à la terre de fonctionnement fait référence à la mise à la terre des instruments et des systèmes de contrôle, y compris la mise à la terre des circuits de signaux des instruments et la mise à la terre du point de référence d’alimentation en courant continu. Les signaux des systèmes de mesure et de contrôle sont des signaux en courant continu standard ou des signaux de communication à faible fréquence ； Les signaux de communication réseau et les signaux porteurs sont à considérer séparément. Les signaux non isolés sont généralement référencés au négatif de la source de tension continue et mis à la terre ; c’est ce point de référence qui est utilisé pour la distribution des signaux dans les instruments analogiques standards. Le circuit du signal d’isolement est isolé des autres circuits, ainsi que par rapport au sol, ce qui permet de ne pas le mettre à terre. Nature du signal d’isolement : ① Le système de circuit est en suspension, sans aucun lien électrique avec un point de référence à terre, et la tension du circuit par rapport à la terre est indéterminée ； ②Le système d’alimentation est un autre système de mise à la terre ； La différence de potentiel entre les deux systèmes de terre aux extrémités du circuit d’isolement est indéterminée et varie en fonction des conditions des systèmes de terre et des conditions environnementales. 3. Mise à la terre des systèmes intrinsèquement sûrs : système intrinsèquement sûr utilisant une barrière de sécurité isolée, les entrées et les sorties sont isolées, il n’y a pas de circuit électrique, donc aucune mise à la terre spéciale n’est nécessaire ； Un système intrinsèquement sûr utilisant une barrière de sécurité de type Zener, dont les entrées et les sorties sont connectées en circuit, nécessite un système de connexion à la terre par rapport au point de référence afin de limiter la tension en cas de panne au niveau du site. Dans un système intrinsèquement sûr à grille de sécurité Zener, la mise à la terre du système et la mise à la terre des circuits de signaux instrumentés ne doivent pas être séparées, et en pratique, elles ne le peuvent pas non plus. 4. Mise à la terre de l’écran : Selon le principe de la cage de Faraday, un corps métallique d’écran doit être mis à la terre pour être efficace. La mise à la terre de l’écran se divise en écran du circuit et écran de l’équipement ; l’essence de l’écran est de protéger le circuit ou l’équipement contre l’environnement extérieur, ce qui en fait une fonction de protection. La fonction du blindage est de réduire les perturbations causées par la statique, les champs électriques externes ou certains champs électromagnétiques sur l’objet à protéger ; il ne s’agit donc ni d’une mise à la terre pour des raisons de sécurité électrique, ni d’une mise à la terre nécessaire au fonctionnement des circuits internes des appareils de mesure. En général, la décharge électrostatique à travers la couche de blindage et le courant d’induction du champ électrique sont faibles, donc la mise à la terre du blindage peut être connectée soit à la terre de protection, soit à la terre de fonctionnement. Le revêtement de blindage du câble à blindage de signal est mis à la terre unipolairement afin d’éviter que les courants générés par les potentiels de terre différents sur le revêtement de blindage ne perturbent les fils de signal. Afin de faciliter la mise en œuvre du projet sans nuire à l’efficacité du blindage, la couche de blindage des câbles de blindage de signaux est généralement mise à terre du côté des instruments dans la salle de contrôle. Dans les applications de protection contre la foudre, la mise à la terre de blindage a pour fonction de dissiper le courant de foudre ; il est donc plus approprié de le connecter à une mise à la terre de protection. Dans certains cas, on utilise également délibérément le courant de blindage généré par les champs électromagnétiques extérieurs pour réduire les interférences ; cette méthode qui fait appel à des courants de retour de mise à la terre distants exige que les deux extrémités de la couche de blindage soient mises à la terre. Il existe deux façons de résoudre ce conflit : la première consiste à utiliser un blindage monolithe, dont une extrémité est directement mise à terre et l’autre est mise à terre par le biais d’un condensateur ； Deuxièmement, on utilise une double isolation : la couche d’isolation intérieure est mise à la terre à une extrémité, tandis que la couche d’isolation extérieure est mise à la terre aux deux extrémités. L’isolation extérieure peut être assurée par des tubes de protection métalliques, des gaines de câbles métalliques, etc., et n’a pas nécessairement à être la