Comment fonctionne la mise à la terre lorsque la terre est sèche?


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La mise à la terre est destinée à fournir un contact fiable d'un appareil électrique à la terre de sorte que s'il y a un défaut d'isolement, le courant passe à la terre plutôt qu'à travers le corps d'une personne. Cela nécessite la mise à la terre de conducteurs épais enfoncés profondément dans la terre.

Voici comment une bonne mise à la terre a été décrite dans un manuel de pompe domestique (je suis sûr que cela correspond bien aux codes du bâtiment locaux): trois tuyaux en acier d'au moins un pouce de diamètre et de vingt pieds (six mètres) doivent être enfoncés dans la terre verticalement en triangle avec au moins deux pieds de distance entre chacun des deux tuyaux. Le haut de chaque tuyau doit être à au moins deux pieds sous la surface du sol. Une tige en acier commune doit être soudée aux trois et l'équipement mis à la terre doit être connecté à cette tige. Les points de soudure doivent être peints pour les protéger de la corrosion.

Maintenant, c'est beaucoup de métal et semble impressionnant. Mais comment garantit-il un chemin de faible résistance pour les courants de défaut d'isolement? Que se passe-t-il si la terre est sèche et pas suffisamment conductrice?

Réponses:


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Quand la terre est sèche. parfois, la mise à la terre fonctionne mal.

Un cas pathologique pour la mise à la terre est les choses au sommet des montagnes.

Les sommets des montagnes ont tendance à être assez secs. Les gens aiment installer des observatoires au sommet des montagnes. Dans une vie antérieure, j'ai travaillé avec des observatoires.

Les tiges de mise à la terre sont disposées en anneau autour de l'observatoire avec un câble enterré les reliant. Les tiges ont des sommets élevés dans l'air; le point est d'obtenir une protection contre la foudre et une terre qui fonctionne. (Lightning aime les objets hauts et métalliques comme les observatoires.)

L'air est très sec au sommet des montagnes. L'ESD est normalement empêchée par la mise à la terre.

Le protocole standard était que le personnel urine sur les pointes de terre au lieu d'utiliser le porta-pot (dans la mesure du possible sans déranger les touristes).

Pour le rendre plus difficile, de nombreux sites partagent le sommet de la montagne avec des émetteurs radio. Tout ce RF rayonné est difficile à filtrer lorsqu'il n'y a pas de terre fonctionnelle à laquelle se connecter. (Les gars de la radio, vous avez les mêmes problèmes mais vous avez causé le mien!)

Un collègue a eu des problèmes similaires de mise à la terre dans une vie passée avec les dunes de sable et la mise à la terre. Amener les fosses septiques à s'écouler sur les dunes peut aider.


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NE PAS uriner sur la tige de terre pendant une panne de courant ou en cas de fuite à la terre importante. Le taux de corrosion des électrodes de terre sera beaucoup accéléré :-). Les sacs AFAIR de dolomite creusés dans un trou creusé autour de l'endroit où ropd irait étaient le remède NZPO pour la mauvaise terre. (N'urinez jamais sur les clôtures électriques, même si vous êtes SÛR qu'elles sont éteintes.) De longues (longues longues ...) radiales de fil dans un ventilateur peuvent être utilisées pour la mise à la terre d'une station de radio.
Russell McMahon

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Faire pipi sur un paratonnerre - qu'est-ce qui pourrait mal tourner?!
Al Bennett

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@RussellMcMahon - Je pense que vous parlez de bentonite (comme recommandé par Ergon Energy ), pas de dolomite. Il y a aussi le «ciment de carbone» qui est quelque chose comme du graphite conducteur mélangé avec du béton - le fabricant prétend que cela ne rétrécit pas lorsqu'il sèche, il fournit donc une terre plus cohérente.
Li-aung Yip

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@ Li-aungYip - Bien repéré! Oui, la bentonite était ce que je voulais. Le cerveau a servi un mauvais mot :-). La bentonite est une argile complexe aluminium-silicate qui possède de bonnes qualités de rétention d'eau et qui grossit lorsqu'elle est mouillée. - qui, comme vous le constatez, peut être une propriété moins que souhaitable. Le béton chargé de carbone est une excellente idée tant que la conductivité est suffisamment élevée pour obtenir une résistance au sol convenablement faible. La gestion du courant de défaut devrait être acceptable - par exemple, ne passe pas à un niveau élevé sous un courant élevé, etc.
Russell McMahon

