Batteries et systèmes à courant continu
L’essai de détection des défauts à la terre confirme qu’un réseau à courant continu isolé de la terre peut déceler une liaison non voulue entre un conducteur et la terre, et que l’alarme fonctionne. Il repose sur des lectures de tension par rapport à la terre et des vérifications du détecteur sur les réseaux de batteries et les champs photovoltaïques, afin qu’un premier défaut soit trouvé avant qu’un second ne cause une panne.
Beaucoup de réseaux de batteries de poste et de champs photovoltaïques sont volontairement laissés isolés de la terre, ou reliés à la terre uniquement par un détecteur à haute impédance, de sorte qu’un seul défaut à la terre ne fasse pas déclencher le réseau. L’essai de détection des défauts à la terre vérifie qu’un tel réseau peut reconnaître une liaison accidentelle entre l’un ou l’autre des conducteurs et la terre, et qu’il en informe quelqu’un. L’essai combine deux types de vérifications. La première est une mesure de la tension des conducteurs positif et négatif par rapport à la terre, qui doit être équilibrée dans un réseau sain et se déplacer de façon reconnaissable lorsqu’un défaut existe. La seconde est une vérification fonctionnelle du détecteur de défaut à la terre et de son alarme, qui peut être un relais, un indicateur à lampes, un circuit en pont ou un moniteur électronique. L’essai s’applique aux réseaux de batteries au plomb ouvertes, régulées par soupape et au nickel-cadmium ainsi qu’à leurs redresseurs, et aux systèmes solaires photovoltaïques dont le champ et le câblage en courant continu sont surveillés pour les défauts à la terre. Que le réseau soit volontairement isolé ou mis à la terre par résistance détermine l’interprétation des lectures; la conception du réseau est donc confirmée d’abord.
Sur un réseau à courant continu isolé, un seul défaut à la terre ne provoque habituellement rien, et c’est précisément ce qui le rend dangereux. Il passe inaperçu jusqu’à ce qu’un second défaut apparaisse sur la polarité opposée, auquel moment les deux forment un court-circuit par le chemin de terre. Ce second défaut peut faire sauter des fusibles, déclencher des disjoncteurs ou, pire, alimenter une bobine de déclenchement ou fermer un circuit de commande qui devait être hors tension, causant une manœuvre indésirable d’un disjoncteur. Un défaut persistant accélère aussi la corrosion des conducteurs et des connecteurs et peut introduire un courant de fuite en courant continu sur la batterie ou sur le châssis. Dans les systèmes photovoltaïques, un défaut à la terre est un risque reconnu d’incendie et de choc, car il peut faire circuler du courant par des chemins pour lesquels la protection n’a pas été conçue. Un détecteur de défaut en panne procure un faux sentiment de sécurité; l’éprouver démontre donc que l’alerte précoce existe. Le faire à la mise en service établit un réseau sain, et les vérifications périodiques assurent qu’un défaut naissant soit trouvé lorsqu’il n’est encore qu’un irritant et avant qu’il ne devienne une panne.
Dans un réseau à courant continu isolé, il n’y a pas de liaison volontaire à la terre; le réseau flotte donc. Si le réseau est parfaitement isolé, les tensions positive et négative mesurées par rapport à la terre sont équilibrées par rapport au point milieu du réseau, qu’il flotte simplement ou qu’un détecteur à haute impédance le maintienne au point milieu. Un défaut sur un conducteur amène ce conducteur au potentiel de la terre; sa tension par rapport à la terre tombe donc vers zéro et celle du conducteur opposé monte vers la tension totale du réseau. Le déplacement des deux lectures indique quelle polarité est à la terre et à quel point le défaut est franc : un défaut franc fait s’effondrer la lecture, tandis qu’un défaut à haute résistance ne produit qu’un déplacement partiel. Les détecteurs fonctionnent en surveillant ce déséquilibre, en injectant un petit signal et en mesurant la réponse, ou en mesurant la résistance d’isolement entre le réseau et la terre, et ils déclenchent l’alarme lorsque la fuite dépasse un niveau préréglé. Comme la batterie compte de nombreux éléments en série, un défaut en un point de la chaîne produit une répartition de tension qui permet d’estimer où il se situe.
L’essai commence par la confirmation de la conception du réseau et du schéma de mise à la terre, et par des précautions de sécurité adaptées à un réseau à courant continu sous tension, dont l’équipement de protection approprié et des appareils de mesure de calibre adéquat. Le réseau étant en floating normal ou en condition d’exploitation, un voltmètre à haute impédance sert à mesurer les tensions positif-terre et négatif-terre ainsi que la tension totale du réseau, et les lectures sont comparées entre elles. Les appareils et les cordons d’essai sont manipulés avec soin, car une batterie peut débiter des courants de défaut très élevés. Le détecteur de défaut à la terre est ensuite éprouvé en introduisant un défaut d’essai contrôlé et sécuritaire à travers une résistance, selon la procédure du fabricant, pour confirmer qu’il indique et déclenche l’alarme à la sensibilité prévue, et que l’alarme parvient au point de surveillance. Sur les champs solaires, le dispositif de détection de défaut à la terre ou de surveillance de l’isolement est vérifié de la même façon, et le champ et son câblage sont éprouvés là où c’est exigé. Tout défaut d’essai introduit est retiré ensuite et le retour à la normale est confirmé. Si un défaut non voulu est trouvé, il est localisé en isolant méthodiquement les départs et les circuits dérivés, un à la fois, avec autorisation et coordination, en observant le retour des lectures à l’équilibre.