couche d’isolation du câble. Par conséquent, le tube de protection métallique du câble d’instrumentation et la gaine métallique du câble doivent être reliés à la terre de protection aux deux extrémités ; pour les tubes de protection ou les gaines plus longs, il convient en outre de réaliser des liaisons à la terre à intervalles réguliers ； La gaine métallique de protection du câble blindé utilisé pour les mêmes signaux instrumentés doit également être reliée au terre de protection aux deux extrémités. Comme le courant de blindage n’est pas un courant qui affecte les propriétés de sécurité électrique et en raison de certaines pratiques techniques*, il est souvent relié au terrement de fonctionnement des instruments, ce qui entraîne une incertitude dans la mise en œuvre du terrement de blindage. La fonction de mise à la terre des instruments sur site consiste principalement à utiliser l’enveloppe métallique pour assurer une simple isolation, tandis que les circuits internes de l’instrument ne sont pas mis à la terre ; les affirmations selon lesquelles les circuits internes de l’instrument devraient être mis à la terre comme prérequis à l’analyse sont sans fondement. 5. Mise à la terre antistatique : La méthode principale pour éviter que les charges électrostatiques ne endommagent les équipements électroniques est de prévenir leur accumulation et d’assurer une connexion conductrice permettant leur dissipation. En général, dans les salles de contrôle et les chambres de armoires où sont installés des équipements tels que des DCS, des PLC, des SIS, des PC, ainsi que dans les salles des ordinateurs de contrôle des processus, il convient de prévoir des mesures anti-statiques. Les sols conducteurs à l’électricité statique, les planchers métalliques amovibles, les tables de travail, les armoires, etc., présents dans ces pièces, doivent être mis à la terre. L’accumulation et la dissipation de l’électricité statique sont étroitement liées à l’humidité de l’air. La dissipation de l’électricité statique est relativement facile : un résistance de dissipation par rapport au sol inférieure à 100 Ω permet d’obtenir de bons résultats. Par conséquent, les instruments et équipements déjà dotés d’une mise à la terre de protection et d’une mise à la terre de fonctionnement n’ont pas besoin d’une mise à la terre antistatique supplémentaire. Ces dernières années, les équipements de contrôle tels que les DCS, PLC, SIS et PC disposent déjà de fonctions anti-statique ainsi que de connecteurs protégeant contre les chocs de tension ou de courant, ce qui permet d’éviter efficacement les dommages et les impacts dus à la statique. Les exigences en matière de protection contre la statique dans l’environnement extérieur ne sont donc plus aussi strictes. 6. Mise à la terre de protection contre la foudre : La fonction de la mise à la terre pour la protection contre la foudre est de diriger le courant de foudre vers le sol. Le courant d’impact par la foudre se divise en courant d’impact direct et en courant de pic généré par l’induction électromagnétique de la foudre. Comme l’intensité du courant d’orage est très élevée, même le courant de pic généré par induction atteint des valeurs allant de une dizaine à plusieurs centaines d’ampères. Cependant, la durée du courant d’orage est très courte, ce qui en fait essentiellement un pulse de courant intense à haute fréquence. Pour évacuer le courant de pic d’un coup de foudre, il est nécessaire d’avoir un chemin de décharge aussi court que possible et une impédance du circuit aussi faible que possible. Étant donné que la grande majorité des circuits des instruments n’est pas exposée directement dans des zones ouvertes ou autres zones vulnérables aux coups de foudre, la plupart des courants de foudre qui endommagent les instruments sont des courants de surtension et non des courants de foudre directs. Pour la mise à la terre de protection contre la foudre, il convient de prêter attention à la différence de potentiel générée le long du chemin de dissipation du courant de pic de foudre, ainsi qu’à la tension de retour du potentiel de terre. Pour la protection contre les surtensions des systèmes de mesure et de contrôle, il existe des considérations et des méthodes liées à la dissipation des courants de pic, et les dispositifs de mise à la terre doivent être partagés avec le système de mise à la terre du domaine électrique. La norme de mise à la terre SH/T3081-2019 « Norme de conception de la mise à la terre des instruments dans l’industrie pétrochimique » définit les méthodes et détails spécifiques pour la mise à la terre de protection, la mise à la terre de fonctionnement, la mise à la terre