Mise à la terre et liaison équipotentielle d'un coffret électrique

Mise à la terre vs liaison équipotentielle : le rôle de chacune

Une directive de câblage d'automatisation émanant d'un grand fabricant de systèmes de commande résume la situation simplement : l'interconnexion (ou liaison équipotentielle) consiste à relier entre eux les éléments métalliques des châssis, des sous-ensembles, des structures, des blindages et des coffrets ; la mise à la terre est le raccordement au système d'électrodes de terre, ce qui porte l'équipement au potentiel de la terre. Les deux notions sont importantes, mais elles remplissent des fonctions de sécurité différentes.

Dans les installations aux États-Unis, l'article 250 du NEC couvre les deux. Les exigences de liaison équipotentielle de l'article 250 établissent un chemin de courant de défaut à faible impédance vers la source d'alimentation afin que le dispositif de protection contre les surintensités s'ouvre lorsqu'un défaut de terre survient. Le NEC 250.4(A)(5) appelle cela le chemin de courant de défaut de terre efficace, et la terre n'est pas considérée comme en faisant partie. Un guide de formation sur le 2020 NEC explique pourquoi : la résistance de contact entre une électrode et la terre est si élevée qu'un très faible courant de défaut y revient, de sorte que le disjoncteur ne s'ouvrirait pas et les pièces métalliques resteraient sous tension.

Résultat pratique pour un coffret : le conducteur de protection qui arrive avec le circuit d'alimentation est ce qui élimine un défaut. Un piquet de terre planté à côté d'un coffret monté sur poteau est une électrode auxiliaire selon la norme NEC 250.54 ; il peut être connecté au conducteur de protection, mais ne peut en aucun cas s'y substituer. Vérifiez l'édition en vigueur auprès de votre autorité compétente pour chaque référence de code dans ce guide.

Quels éléments doivent être reliés à la masse ?

Le NEC 250.96(A) (2020e édition, comme l'explique un guide de formation NEC) exige que les pièces métalliques destinées à servir de conducteurs de mise à la terre de l'équipement, y compris les conduits, les câbles, l'équipement et les coffrets, soient reliées entre elles afin de pouvoir conduire en toute sécurité tout courant de défaut susceptible de leur être imposé. Pour un coffret typique, cela signifie :

• le corps du coffret, par le conducteur de mise à la terre de l'équipement entrant ;
• la plaque de montage et tout ce qui est mis à la terre par son intermédiaire ;
• une porte ou un couvercle supportant des dispositifs électriques ;
• les conduits métalliques et les raccords entrant dans le coffret ;
• les cadres métalliques des dispositifs possédant leur propre borne de terre.

Le conducteur de mise à la terre de l'équipement est dimensionné en fonction du calibre du dispositif de protection contre les surintensités situé en amont, en utilisant le tableau 250.122 du NEC. Quelques lignes du tableau 2020 pour les conducteurs en cuivre :

Le conducteur n'est pas tenu d'être de section supérieure à celle des conducteurs du circuit, et le NEC 250.122(B) exige qu'il soit augmenté proportionnellement si la section des conducteurs de phase est augmentée, par exemple pour compenser une chute de tension. Les conducteurs de mise à la terre de l'équipement isolés de 6 AWG ou moins doivent être verts ou verts avec une ou plusieurs rayures jaunes (NEC 250.119).

Bornes de terre, barre omnibus de terre et comment empiler les cosses

Raccordez le conducteur de mise à la terre de l'équipement entrant sur un goujon de mise à la terre sur le corps du coffret ou sur une barre de terre montée sur la plaque de montage, puis tirez un conducteur séparé de chaque appareil ou châssis vers sa propre borne sur la barre. La directive d'automatisation ci-dessus recommande précisément cela : une barre de terre centrale sur le panneau arrière, avec chaque châssis connecté à un boulon individuel plutôt qu'en montage en série.

Le mode de fixation du conducteur est également important. Le NEC 250.8(A) (2017 édition, tel que résumé par EC&M) énumère les méthodes autorisées pour les conducteurs de mise à la terre des équipements et les cavaliers de liaison équipotentielle, y compris les connecteurs à pression homologués, les barres de bornier, la soudure exothermique, les vis machine engageant au moins deux filets ou fixées avec un écrou, les vis machine auto-taraudeuses engageant au moins deux filets, et les connexions faisant partie d'un ensemble homologué. Selon 250.8(B), les connexions reposant uniquement sur la soudure ne sont pas autorisées.

Lorsque deux cosses partagent un même goujon, la même directive consiste à intercaler la première cosse entre une rondelle éventail et un écrou muni d'une rondelle éventail captive, puis la seconde cosse entre cet écrou et un second écrou muni d'une rondelle éventail captive, afin que chaque cosse soit serrée indépendamment. Chaque coffret mural NEMA4 Enclosure dispose de goujons de mise à la terre pour ces connexions.