Le relevé indique le type de réseau, la tension nominale et le schéma de mise à la terre, les instruments utilisés et la condition d’exploitation. Il documente les tensions mesurées des conducteurs positif et négatif par rapport à la terre et le total du réseau, ainsi que les résultats de la vérification du détecteur, y compris s’il a indiqué et déclenché l’alarme et si celle-ci est parvenue à sa destination distante. Tout défaut non voulu trouvé, sa polarité et sa gravité apparentes, et les démarches suivies pour le localiser et l’éliminer sont consignés. L’état tel que trouvé et tel que laissé est noté, avec la confirmation du retrait de toute connexion d’essai temporaire.
Un réseau isolé sain doit présenter des tensions par rapport à la terre équilibrées et stables, conformes à la conception du réseau, et le détecteur doit déclencher l’alarme lorsqu’un défaut d’essai est appliqué et revenir à la normale lorsqu’il est retiré. Les lectures sont jugées par rapport à ce que prévoit la conception du réseau et aux résultats antérieurs, puisqu’un déplacement de l’équilibre dans le temps révèle une fuite naissante. La sensibilité d’alarme du détecteur est vérifiée par rapport à son réglage et aux données du fabricant. L’IEEE 946-2020 décrit la conception des réseaux auxiliaires à courant continu des centrales, y compris la détection des défauts à la terre, et la NEMA PE 5-1997 et la NEMA PE 7-2018 décrivent les fonctions de détection liées aux chargeurs. L’ANSI/NETA ATS-2025 et l’ANSI/NETA MTS-2023 demandent la vérification de la tension par rapport à la terre et de l’alarme pour les réseaux de batteries et solaires. Les seuils et tolérances applicables figurent dans ces documents et dans les données de l’équipement; il faut s’y reporter pour connaître les valeurs réelles.
À la réception, la détection des défauts à la terre démontre que le réseau neuf est sain et que le détecteur fonctionne, et établit une référence d’équilibre. En entretien, elle est répétée périodiquement et après tout travail sur le réseau à courant continu, et une nouvelle alarme de défaut déclenche une recherche. Les réseaux de batteries sont habituellement vérifiés avec le chargeur sous tension, alors que les champs solaires ont la difficulté additionnelle d’être sous tension dès qu’il y a de la lumière; les procédures sécuritaires et les instruments adaptés à la tension du champ y comptent donc davantage. Les réseaux mis à la terre par résistance comportent une liaison de référence à la terre au travers d’une résistance, ce qui change les lectures attendues. Les réseaux comptant plus d’une batterie ou d’un chargeur peuvent exiger d’isoler chaque section pour trouver un défaut. Certaines installations utilisent une surveillance électronique continue qui enregistre la résistance à la terre dans le temps, ce qui ajoute de l’information sur la tendance. L’essai est simple, mais il touche à une énergie potentiellement élevée; il doit donc être effectué par du personnel qualifié.
Les catégories d’équipement et les articles de norme qui exigent cet essai, et les formulaires de UltraDb qui le comportent.
Sur un réseau isolé, un défaut à la terre n’a souvent aucun effet visible, mais il supprime la marge de sécurité. Un second défaut sur la polarité opposée crée un court-circuit et peut causer le fonctionnement intempestif de dispositifs de protection ou de commande; le premier doit donc être trouvé.
Elles montrent si les côtés positif et négatif sont équilibrés par rapport à la terre. Un déplacement vers zéro d’un côté et vers la tension totale de l’autre indique que ce côté est à la terre, et l’ampleur du déplacement suggère le degré de franchise du défaut.
On applique un défaut d’essai contrôlé et sécuritaire à travers une résistance, selon la procédure du fabricant, pour confirmer que le détecteur indique et que l’alarme est annoncée. La connexion d’essai est ensuite retirée et le fonctionnement normal est confirmé.
Oui. Les champs photovoltaïques et leur câblage en courant continu sont surveillés pour les défauts à la terre, qui sont un risque reconnu d’incendie et de choc. Le champ reste sous tension dès qu’il y a de la lumière; les vérifications exigent donc un soin additionnel.
En isolant les départs et les circuits dérivés un à la fois, avec coordination, et en observant le retour des lectures de tension par rapport à la terre à l’équilibre. Le circuit qui rétablit l’équilibre contient le défaut. Consultez l’ANSI/NETA MTS-2023 pour la pratique d’entretien.
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