des systèmes intrinsèquement sûrs, la mise à la terre de blindage et la mise à la terre antistatique. La norme SH/T3164-2012 « Spécifications pour la conception de la protection contre la foudre dans les systèmes d’instruments pétrochimiques » définit les méthodes de mise à la terre dans les projets de protection contre la foudre pour les instruments. Les dispositions de cette norme concernant la conception de la mise à la terre des systèmes de instruments visent à protéger ces derniers contre les orages, et constituent un complément et une extension de la « Norme de conception de la mise à la terre des instruments dans l’industrie pétrochimique ». Un système de mise à la terre mis en œuvre conformément aux « Normes de conception de protection contre les surtensions pour les systèmes d’instruments pétrochimiques » peut assurer les fonctions de mise à la terre prévues par les « Normes de conception de mise à la terre des instruments pétrochimiques », et les méthodes de mise à la terre prescrites peuvent parfaitement remplacer celles indiquées dans ces dernières. Effet de protection contre les interférences grâce à la mise à la terre 1. Sources d’interférence des signaux Les interférences sur les signaux des instruments comprennent les interférences en mode différentiel et celles en mode commun, qui peuvent provoquer une distorsion du signal ainsi que des erreurs. La perturbation en mode différentiel est une tension ou un courant agissant directement entre les lignes de signal, tandis que la perturbation en mode commun est une tension ou un courant entre les lignes de signal et un point de référence commun, ou entre les lignes de signal et la terre. La nature des tensions ou courants perturbateurs peut être continue, alternée, pulsée ou irrégulière. Les principales sources de perturbation des signaux sont le champ électrique (électrostatique) et le champ électromagnétique, qui se divisent en fréquences hautes et basses. Le principe d’interférence repose sur l’induction électrique et l’induction du champ électromagnétique. Les principales mesures pour prévenir ou réduire les interférences avec les instruments sont le blindage ainsi que l’annulation et l’atténuation des champs électromagnétiques perturbateurs par des champs électromagnétiques opposés. Par exemple : paire torsadée, blindage extérieur avec mise à la terre multiple, etc. Les causes d’accidents et de perturbations anormales sont généralement des erreurs de signal dues à un court-circuit ou à une rupture de circuit, entraînant même la détérioration des instruments. 2. Effet de protection contre les interférences grâce à la mise à la terre – Étanchéité : L’étanchéité est l’un des moyens efficaces de lutte contre les interférences. Selon la source des interférences, on peut distinguer l’étanchéité aux champs électriques, l’étanchéité aux champs magnétiques et l’étanchéité aux champs électromagnétiques. Étant donné que les trois situations existent dans l’environnement de fonctionnement des instruments, le blindage doit être pris en compte de manière globale. Le principe du blindage électrique consiste à utiliser un matériau conducteur pour former un blindage, à atteindre un équilibre électrostatique dans des conditions de mise à la terre, à éliminer le couplage capacitif des sources de perturbation dues aux champs électriques et aux champs électromagnétiques à basses fréquences, afin d’assurer le blindage du champ électrique. Le blindage magnétique permet d’empêcher les champs magnétiques statiques extérieurs ainsi que ceux générés par des courants à faible fréquence d’entrer dans la zone à protéger. Il est nécessaire d’utiliser un matériau magnétique pour former l’enveloppe ; plus cette enveloppe est épaisse et plus sa permittivité magnétique est élevée, meilleur est l’effet de blindage. Le matériau ferreux a une permittivité magnétique très élevée, ce qui lui confère un effet de blindage bien supérieur à celui des matériaux ayant une permittivité magnétique plus faible. Le blindage des champs électromagnétiques utilise également un corps de blindage en métal, qui, grâce au phénomène d’induction électromagnétique, crée des courants électriques de Foucault à sa surface, générant ainsi un champ magnétique opposé qui compense ou atténue le champ magnétique perturbateur d’origine, atteignant ainsi l’objectif du blindage. L’acier au carbone ordinaire et les matériaux en fer possèdent une très haute conductivité électrique et magnétique, ce qui leur confère d’excellentes propriétés de blindage contre les champs électriques, les champs magnétiques et les champs électromagnétiques. La mise à la terre du blindage est l’une des conditions essentielles pour assurer son effet de blindage. 