Qu’est-ce qu’un relais de fuite à la terre ?
Un relais de fuite à la terre est un dispositif mécanique permettant de détecter des conditions de fuite à la terre dans un circuit électrique.
Les circuits électriques sont généralement isolés de leur environnement par des résines isolantes telles que le polyéthylène ou le vinyle.
Lorsqu’une partie du circuit électrique entre en contact avec un objet conducteur en raison d’une détérioration de l’isolation, on parle de courant de fuite. Un contact accidentel avec un circuit électrique qui fuit ou avec le métal environnant peut provoquer un choc électrique sur le corps humain et entraîner des blessures. Si l’électricité traverse l’ossature métallique d’un bâtiment, elle peut également provoquer un incendie, d’où la nécessité de faire preuve de prudence.
Un relais de fuite à la terre permet d’éviter les phénomènes susmentionnés en coupant l’alimentation électrique ou en émettant une alarme.
Utilisations des relais de fuite à la terre
Les relais de fuite à terre sont des dispositifs utilisés dans de nombreux circuits électriques. Voici quelques exemples d’applications des relais de fuite à la terre.
1. Disjoncteurs différentiels
Les disjoncteurs différentiels sont des dispositifs qui coupent automatiquement l’alimentation électrique lorsqu’une fuite est détectée. Ils sont généralement utilisés dans les circuits basse tension et sont également installés à l’intérieur des tableaux de distribution domestiques.
2. À l’intérieur des armoires
Les cellules sont des enceintes destinées à l’alimentation et à la demande d’énergie, à l’intérieur desquelles se trouvent des transformateurs haute tension et des disjoncteurs. Elles sont utilisées dans les supermarchés et les bâtiments publics. À l’intérieur de la cellule, des alarmes incendie en cas de fuite et d’autres dispositifs sont intégrés pour détecter les fuites à un stade précoce.
3. Pour contrôler les appareillages de commutation isolés au gaz (GIS) et les disjoncteurs à vide dans les sous-stations
Les sous-stations traitent l’électricité à des tensions plus élevées que la haute tension, de sorte que les disjoncteurs à vide sont utilisés pour la mise sous tension et la déconnexion. Comme ils ne disposent pas d’une fonction de détection du courant de fuite, ils sont contrôlés par une combinaison de relais de fuite à la terre.
Principe des relais de fuite à la terre
Les relais de fuite à la terre peuvent détecter le courant de fuite selon plusieurs principes :
1. Par le courant continu
Si le courant continue est la cible, il existe une méthode pour détecter la tension à la terre. Il est courant que les deux bornes d’un circuit CC aient 0 V à la terre au point intermédiaire, mais lorsqu’un courant de fuite se produit, le côté de la borne de câblage en défaut à la terre devient 0 V à la terre. Il est donc possible de détecter un courant de fuite en mesurant la tension de terre aux deux bornes.
2. En cas de courant alternatif
Le courant alternatif peut également être mesuré. En général, la somme des courants alternatifs dans un circuit électrique correspond, mais si un défaut de mise à la terre se produit et qu’un courant circule entre les deux bornes, il y a inadéquation. Par conséquent, les courants de fuite peuvent être détectés en mesurant les courants alternatifs et en vérifiant s’ils sont équilibrés.
3. En cas de courant homopolaire
Il existe d’autres méthodes pour mesurer les courants homopolaires. Des champs magnétiques sont toujours générés autour des câbles transportant du courant alternatif, mais ils s’annulent de manière caractéristique sur les circuits aller et retour.
Lorsqu’un défaut à la terre se produit, un champ magnétique devient plus fort que l’autre, de sorte qu’ils ne peuvent pas s’annuler complètement, ce qui se traduit par un courant homopolaire dû au champ magnétique. Le contrôle de ce courant de phase zéro permet de détecter le courant de fuite.
Types de relais de fuite à la terre
Il existe deux principaux types de relais de fuite à terre : les relais non directionnels et les relais directionnels. Ces deux systèmes utilisent un transformateur de courant homopolaire pour mesurer le courant homopolaire afin de déterminer si un courant de fuite est présent et d’envoyer un signal de fuite au circuit.
1. Les relais de fuite à terre non directionnel
Ce mécanisme détecte le courant d’accident en cas de courant de fuite au moyen d’un transformateur de courant homopolaire. Il est également appelé relais de défaut de terre.
Les courants dans un circuit CA triphasé sont divisés en trois types : le courant de phase positive qui circule dans le sens positif sur chaque ligne, le courant de phase inverse qui circule dans le sens inverse et le courant de phase zéro qui circule dans la même phase. Les courants de phase nulle circulent en cas de courants de fuite, de sorte que les courants de fuite peuvent être vérifiés à l’aide d’un transformateur de courant de phase nulle.
Les relais non directionnels ne vérifient que les défauts à la terre, d’où un risque de dysfonctionnement si un défaut à la terre se produit dans le système supérieur, par exemple.
2. Les relais de fuite à la terre directionnels
Ce système utilise un transformateur de courant zero-phase et un détecteur de tension zero-phase pour détecter le courant de défaut en cas de défaut à la terre. Il est également appelé relais directionnel de terre.
Un détecteur de tension homopolaire est un dispositif permettant de détecter une tension homopolaire au moyen d’un condensateur situé à l’intérieur du dispositif. La tension homopolaire est normalement de 0 V, mais une tension est générée en cas de défaut à la terre.
Cette tension est divisée par un condensateur à phase carrée connecté en série et un condensateur de détection, et la tension aux bornes du condensateur de détection est encore réduite par un transformateur. Le relais de direction de défaut de terre détecte la direction du défaut de terre. Par conséquent, il ne fonctionne pas mal avec les défauts à la terre dans le système supérieur et ne peut interrompre que les défauts à la terre se produisant dans son propre système.