Mise à la terre de la plaque de montage

La plaque de montage supporte la plupart des composants et doit donc faire partie intégrante du chemin de défaut. Les directives d'automatisation exigent une bonne connexion électrique entre chaque châssis, la plaque arrière et le coffret par l'intermédiaire de chaque boulon ou goujon de fixation, la peinture ou tout autre revêtement non conducteur devant être éliminé autour des goujons et des trous taraudés. En plus de ces connexions, il est recommandé d'utiliser 1 de tresse de cuivre ou au moins 8 AWG de fil de cuivre multibrin depuis chaque châssis, le coffret et le jeu de barres de terre central situé sur la plaque arrière.

Nos coffrets muraux sont équipés d'une plaque de montage galvanisée amovible sur des goujons soudés. Comme la plaque est amovible, traitez les goujons et les écrous comme une fixation mécanique et ajoutez un conducteur de liaison équipotentielle de la plaque vers un goujon de mise à la terre, afin que la liaison ne dépende pas du serrage des écrous lors d'un remontage. Un cas pratique sur la liaison équipotentielle d'une plaque de commande avec joint montre pourquoi un signal sonore de continuité via les boulons de montage ne prouve pas l'existence d'un chemin de courant de défaut.

Interconnexion de la porte

Une charnière est un mauvais conducteur : il s'agit d'une liaison mobile qui peut être peinte. Les directives d'automatisation sont formelles sur ce point : ne comptez pas sur la charnière pour assurer le contact électrique entre la porte et le coffret ; installez une liaison de masse.

Pour les machines industrielles, la NFPA 79 ajoute une exigence. La section 8.2.3.6.1 de l'édition 2007, telle que citée par les professionnels (consultez l'édition en vigueur), stipule : "Lorsque des dispositifs électriques sont montés sur des portes ou des couvercles conducteurs, un cavalier de liaison (de protection) de l'équipement doit être installé." Le cavalier relie la porte ou le couvercle au coffret ou à une borne de liaison de protection située à l'intérieur. La numérotation des clauses change d'une édition à l'autre ; vérifiez donc l'édition applicable à votre machine.

En pratique : une porte munie de boutons-poussoirs, de voyants, d'un instrument de mesure ou d'un afficheur doit être reliée par une tresse de masse souple allant d'un goujon de la porte à un goujon du corps du coffret, avec suffisamment de mou pour permettre l'ouverture complète de la porte. Nos coffrets muraux sont dotés d'une charnière continue, et la même règle s'applique : reliez la porte par une tresse lorsqu'elle supporte des composants. Si vous avez besoin d'un goujon supplémentaire sur la porte d'une configuration sur mesure, spécifiez-le dans votre demande de devis.

Peinture, revêtements et surfaces de contact

L'interconnexion ne fonctionne que sur du métal à nu. Le code NEC 250.12 exige que les revêtements non conducteurs tels que la peinture, la laque et l'émail présents sur les équipements à mettre à la terre soient retirés au niveau des filets et des autres surfaces de contact, à moins que les raccords ne soient conçus pour rendre cette suppression inutile ; l'article 250.96(A) rappelle cette règle pour les coffrets et autres pièces métalliques servant de conducteurs de mise à la terre. Le même guide de formation précise que le serrage énergique d'un contre-écrou à l'aide d'un tournevis et d'une pince est considéré comme suffisant pour traverser la peinture et les autres finitions non conductrices au niveau d'un raccordement de conduit. Cela s'applique uniquement aux contre-écrous de conduits : retirez toujours la peinture au niveau des goujons de terre et de tout autre point d'interconnexion.

• Acier carbone revêtu de poudre : grattez ou masquez le revêtement à chaque cheville de mise à la terre, point de liaison et entrée de conduit, ou utilisez des raccords conçus pour percer à travers.
• Acier inoxydable : aucune peinture à décaper, mais les surfaces de contact doivent être propres et exemptes d'huile ou de mastic.
• Plaques de montage galvanisées : le revêtement en zinc est métallique ; garder les zones de contact libres de peinture, d'étiquettes et de ruban.

Faites attention aux joints et aux rondelles d'étanchéité sous les moyeux de conduit et les presse-étoupes : ils empêchent l'infiltration d'eau, mais ils peuvent également rompre le contact métal sur métal nécessaire à la liaison équipotentielle. Utilisez un écrou de liaison équipotentielle ou une bague, ou un raccord doté de son propre dispositif de liaison, lorsque le conduit métallique fait partie du chemin de mise à la terre.