3. Fonction de guidage : La mise à la terre du corps de blindage dirige les charges électrostatiques vers le sol, ce qui fait que le champ électrique s’arrête à la surface métallique du corps de blindage, permettant ainsi un équilibre électrostatique, c’est-à-dire un blindage du champ électrique. Lorsque le courant de surtension circule le long des lignes de signal, en raison de l’effet de peau de l’électricité alternative, une partie de ce courant est dissipée vers la terre par le revêtement de blindage, tandis que le reste est dispersé vers la terre sous l’action du diviseur de courant du dispositif de protection contre les surtensions. C’est là le rôle de guidage du système de terre. Mode de mise à la terre 1. Aperçu : Les modes de mise à la terre comprennent la mise à la terre en point unique et la mise à la terre répétée en plusieurs points. En principe, ces deux méthodes permettent de répondre aux besoins de mise à la terre de différents types. Cependant, dans les projets réels, l’efficacité de la mise à la terre varie en fonction de la taille de la zone, de la longueur des circuits de mise à la terre, ainsi que de la nature des courants anormaux ou perturbateurs. Les signaux en courant continu, les signaux à faible fréquence, l’alimentation en courant continu, l’alimentation et la distribution d’électricité dans les bâtiments industriels et résidentiels, l’alimentation et la distribution d’électricité pour les équipements industriels, les pannes d’alimentation et de distribution, la foudre, etc., peuvent tous générer un courant dans les circuits de mise à la terre ou aux points de terre. Cependant, les fréquences de fonctionnement des composants, des bus et des systèmes de communication dans les équipements électroniques ne correspondent pas aux fréquences des courants de terre en conditions normales ou anormales. Par exemple, la fréquence de fonctionnement des ordinateurs est de l’ordre de plusieurs GHz, mais les puces et les cartes électroniques n’ont pas besoin d’être mises à la terre ; elles servent simplement de point de référence pour le potentiel relatif des circuits locaux. Ce qui est réellement mis à la terre, c’est la terre de distribution d’électricité, c’est-à-dire la terre de protection, ou encore la terre nécessaire pour les signaux en courant continu et à basse fréquence. 2. Mise à la terre en un seul point : Les signaux des instruments et des systèmes de contrôle sont des signaux en courant continu ou à faible fréquence, inférieurs à 10 kHz. Afin d’éviter que les potentiels électriques des différents points de mise à la terre ne perturbent les signaux, ainsi que pour éliminer l’effet des capacités de distribution des lignes, une mise à la terre en un seul point est souvent utilisée pour l’équipement fonctionnel des instruments. Il convient d’éviter la formation de circuits de mise à la terre dans les circuits de signalisation. La mise à la terre ponctuelle des instruments est illustrée à la figure 2, tandis que la méthode de mise à la terre séparée de la source de signal et des instruments réceveurs est montrée à la figure 3. Figure 2 Schéma de mise à la terre unique du tableau de bord (Note : U = US ； U est le signal reçu par l’instrument ； Signal de sortie de la source USμ) http://yunrun.com.cn/upload/202009/16/202009160006151804.png Figure 3 Schéma montrant le mise à la terre séparée de la source de signal et de l’appareil de réception (Note : U = US + Ug ； La différence de potentiel électrique entre les différents points de terre Ug) On peut voir aux figures 2 et 3 que lorsque la source de signal et l’appareil de réception sont mis à terre respectivement, une différence de potentiel électrique Ug apparaît entre ces différents points de terre. Afin d’éviter que le potentiel géologique n’affecte le signal, ce dernier ne doit pas former un circuit à travers la terre. Si la source de signal et l’appareil de réception sur une ligne doivent inévitablement être mis à la terre, un isolateur doit être utilisé pour séparer ces deux points de terre, afin d’éliminer l’effet de la différence de potentiel de terre Ug. La séparation des deux points de terre par l’isolateur est illustrée à la figure 4. http://yunrun.com.cn/upload/202009/16/202009160021071447.png Figure 4 Schéma illustratif de l’isolement des deux points à la terre à l’aide d’un isolateur. Dans un système à une seule terre, toutes les lignes de terre sont généralement rassemblées sur une plaque de collecte — le point de terre — qui est ensuite connecté au réseau de terre. La mise à la terre de la plaque de collecte est présentée à la Figure 5, où les lignes pointillées représentent