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@RussellMcMahon - le béton fonctionne bien même sans additifs supplémentaires, il a un contenu ionique suffisant pour être conducteur acceptable
ThreePhaseEel

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Il n'y a aucune garantie. Les systèmes de mise à la terre seront élaborés sur la base à la fois de la théorie et des résultats empiriques tirés d'une longue expérience. La terre que vous décrivez est extrêmement impressionnante et bien supérieure à ce que j'ai vu dans d'autres normes.

La mise à la terre n'assure PAS la sécurité personnelle

Notez que bien que la sécurité personnelle soit impliquée dans des considérations de mise à la terre, l'efficacité d'une terre n'est pas susceptible de jouer un rôle majeur dans l'amélioration de nombreux résultats liés aux chocs et peut en aggraver plusieurs plutôt que de les améliorer.

La capacité de gérer les courants de défaut sans provoquer d'augmentation locale du potentiel de terre et de déclencher ainsi les équipements de coupure de courant (fusibles ou disjoncteurs) est la considération majeure. Dans les locaux, le chemin vers la terre pour une personne qui contacte un conducteur sous tension sera soit vers un objet métallique mis à la terre (bouilloire ou corps de grille-pain, etc.), soit via une terre locale distribuée à la terre - sol humide ou surface semi-conductrice apparemment non mise à la terre. un corps d'appareil mis à la terre, la mise à la terre est destinée à offrir un court-circuit à tout courant de défaut provenant de l'intérieur de l'appareil et fonctionnera sans référence à la terre du bâtiment, à condition que le conducteur de retour soit à la résistance de terre, ou destiné à l'être, par exemple en NZ ( mon pays) nous exploitons un système MEN ou "Multiple Earth Neutral" où la terre et le neutre sont connectés à chaque tableau de commutation. Certains systèmes peuvent uniquement connecter le neutre et la terre au boîtier de distribution du bâtiment et dans certains systèmes, il n'y a PAS de connexion neutre à la terre - par exemple, au moins certains systèmes embarqués flottent sur l'ensemble du système par rapport à la terre locale (eau de mer et coque). Dans un système connecté à la terre, les corps d'appareils locaux mis à la terre AUGMENTENT les risques de choc électrique pour une personne touchant un fil sous tension provenant d'une autre source que l'appareil concerné car ils offrent un chemin de mise à la terre dur, quelle que soit l'efficacité de la mise à la terre du bâtiment.

Dans le cas d'une mise à la terre répartie à l'intérieur d'un local, une situation similaire à la précédente se produit avec le courant d'un conducteur exposé à la terre passant par la terre locale informelle puis à la terre. Une bonne mise à la terre du bâtiment peut aggraver le choc.

c'est-à-dire que la mise à la terre d'un bâtiment aura peu d'effet direct sur la protection des occupants contre les chocs. Là où cela a un effet, c'est de s'assurer que l'équipement de protection fonctionne.

ELCB - sauveteurs Lorsque cela fonctionne, c'est si des ELCB (disjoncteurs de fuite à la terre) sont équipés. Un ELCB détecte le déséquilibre de courant entre phase et neutre (aller et retour) qui se produit lorsqu'une personne détourne une partie du courant du circuit sous tension vers la terre. Les ELCB sont conçus pour se déclencher à des courants inférieurs à ceux susceptibles d'être attirés par une personne en contact avec le secteur. Ils sont conçus pour trébucher en moins de temps que nécessaire pour un «battement de cœur», supprimant ainsi (théoriquement) la capacité de provoquer une fibrillation cardiaque. Vous pouvez toujours sentir le coup de pied! - demandez-moi comment je sais :-). [[Le dos des premiers tests serrés vous permet probablement de vérifier cela. YMMV. N'essayez pas ca a la maison. Aie!]]

entrez la description de l'image ici

Le schéma ci-dessus provient de "Protection contre les chocs électriques"

Aller au sol

La résistance de la terre est basée sur la fourniture d'un moyen d'accéder à une terre à résistance nulle qui est "là-bas". "Out there" est accessible en fournissant une connexion suffisamment grande au sol zéro pour que la résistance du milieu (sol) n'ajoute pas trop à la résistance obtenue. Souvent, une masse ohmique "X" est destinée à l'endroit où "X" est défini par l'expérience comme étant suffisant pour la protection requise. La méthode décrite pour obtenir "X" (ici 3 tiges de 20 pieds, etc.) est basée sur les pires conditions acceptables (ou devrait l'être).

