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 La prolifération des ordinateurs et autres appareils sensibles dans tous nos environnements de production et de bureaux a accru le besoin de concevoir les systèmes électriques de nos édifices en considérant les questions sur la qualité de l’onde. Le terme qualité de l’onde signifie différentes choses à différentes personnes. Une définition est la fréquence et la sévérité relatives des déviations de l’énergie fournie à l’appareillage électrique par rapport à la forme sinusoïdale habituelle et régulière de la tension à 60 Hz. Ces déviations peuvent affecter la sécurité et la fiabilité de l’opération d’appareils tels que les ordinateurs. La sensibilité à de telles déviations varie d’une pièce d’appareillage à l’autre. Une mauvaise qualité de l’onde affecte la fiabilité du fonctionnement des ordinateurs et des appareils contrôlés par ordinateurs, maintenant si omniprésents. La perte de production causée par la défaillance, les erreurs de calculs et les retards sont souvent plus importants que l’effet physique sur l’appareillage.  La grande majorité des problèmes de la qualité de l’onde dans un édifice est originaire du même édifice. L’Institut des Ingénieurs en Électricité et Électronique (Institute of Electrical and Electronic Engineers ou IEEE), les différentes agences gouvernementales et autres organisations ont émis des guides de conception et des recommandations de pratiques qui sont reconnus pour diminuer appréciablement, sinon éliminer, l’incidence et la sévérité des problèmes reliés à la qualité de l’onde. Dans plusieurs cas, l’installation de systèmes électriques améliorés et de meilleurs systèmes de mise à la terre préviendront (ou résoudront) le problème. En général, en suivant des formules bien connues pour déterminer les charges électriques d’une surface de plancher donnée, le concepteur des décennies passées était raisonnablement assuré de concevoir une installation électrique adéquate qui devait satisfaire les besoins de l’édifice et de ses occupants pour un avenir lointain. Il était rare d’avoir à se préoccuper des harmoniques et des phénomènes transitoires. Mais le temps, le progrès et les micro-ordinateurs ont fait leurs chemins. Aujourd’hui la plupart des interruptions arrivent au hasard, de façons difficiles à reproduire, tel qu’un ordinateur qui bloque, un PBX qui perd des appels ou un moteur qui flanche prématurément. D’après l’Institut de Recherche en Énergie Électrique (Electric Power Research Institute), plus de 80% des problèmes de la qualité de l’onde sont reliés à du câblage ou des mises à la terre inadéquats.  Le terme mise à la terre réfère à un système dans lequel un des éléments est intentionnellement raccordé à la terre. Les systèmes électriques ne doivent pas tous être mis à la terre pour fonctionner, et en effet ce ne sont pas tous les systèmes qui sont mis à la terre. Mais les tensions de référence en parlant de systèmes électriques sont normalement les tensions en rapport avec la terre. La terre, alors, représente le point de référence, ou point de potentiel zéro, auquel toutes les autres tensions se réfèrent. De plus, pour que les appareils informatisés communiquent entre eux, une référence de tension zéro est essentielle pour une opération satisfaisante. Dans la plupart des cas, le branchement électrique de la majorité des édifices installés depuis plusieurs décennies est mis à la terre. Il y a plusieurs exceptions. Ce sont les exigences du Code Canadien de l’Électricité et le distributeur de service électrique concerné qui déterminent si le branchement électrique à un édifice est mis à la terre ou non, c’est-à-dire intentionnellement mis à la terre par un raccord à faible impédance.  Le premier but de mettre à la terre les systèmes électriques est de protéger le personnel et la propriété si un défaut (court-circuit) survenait. En termes simples, si une des trois phases sous tension d’un système électrique non mis à la terre devient intentionnellement ou accidentellement raccordé à la terre, rien n’arrive. Les systèmes électriques non mis à la terre étaient populaires dans les édifices industriels durant la première moitié du 20ième siècle précisément à cause du fait que les charges motorisées, les plus fréquentes à l’époque, n’arrêtaient pas simplement dû à un court circuit. Mais la conséquence de ce type de système est qu’il est possible que le bâti d’une pièce d’appareillage devienne alimenté à une certaine tension par rapport à la terre et représente un risque de choc pour une personne qui pourrait toucher cette pièce d’appareillage et un élément de structure mis à la terre (zéro volts) simultanément. Un deuxième but de mettre à la terre un système est de fournir un chemin contrôlé, de faible impédance, pour que les courants induits par la foudre circulent vers la terre sans faire de dommage. Il est supposé dans ce document que le branchement est mis à la terre et installé selon le Code Canadien de l’Électricité.  Il existe une variété de techniques qui peuvent aider à prévenir ou diminuer les effets d’une mauvaise qualité de l’onde. La plupart impliquent simplement de meilleures conceptions électriques et d’installations de circuits additionnels. Ces techniques sont peu coûteuses à installer, surtout pendant qu’un édifice est en construction, et ils peuvent être économiques lors des modifications. La conséquence la plus sérieuse d’une mauvaise qualité de l’onde n’est souvent pas le dommage à la quincaillerie, mais la perte de données, la réduction de productivité et le coût de l’arrêt de production. Comme la plupart des maux, ils sont beaucoup plus faciles et économiques à prévenir qu’à diagnostiquer et guérir. La plupart des techniques font partie de la pratique courante recommandée par l’IEEE, et sont inclus dans la norme IEEE Standard 1100-1992 et/ou Standard 142-1991.  