les lignes de terre. http://yunrun.com.cn/upload/202009/16/202009160025450354.png Figure 5 Schéma indicatif de la mise à la terre du panneau de synthèse 3. Mise à la terre en plusieurs points La mise à la terre en plusieurs points, également appelée mise à la terre répétée, est utilisée pour évacuer des courants importants en cas d’anomalie sur un même équipement ou une même ligne. Elle sert également à établir des connexions à potentiel égal pour les équipements conducteurs de grande superficie, dans le cadre des mesures de sécurité. Elle est principalement employée pour la mise à la terre dans les systèmes d’alimentation électrique et pour la protection contre les orages. Pour un petit appareil individuel, la surface conductrice exposée est petite, les chemins de courant anormal ou les liaisons de mise à la terre sont courts, ce qui ne crée pas de différence de potentiel ; par conséquent, une seule liaison de mise à la terre suffit. Cependant, pour les équipements de grande taille ou ceux de longueur importante, il est nécessaire d’effectuer une mise à la terre à intervalles réguliers, c’est-à-dire des mises à la terre répétées, comme pour la mise à la terre des canalisations de câbles. 4. Réseau de mise à la terre : Pour un réseau de mise à la terre bien conducteur, s’il n’y a pas de mise à la terre en cas de panne d’équipements électriques à forte puissance dans la zone des appareils de mesure, celui-ci peut être considéré comme un plan de mise à la terre. Tous les types de mise à la terre présents dans cette zone peuvent être connectés directement à ce réseau, ce qui permet d’obtenir un excellent effet de mise à la terre, de manière simple et pratique. C’est ce qu’on appelle le système de mise à la terre en réseau. Système de mise à la terre 1 : Mise à la terre en étoile. La configuration en étoile est souvent utilisée pour la mise à la terre dans des zones de petite taille ; il s’agit d’une méthode typique de mise à la terre en point unique, par exemple pour la mise à la terre des salles de contrôle ou des salles de coffrets électriques. Le schéma de mise à la terre en étoile est présenté à la figure 6. http://yunrun.com.cn/upload/202009/15/202009151740504771.png Figure 6 Schéma de mise à la terre en étoile. La mise en œuvre de la configuration de mise à la terre en étoile comporte deux points de convergence : ① Les différentes sortes de mises à la terre sont reliées entre elles. Les fils de terre de protection des instruments sont rassemblés sur la plaque de collecte de la terre de protection ； Les fils de terre de fonctionnement des instruments sont rassemblés sur la plaque de collecte des terres de fonctionnement ; dans les cas où il y a de nombreux fils de terre d’instruments, on peut d’abord les collecter séparément avant de les regrouper. ②Reunir différents bus ensemble. Par exemple : relier les plaques de mise à la terre des équipements de travail et les plaques de mise à la terre de protection au plan de mise à la terre principal, puis à l’installation de mise à la terre. Dans la partie en étoile utilisant un système de mise à la terre en étoile ou un système mixte étoile-mesh, la mise à la terre de fonction ne doit pas être mélangée avec la mise à la terre de protection avant d’être connectée au panneau de collecte des mises à la terre de fonction. Les connexions de mise à la terre des équipements, y compris les différents fils de terre, les lignes principales de terre et les barres de collecte de terre, doivent être isolées, en dehors des points de connexion normaux, avant d’être reliées au plancher de terre principal. Bien que cette disposition ne soit pas étayée par des preuves et des raisons suffisantes, elle vise principalement à éviter les effets néfastes des circuits de courant anormaux générés par des erreurs lors de la construction du projet. 2. Terre en réseau : La forme de terre en réseau équivaut à un réseau de terre local et offre une bonne efficacité de mise à la terre. Elle convient à diverses zones géographiques et à différents besoins en matière de terre, pouvant être utilisée dans des systèmes de mise à la terre en point unique ou en plusieurs points. Son inconvénient est un coût légèrement plus élevé. Le schéma de mise à la terre en réseau est présenté à la figure 7. http://yunrun.com.cn/upload/202009/15/202009151815316806.png Figure 7 Schéma de mise à la terre en réseau. Le système de mise à la terre en réseau utilise plusieurs circuits de mise à la terre reliés au dispositif de mise à la terre, dans le but de fournir davantage de voies de dérivation et d’améliorer l’efficacité de la mise à la terre, en particulier dans les cas où le courant de mise à la