Mise à la terre des instruments dans les systèmes d'automatisation industrielle
- 〡
- 〡 par WUPAMBO
Comprendre le rôle de la mise à la terre des instruments
Dans la commande industrielle, la mise à la terre offre un chemin sûr et à faible résistance pour les courants de défaut électrique. Elle protège à la fois les équipements et le personnel en déviant le courant excessif directement vers la terre. Une mise à la terre correcte est essentielle à la fiabilité des automates programmables (API), des systèmes de commande distribuée (SCD) et des systèmes de contrôle, garantissant un fonctionnement stable même en cas de défaut.
Objectifs d’un système de mise à la terre des instruments
Le but principal d’un réseau de mise à la terre dans une usine est d’assurer la sécurité opérationnelle et la stabilité électrique.
-
Il fournit un chemin à faible impédance en cas de défaut.
-
Il empêche les différences de potentiel dangereuses et protège le personnel de maintenance.
-
Il garantit la conformité aux normes de compatibilité électromagnétique (CEM).
-
Il réduit les risques d’inflammation dans les zones dangereuses ou explosives.
Des instruments de terrain aux armoires de commande et chemins de câbles, chaque composant conducteur doit être correctement mis à la terre pour maintenir un système de sécurité et de référence unifié.
Principaux types de systèmes de mise à la terre en instrumentation
Les systèmes d’instrumentation comprennent généralement trois types distincts de mise à la terre, chacun ayant une fonction spécifique :
1. Terre de sécurité (TS) ou terre électrique
Également appelée terre de protection, elle assure la sécurité électrique en protégeant les équipements et les opérateurs contre les défauts non détectés. Tout courant de fuite ou court-circuit est dévié en toute sécurité par ce chemin, évitant les chocs électriques et les risques d’incendie.
2. Terre des instruments (TI) ou terre de signal
La terre des instruments réduit les interférences dues aux parasites radiofréquences (RFI) et électromagnétiques (EMI) et stabilise les références des signaux analogiques. Les blindages des câbles de signal — en particulier les signaux analogiques 4–20 mA ou les signaux numériques basse tension — sont reliés à cette terre propre, garantissant l’intégrité du signal et des mesures sans bruit.
3. Terre intrinsèquement sûre (TIIS)
La terre TIIS est utilisée exclusivement pour les circuits intrinsèquement sûrs dans les zones dangereuses. Elle garantit que les niveaux d’énergie en cas de défaut restent en dessous des seuils d’inflammation, conformément aux normes IEC et ATEX.
Conception d’un système de mise à la terre efficace
Chaque type de terre doit rester électriquement isolé pour conserver sa fonction. L’interconnexion entre la terre de sécurité et la terre des instruments peut compromettre l’immunité aux parasites et provoquer des boucles de masse.
Dans une installation typique, la mise à la terre est divisée en :
-
Systèmes intérieurs : pour les salles de commande et les zones de tableaux où sont installés les panneaux, armoires API et serveurs.
-
Systèmes extérieurs : pour les instruments de terrain, boîtes de jonction, moteurs et équipements de procédé.
Conception de la mise à la terre en salle de commande
Les panneaux de commande tels que les armoires de répartition, armoires système et tableaux de distribution doivent comporter des barres de terre dédiées TS, TI et TIIS. La barre de terre des instruments doit être isolée de la barre de terre de sécurité à l’aide de supports non conducteurs. Toutes les barres TI sont reliées à une grille de terre des instruments isolée commune, qui est connectée à la terre principale de l’usine par des câbles en cuivre.
Méthodes de connexion à la terre
Deux grandes philosophies de mise à la terre sont utilisées en pratique :
-
Connexion en série : adaptée lorsque plusieurs panneaux sont reliés le long d’un même chemin de terre.
-
Connexion en étoile ou point à point : préférée pour les systèmes de commande afin de minimiser les boucles de masse et maintenir la précision des références de signal.
La méthode choisie doit être conforme à la philosophie de mise à la terre du fournisseur du système de commande — telles que les recommandations de Siemens, Rockwell Automation ou ABB.
Recommandations pratiques pour la mise à la terre des instruments de terrain
-
Blindages de câbles : connectez le blindage uniquement à l’extrémité du système de commande (terre des instruments) pour éviter les courants de circulation.
-
Circuits intrinsèquement sûrs : terminez les blindages sur la barre de terre TIIS pour les boucles certifiées IS.
-
Câbles blindés : mettez à la terre les deux extrémités pour la protection contre la foudre et la liaison structurelle.
-
Continuité de la terre : assurez la liaison entre les chemins de câbles, leurs accessoires et les structures métalliques tous les 25 mètres.
-
Entretien de l’humidité : maintenez le sol autour des puits de terre humide pour conserver une faible résistivité et assurer une décharge efficace.
Une terminaison correcte et des connexions sans corrosion sont essentielles pour maintenir la continuité et réduire les problèmes d’entretien à long terme.
Erreurs courantes et points à considérer dans la conception
Dans de nombreux projets, les ingénieurs négligent l’importance de l’isolement de la terre entre la terre de sécurité et la terre des instruments. Cela peut entraîner des dérives de mesure ou des erreurs de communication dans les systèmes de commande. De plus, ignorer les variations de résistivité du sol peut faire dépasser la résistance de terre les limites de conception, contrevenant aux recommandations des normes IEC 60364 et IEEE 142.
En bonne pratique, effectuez régulièrement des mesures de résistance de terre et conservez une documentation pour la conformité aux audits.
Points de vue de l’auteur et perspective industrielle
Fort de l’expérience terrain, un réseau de mise à la terre bien conçu détermine souvent la fiabilité à long terme des systèmes d’automatisation. De nombreuses défaillances de commande dans les usines industrielles sont dues à une mise à la terre ou une terminaison de blindage inadéquates. Les installations modernes intègrent de plus en plus des systèmes numériques de surveillance de la mise à la terre pour évaluer en continu l’intégrité des connexions — une étape précieuse vers la maintenance prédictive dans les usines intelligentes.
Scénarios d’application
-
Pétrole et gaz : la mise à la terre évite les étincelles d’inflammation dans les zones dangereuses.
-
Pharmaceutique : garantit un transfert de signal propre pour les systèmes de contrôle de lots.
-
Fabrication : soutient l’automatisation d’usine en stabilisant les réseaux d’API et de capteurs.
-
Centres de données : protège l’électronique sensible contre les défauts transitoires.
Une conception robuste de la mise à la terre constitue la base de tout système de commande industriel sûr et efficace.
- Publié dans:
- control systems
- DCS
- factory automation
- grounding design
- instrumentation earthing
- intrinsic safety
- PLC systems