1. Neutres de calibre double ou neutres individuels par phase 2. Transformateurs d’isolation avec écrans 3. Filtres à harmoniques 4.Transformateurs classés K 5. Disjoncteurs et tableaux classés pour harmoniques  Séparation entre les charges électroniques sensibles et les autres appareils Ne pas mélanger les charges normales et les charges sensibles sur le même circuit (ou tableaux, si le moindrement possible). Un circuit dédié pour «ordinateur» dans chaque bureau est une bonne idée, au moins jusqu’au branchement du circuit. Une meilleure idée est d’alimenter l’appareillage sensible à partir d’un sous système électrique séparé. Nombre limité de sorties par circuit Un maximum de trois à six sorties (quatre est typique) par circuit est recommandé plutôt que les douze permis par le Code. Conduit en métal Un conduit en métal, mis à la terre correctement, procure un écran aux conducteurs contre l’énergie à radio-fréquence. Toujours employer un conducteur de mise à la terre indépendant en cuivre de plein calibre, sans égard au matériau du conduit, afin de réaliser un chemin fiable, de faible impédance à la terre. Chute de tension Même si le Code permet jusqu’à 3% de chute de tension dans un circuit de dérivation, la pratique de conception recommandée est de ne pas excéder 1% de chute de tension sous pleine charge sur les circuits alimentant de l’appareillage sensible. La chute de tension de l’artère ne doit pas dépasser 2%. Matériau du conducteur Les risques de raccords problématiques qui peuvent causer des fluctuations de tension dans les cas mineurs et des pannes catastrophiques dans les cas extrêmes, sont minimisés avec l’emploi de conducteurs en cuivre.  Boîtiers métalliques Tous les boîtiers métalliques, canalisations, conducteurs de mise à la terre de l’appareillage et les électrodes de mise à la terre doivent être reliés ensemble solidement pour obtenir un système continu raccordé électriquement. Tout acier de structure des bâtiments doit être relié en une masse unique et électriquement conductrice et raccordé à la mise à la terre requise au branchement, et aussi au système de conducteurs de mise à la terre de l’appareillage, et au système métallique pour l’eau froide. Mises à la terre isolées L’isolation de la mise à la terre est une technique mal définie qui essaie de réduire les risques de perturbations qui entreraient dans l’appareillage sensible par le conducteur de mise à la terre de l’appareillage. Il n’y a pas de méthode standard définie. Anneaux de mise à la terre Un anneau de mise à la terre enfoui à l’extérieur est une technique qui aide à réaliser une faible impédance entre le système de mise à la terre d’un bâtiment et la terre elle-même, et un moyen commode de raccorder différents conducteurs et autres éléments de mise à la terre venant du bâtiment. Résistance de la mise à la terre La résistance du système d’électrodes de mise à la terre doit être vérifiée durant l’installation et annuellement ou semi-annuellement, dépendant des résultats. Profondeur et espacement des électrodes de mise à la terre En général, les électrodes de mise à la terre profondes tendent à être plus efficaces que ceux peu profondes, et donc une électrode de 20 pieds est préférable à une de 10 pieds. La règle générale veut que les tiges multiples doivent être espacées d’au moins la longueur de la tige, et de deux fois la longueur de la tige si possible. Ce qui signifie que deux tiges de 10 pieds devraient être séparées d’au moins de 10 pieds ou de 20 pieds si l’espace le permet.  Système de protection contre la foudre Simplement, si une partie du «chemin de plus faible résistance» pour la foudre vers la terre est au travers de votre câblage ou appareillage, c’est là qu’elle circulera. La foudre engendre des courants très importants sur une courte durée. Pour offrir un chemin de moindre résistance, des fils de cuivre de gros calibres doivent être utilisés pour les descentes et les conducteurs principaux. Mise à la terre des systèmes de protection contre la foudre Les considérations de conception des systèmes de protection contre la foudre se trouvent dans le code # 780 de la National Fire Protection Association intitulée «Code for Protection Against Lightning» ou Code pour la protection contre la foudre. À remarquer que les calibres des conducteurs de ce document sont des minimum.  Pendant la construction ou les rénovations majeures, lorsque les structures sont exposées et que les ouvriers sont sur le site, le coût de matériaux additionnels ou de conducteurs plus gros est minime. Les économies potentielles de perte de production et d’arrêt font de ces précautions de bons investissements. Dans les cas où des problèmes de la qualité de l’onde sont rencontrés dans des installations existantes, une étude approfondie sera nécessaire pour déterminer la meilleure action à prendre. Les solutions peuvent être aussi simples que de déplacer des charges parmi les circuits de dérivation. Dans certains cas, l’installation de transformateurs d’isolation avec écran ou de filtres à harmoniques peuvent être les meilleures actions à suivre. Pour les cas difficiles, l’aide d’ingénierie professionnelle est recommandée. Des problèmes de la qualité de l’onde peuvent souvent être évités entièrement pour de nouveaux édifices par une conception minutieuse des systèmes de l’édifice, surtout des réseaux de mise à la terre et du câblage des circuits. Des informations additionnelles sur la qualité de l’onde, incluant une série complète de cas historiques, sont disponibles de la CCBDA à notre site web www.coppercanada.ca, ou en composant le numéro sans frais 1-877-640-0946.  Cliquer ici pour commander la version complète de cet article
de la CDA des États-Unis d’AmériqueLes renseignements dans cet article on été adaptés de la fiche de référence « A Primer on Power Quality », publiée par la Copper Development Association des États-Unis d’Amérique. |
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