terre est élevé. Cela permet également une évacuation efficace des surtensions électriques dues aux orages pour les instruments. Les « Normes de conception pour la protection contre les surtensions dans les systèmes d’instruments pétrochimiques » adoptent cette méthode de connexion à la terre. Le système de mise à la terre anti-éclaircissement des instruments de la salle de contrôle doit utiliser une mise à la terre en réseau, avec des barres de mise à la terre en réseau disposées sous les armoires. Les différentes barres de connexion présentes dans le boîtier peuvent être connectées directement à la barre de mise à la terre en réseau située en dessous du boîtier, ce qui permet d’obtenir un chemin de mise à la terre plus court. En même temps, le câble de terre doit être le plus court possible et il faut éviter de l’installer de manière courbée. Les barres de mise à la terre en réseau peuvent être fabriquées à partir de plaques de cuivre d’une épaisseur et d’une largeur de 4 mm × 40 mm, de tôles galvanisées ou d’acier inoxydable, et sont adaptées à tous les cas de connexion à potentiel égal. 3. Terre composite en réseau étoilé. La forme de terre composite en réseau étoilé est illustrée à la figure 8. http://yunrun.com.cn/upload/202009/15/202009152345102050.png Figure 8 Schéma de mise à la terre composite en forme d’étoile et en réseau Principes de mise à la terre 1. Utilisation d’un dispositif de mise à la terre commun Les « Normes de conception de la mise à la terre des systèmes de instrumentation dans l’industrie pétrochimique » prévoient que la mise à la terre des systèmes d’instrumentation et de contrôle soit intégrée au système d’alimentation en électricité à basse tension du domaine électrique. Elles stipulent également que la mise à la terre de protection, la mise à la terre de fonctionnement, la mise à la terre des systèmes intrinsèquement sûrs, la mise à la terre de blindage, la mise à la terre anti-statique et la mise à la terre contre la foudre des systèmes d’instrumentation et de contrôle utilisent un même dispositif de mise à la terre. L’utilisation d’un système de terre commun est une pratique reconnue pour les systèmes de terre électriques ainsi que pour la terre des instruments et des systèmes de contrôle. La plupart des normes et règlements en vigueur, tant au niveau national qu’international, prescrivent le principe d’un système de terre commun ; en particulier, la norme GB 50057-210 « Normes de conception contre la foudre pour les bâtiments » stipule que le système de terre destiné à protéger contre l’induction par la foudre doit être partagé avec le système de terre des équipements électriques. Selon le principe de fonctionnement des instruments et la conception des circuits électroniques, les circuits d’instruments n’ont aucune exigence particulière en ce qui concerne la résistance de terre. Que ce soit pour la mise à la terre de protection des instruments, la mise à la terre de fonctionnement, la mise à la terre pour sécurité intrinsèque, la mise à la terre de blindage, la mise à la terre anti-statique ou la mise à la terre contre les orages, il convient de se conformer aux règles de mise à la terre propres au domaine électrique ; il n’y a donc aucune raison d’établir des exigences spéciales concernant la résistance de terre. Après avoir examiné la littérature pertinente, on n’a trouvé aucune explication ou justification concernant les exigences spéciales en matière de résistance de mise à la terre pour les instruments, les équipements de communication, les produits électroniques, les ordinateurs et autres équipements électroniques. 2. Connexion à potentiel égal : Les causes qui affectent le bon fonctionnement des instruments ou provoquent leur endommagement par surtension sont essentiellement les courts-circuits, l’influence du potentiel de terre, les courants de pic, etc. Une bonne conductivité des circuits de terre, une connexion à potentiel égal ainsi qu’un dispositif de terre commun permettent de résoudre efficacement ces problèmes. Les fonctions de la terre de protection des instruments et de la terre de fonctionnement des instruments se résument en ceci : premièrement, réduire la différence de potentiel générée dans le circuit par le courant de terre ； Deuxièmement, établir un potentiel de référence public. La connexion à potentiel égal atteint très bien ces deux objectifs ; on peut utiliser une mise à la terre en étoile ou en réseau, la mise à la terre en réseau offrant de meilleurs résultats et étant plus simple ； Mais veillez à ne pas utiliser de connexion en série entre des armoires ou des instruments pour l’équilibrage électrique. 