Un groupe linéaire de conducteurs espacés «ni trop loin ni trop près» les uns par rapport aux autres, forme un cylindre efficace d'environ le diamètre du faisceau - trop et trop près étant basé à la fois sur la théorie et la pratique. Ce cylindre peut être conçu pour se connecter par des "carrés curvilignes" du milieu environnant à un plus grand cylindre de milieu environnant qui se développe en une demi-sphère efficace à mesure que vous vous éloignez. La résistance de chaque "carré" est égale (lorsqu'il est correctement construit) car un carré de N unités de large aura également N unités de profondeur.

La transition effective d'un cylindre de conducteur à une demi-sphère se produit sur quelques rayons du faisceau de conducteurs d'origine. Il appartient aux autorités chargées de la spécification de s'assurer que les nappes phréatiques typiques, les types de sol, le type de conducteur, les dispositions de conducteur spécifiées et les phases de la Lune sont tels que la disposition répondra au besoin assez souvent pour être suffisamment sûre pour les applications considérées. c'est-à-dire que dans des conditions très sèches avec certains types de sols dans certaines conditions de défaut, les résultats peuvent ne pas être assez bons à certaines occasions. Le coût et l'aspect pratique jouent un rôle dans la détermination de la fréquence «à certaines occasions». Comme une défaillance peut entraîner la mort ou des incendies, les exigences des systèmes de mise à la terre ont tendance à se tromper du côté généreux du sensible.


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Sensationnel. J'aimerais pouvoir voter deux fois.
Nick Johnson

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Il convient de noter que là où j'habite (États-Unis, côte ouest), les ELCBs sont presque universellement appelés GFCIs (Ground Fault Circuit Interrupter), au point où si vous alliez dans une quincaillerie locale, personne n'aurait la moindre idée de ce qu'est un ELCB. tout.
Connor Wolf

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tl: dr; Étant donné que la «terre» est un facteur commun à la fois pour vous et le conducteur, ce n'est pas un problème.

Ce n'est pas que la "terre" soit sèche et peu conductrice à ce point de contact, car si c'était le cas, pourquoi mon corps serait-il un meilleur conducteur, vu qu'il se tient sur un substrat directement au-dessus de la "terre" que le le cuivre / acier / etc est enfoncé. La principale chose que nous examinons ici est de savoir combien plus de 3 morceaux géants de métal conducteur veulent prendre ce courant que votre pauvre petit corps, et ici, ils en veulent beaucoup plus.


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Puis-je créer un contre-exemple extrême? Comme si je me tenais dans une piscine située sur une énorme masse de terre humide et que ces tiges de mise à la terre sont enfoncées à cent pieds de distance dans la terre sèche. Et je joue avec un moteur électrique connecté au réseau qui est mis à la terre à l'aide de ces tiges éloignées. Serai-je toujours protégé?
sharptooth

La connexion à la terre ne transporte normalement aucun courant, contrairement aux deux autres fils (monophasés). Il doit être limité aux courants de défaut.
russ_hensel

@sharptooth À ce stade, vous devez calculer la résistivité de l'eau et du sol, la valeur la plus faible devant être le chemin emprunté par le courant, car le but des tiges est de créer une résistance 0 relitive, on peut supposer que toute différence minime que le sol crée ne sera pas suffisante pour rendre cette résistance plus grande que celle que vous pouvez créer autour de vous (même si elle est submergée).
Jeff Langemeier

C'est ce qui me dérange dans ce scénario. Je suis dans une piscine avec un moteur éventuellement défectueux et ces tiges sont connectées à une terre plutôt sèche. Pourquoi sont-ils une résistance "relative zéro"?
sharptooth