Rails DIN, blindages et bruit

Un rail DIN est un support mécanique. La norme IEC 60715:2017 stipule que la fonction électrique d'un rail destiné à la protection de mise à la terre est régie par la norme de produit applicable ; par conséquent, un rail ne met un appareil à la terre que si la documentation de cet appareil l'exige. Certains produits ne possèdent pas de borne de terre et ne sont mis à la terre que par l'intermédiaire du rail ; pour ceux-ci, les directives d'automatisation préconisent de tirer un conducteur de protection de la vis de fixation du rail jusqu'à sa propre vis sur le jeu de barres de terre.

Un bon raccordement à la terre réduit également le bruit électrique. La même recommandation suggère un coffret en acier pour se prémunir contre les interférences, note qu'une fenêtre de vision sur la porte devrait être un écran laminé ou un substrat optique conducteur pour l'empêcher, et demande que chaque bouclier de câble soit relié à la terre à une seule extrémité, à l'extrémité spécifiée dans les instructions du produit, et jamais connecté au côté commun d'un circuit logique. La terre de protection et la référence 0 V d'un circuit de contrôle sont des connexions distinctes ; évaluer une connexion 0 V à la terre dans un coffret métallique explique pourquoi une mesure entre eux dit peu sur le blindage, et pourquoi la terre de protection n'est jamais levée pour corriger le bruit. La séparation des câbles de puissance et de signal est abordée dans le guide de layout de plaque arrière et de rail DIN.

Ne raccordez pas le neutre au coffret

En aval du dispositif de coupure principal, le conducteur neutre (conducteur relié à la terre) et le conducteur de protection de l'équipement sont maintenus séparés. Le code NEC 250.6 impose que les installations soient réalisées de telle sorte que le courant du neutre ou du circuit ne circule pas sur les pièces métalliques ; le guide de formation cite, parmi les causes de courants indésirables, le raccordement du neutre au boîtier métallique d'un sectionneur qui ne fait pas partie du dispositif de coupure principal, et met en garde contre les risques de choc électrique, d'incendie et de dysfonctionnement des dispositifs de protection. Dans un coffret alimenté par un tableau situé ailleurs, raccordez les neutres sur un bloc de jonction de neutre isolé et les terres sur le jeu de barres de terre, et ne reliez jamais les deux ensemble à cet endroit. Les installations alimentées séparément, telles qu'un transformateur de commande avec un secondaire relié à la terre, obéissent à leurs propres règles énoncées à l'article 250 ; conformez-vous au manuel du transformateur et à l'édition du code en vigueur.

Coffrets non métalliques

Les coffrets en polycarbonate et en polyester renforcé de fibres de verre (PRV) ne sont pas conducteurs, donc aucune liaison électrique ne peut s'établir à travers la paroi. Chaque pièce métallique située à l'intérieur ou sur le coffret (la plaque de montage, les moyeux de conduit métalliques, la quincaillerie de porte supportant des dispositifs) doit être reliée au conducteur de mise à la terre de l'équipement par son propre conducteur de liaison ou par un raccord muni d'un dispositif de liaison. Comparez les matériaux dans polycarbonate vs coffrets en PRV et comparaison des matériaux de coffret.

Si le coffret fini devient un panneau de commande industriel, l'homologation et l'inspection ajoutent leurs propres exigences ; voir UL 50E, NEMA 250 et homologation.

Foire aux questions

Sources

1. Mike Holt, Comprendre les exigences 2020 du NEC pour la liaison équipotentielle et la mise à la terre : 250.96 et 250.12 (et introduction de l'article 250)
2. Mike Holt, 2020 NEC : 250.54 électrodes auxiliaires, la terre n'est pas le chemin effectif de retour du courant de défaut de 250.4(A)(5)
3. Mike Holt, 2020 NEC : 250.122 et Tableau 250.122, dimensionnement des conducteurs de mise à la terre de l'équipement
4. Mike Holt, 2020 NEC : 250.119, identification des conducteurs de mise à la terre de l'équipement
5. Mike Holt, 2020 NEC : 250.6, courant répréhensible
6. EC&M, "Q&R sur le Code : Connexion des équipements de liaison équipotentielle et de mise à la terre" (NEC 250.8, 2017)
7. Forum de Mike Holt, « Mise à la terre de la porte du panneau de commande » (NFPA 79 8.2.3.6.1 cité)
8. Rockwell Automation, Directives de câblage et de mise à la terre pour l'automatisation industrielle, publication 1770-4.1 (liaison équipotentielle, barre de terre, fil de liaison de porte, mise à la terre du rail DIN)
9. IEC 60715:2017 (fonction de mise à la terre de protection des rails laissée aux normes des produits)
10. NFPA 70, National Electrical Code (accès gratuit en lecture seule) : Article 250