3. Résistance de mise à la terre : Grâce à l’utilisation d’une connexion à potentiel égal et d’un dispositif de mise à la terre commun, la résistance de mise à la terre des instruments et des systèmes de contrôle correspond à celle du dispositif de mise à la terre du système d’alimentation en courant faible électrique. La résistance de mise à la terre des systèmes d’alimentation et de distribution en basse tension est calculée et déterminée en fonction des situations de contact électrique et de la sécurité des personnes ; les normes professionnelles chinoises en matière d’électricité stipulent que, dans des conditions normales, cette résistance ne doit pas dépasser 4 Ω. La valeur de définition de la résistance de mise à la terre d’un dispositif de mise à la terre est égale au rapport entre la tension du dispositif par rapport à la terre et le courant qui circule dans le sol à travers l’électrode de mise à la terre. Comme la fréquence de l’électricité alternative industrielle et domestique en Chine est de 50 Hz, la mesure de la résistance de mise à la terre doit également être effectuée avec un courant alternatif de 50 Hz ; par conséquent, la résistance calculée à partir de la mesure du courant alternatif de fréquence industrielle qui traverse le poteau de mise à la terre est appelée résistance de mise à la terre en fréquence industrielle. Selon le principe de mise à la terre des instruments et son rôle, une bonne connexion équipotentielle est plus importante que la valeur de la résistance de mise à la terre. La norme ISARP12.6 « Mise à la terre des instruments dans les zones dangereuses – Partie 1 : Sécurité intrinsèque » stipule que la résistance de connexion du circuit de mise à la terre doit être inférieure à 1 Ω, et non la valeur de la résistance de mise à la terre elle-même ; il s’agit de deux concepts distincts qu’il ne faut pas confondre. La méthode de mise à la terre spécifiée dans ISARP12.6 propose d’utiliser deux conducteurs de mise à la terre reliés en boucle, afin de mesurer la résistance du chemin de mise à la terre en déconnectant l’un des conducteurs pour mesurer la résistance du circuit, plutôt que de mesurer la résistance du raccordement à la terre. En somme, que ce soit pour la mise à la terre de protection des instruments ou pour la mise à la terre de fonctionnement, aucune exigence particulière n’est imposée en ce qui concerne la résistance de mise à la terre. Aucun article, étude ou document qui prescrirait ou établirait délibérément une valeur pour la résistance de mise à la terre des circuits de signaux d’instruments ne clarifie les raisons qui sous-tendent cela, et par conséquent, il n’y a aucune base à cela. Selon les objectifs et les principes de fonctionnement de la mise à la terre des systèmes de mesure et de commande, la mise à la terre de protection des instruments ainsi que la mise à la terre de fonctionnement doivent partager le même dispositif de mise à la terre que le système d’alimentation et de distribution en courant faible électrique. Cela constitue l’avis unanime des spécialistes techniques et a été pleinement prouvé au cours de nombreuses années de pratique en ingénierie. La fonction de la terre de protection des instruments et de la terre de fonction est d’établir un potentiel de référence commun et de réduire les différences de potentiel générées par les courants de terre dans les circuits ; le raccordement à potentiel égal permet d’atteindre très bien ces deux objectifs. Selon les principes de base de la mise à la terre, la terre est généralement utilisée comme point de référence, ayant un potentiel relativement stable. Dans certaines conditions particulières, lorsque l’utilisation de la terre comme point de référence n’est pas possible, on peut utiliser un point de connexion électrique commun à un équipement ou à un système comme point de terre, avec des résultats identiques. Les circuits électroniques n’ont pas besoin d’être mis à la terre ; il n’existe ni fondement théorique solide ni preuves expérimentales montrant que les circuits électroniques doivent être mis à la terre, et aucune théorie ou preuve ne définit la valeur de résistance pour le mise à la terre des circuits électroniques. Les normes de mise à la terre des systèmes d’instruments et de contrôle doivent non seulement répondre aux objectifs et fonctions de la mise à la terre, mais aussi tenir compte de la faisabilité, de la praticité et des pratiques habituelles dans la mise en œuvre du projet. Auteur : Ye Xiangdong, homme, ingénieur en chef adjoint au Beijing Design Institute de Sinopec et à la Sinopec Engineering Construction Company, ingénieur senior de niveau professeur, auteur principal de la norme SH/T3081-2019