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Re-regrouper la requête - voir ma réponse. Construire un terrain ne vous protégera pas, qu'il soit bon ou mauvais - ce n'est pas son travail.
Russell McMahon,

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"Terre sèche" est un terme relatif. Ce qui semble sec peut encore conduire à un certain niveau. La vraie terre sèche pulvérise et ne laisse que des grains de sable. Et le sol sec ne va pas en profondeur. En Belgique, la norme de mise à la terre (document en néerlandais) est une tige de 1,5 m enterrée verticalement à 60 cm de profondeur, ou une tige de 2,1 m atteignant la surface (donc les deux vont jusqu'à 2,1 m de profondeur). Dans la plupart des cas, cela suffit pour atteindre un sol humide. Une alternative acceptée est une boucle enfouie d'au moins 60 cm de profondeur, c'est donc encore moins. Il convient de noter, cependant, que la Belgique a un climat tempéré et nulle part un sol extrêmement sec, pas même dans le sol sablonneux du Kempen .
Un tuyau de 6 m de long (!) Vous donnera une sécurité supplémentaire. (Je pense juste à comment vous allez conduire cela dans un sol rocheux ..)


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Russell est le plus proche de corriger ici: ce n'est pas la mise à la terre qui vous sauve du choc. Au lieu de cela, c'est la liaison des conducteurs de mise à la terre de l'équipement au neutre du secteur à l'entrée de service (et uniquement à l'entrée de service!) Qui fournit le chemin de retour pour que le courant circule d'un châssis "mis à la terre" vers la source (entrée de service neutre) via l'EGC et ainsi déclencher un disjoncteur ou faire sauter un fusible sur un court-circuit direct au châssis - cela fonctionne même si le système est flottant (c'est-à-dire non mis à la terre), comme sur le côté secondaire d'un transformateur d'isolement (un " système dérivé séparément "dans le verbiage NEC).

Comme cela a déjà été indiqué, les déclencheurs différentiels de protection du personnel (ELCB, RCD et GFCI conformes à UL943 classe A ou courbes de déclenchement équivalentes) sont largement supérieurs à la mise à la terre et à la liaison seuls pour la protection contre les chocs; en fait, NEC 2014 406.4 (D) (2) (b) et (c) autorise la protection GFCI comme un substitut à la présence d'un conducteur de mise à la terre de l'équipement lorsqu'il n'est pas pratique ou indésirable de remplacer le câblage non mis à la terre existant.

En outre, lorsqu'il s'agit de connecter le réseau électrique d'un bâtiment à la terre - cela est nécessaire pour se protéger contre certains effets liés aux surtensions et à la foudre, même si la liaison EGC fonctionnera très bien sans qu'une électrode de mise à la terre soit connectée à la terre de l'entrée de service en tant que générateurs portables. les câbles «hors réseau» utilisés sont câblés de cette manière conformément aux spécifications OSHA / ... - les tiges de terre ne sont pas le moyen le plus efficace pour accomplir cette tâche. Au lieu de cela, ce qui est connu comme un terrain Uferou de façon plus générique comme "électrode de masse enrobée de béton". Dans cet agencement, la matrice de renforcement d'un grand objet en béton armé en contact avec le sol, comme une fondation de bâtiment, est liée à au lieu d'entraîner une tige de terre et de se lier à celle-ci. Ceci est autorisé pour toutes les constructions aux États-Unis selon NEC 250.52 (A) (3), et est même requis pour les nouvelles constructions dans certains codes de construction locaux.


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"La mise à la terre est destinée à fournir un contact fiable d'un appareil électrique à la terre de sorte qu'en cas de défaut d'isolement, le courant passe à la terre plutôt qu'à travers le corps d'une personne. Cela nécessite que la mise à la terre soit faite de conducteurs épais enfoncés profondément dans la terre."

C'est faux. La connexion réelle à la terre physique est une tige dont le but est de protéger un bâtiment contre la foudre. Cela n'a absolument rien à voir avec la protection contre les défauts d'isolement.

De plus, en cas de défaut, le courant traverse le conducteur de terre de sécurité, de sorte que la conductivité du sol réel n'y pénètre pas.

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