Par Chuck Newcombe
Depuis 45 ans, le monde des tests électriques a bien changé. Dans cet article, je vais revenir sur les techniques de test que j'utilisais en 1963 au sein d'une entreprise aérospatiale et les comparer aux méthodes et outils actuels.
Prenons l'exemple de la procédure de test des liaisons électriques exigée dans les systèmes de mise à la terre par le Code national de l'électricité (NEC). L'utilisation de pratiques de construction standard et le contrôle visuel sont bien sûr utiles, mais comment savoir si les connexions électriques effectuées accompliront bien leur mission ?
Dans le cas de l'entreprise aérospatiale, après constatation de problèmes d'instrumentation dans certaines parties d'un bâtiment de production, on m'a demandé de vérifier que la différence de valeur entre les raccords de terre des prises et les montants en acier de construction à proximité était bien inférieure à 15 ohms, c'est-à-dire en conformité avec les spécifications des liaisons électriques de la construction dans un bâtiment sous tension 24h/24 et 7j/7. Je n'aurais pu à aucun moment couper le courant du bâtiment pour effectuer des mesures en ohms classiques, et pour compliquer la tâche, de bas niveaux de tension DC et de 60 Hz pouvaient être observés partout.
Que faire ? Je devais concevoir une méthode de test qui pouvait fonctionner dans les limites de la situation pour obtenir les données de test souhaitées. De plus, il s'agissait d'une installation dans laquelle nous avions accès à une réserve illimitée en équipement de test, j'avais donc à ma portée tout ce dont mon esprit inventif pouvait avoir besoin. Voici l'idée que j'ai eue.
J'ai décidé de mesurer l'impédance AC entre les contacts à la masse de la prise sélectionnée et les poutres verticales en acier à proximité dans le bâtiment. Cette tâche nécessitait de rassembler un chariot rempli d'équipements de test, comprenant notamment :
- Un générateur de fonction pour produire des ondes sinusoïdales à tension basse fréquence. J'ai sélectionné une fréquence de 83 Hz pour mes tests. Nous y reviendrons plus tard.
- Un amplificateur audio à large bande avec transformateur à sortie multipoint, qui m'a permis de sélectionner des impédances de sortie très basses afin d'optimiser le courant disponible.
- Un voltmètre à bande étroite réglé uniquement pour une lecture des chutes de tension produites par l'association entre le générateur de fonction et l'amplificateur dans le circuit entre la poutre et la fiche de la prise.
- Une résistance shunt à basse réactance, à utiliser avec le voltmètre réglé pour déterminer le courant circulant dans le circuit entre la poutre en acier et la fiche de terre de la prise.
- Une règle à calcul pour calculer l'impédance AC mesurée à l'aide de la loi d'Ohm.
Il y avait, bien sûr, plusieurs câbles et cordons de mesure pour compléter la configuration des tests, y compris une rallonge et une multiprise à 4 sorties pour alimenter tous les appareils électroniques fonctionnant sur secteur. L'installation entière coûtait plus de 4 000 $ en 1963. Enfin, il fallait également retirer la peinture et l'apprêt sur les points de test de la poutre pour obtenir une connexion électrique correcte.
Aurait-il été possible de mesurer la résistance DC du chemin en utilisant des techniques similaires ? La réponse est oui, mais cela aurait nécessité un voltmètre à démodulation synchrone pour décoder les données de second harmonique à partir des signaux AC. J'aurais pu le faire, mais je ne l'ai pas fait.
Après avoir testé à 83 Hz, j'ai essayé avec 94 Hz. Pourquoi ces valeurs ? Je ne voulais pas qu'il y ait d'erreur à cause d'interactions possibles entre les harmoniques des 60 Hz que je savais être présents et les harmoniques de la fréquence de test que j'ai utilisée. En comparant les données prises à ces deux fréquences différentes, j'ai pu estimer l'inductance du circuit et donc calculer approximativement la résistance DC.
Comment réaliser une telle mesure ? Où faut-il effectuer les connexions ?
La méthode utilisée impliquait quatre cordons. Un pour l'injection du courant dans la poutre, un autre au niveau de la prise de terre pour compléter la boucle de courant vers la source. Un troisième était connecté à la poutre à côté de l'injection de courant et le quatrième était relié à la broche insérée dans la prise. (Comme deux des quatre connexions dépendaient de la connexion entre la broche et la prise, cette technique est connue sous le nom de mesure de résistance à trois terminaux.)
Le niveau du courant a été déterminé en mesurant la chute de tension à travers la résistance shunt placée en série avec les cordons de courant et, à partir de ce courant et de la chute de tension entre la poutre et la prise, j'ai utilisé la loi d'Ohm pour terminer l'exercice.
Aujourd'hui, c'est bien différent. Prenez par exemple le testeur de terre GEO Fluke 1625. Coûtant un peu plus de 3 200 $, cet outil peut faire tout ce que j'ai fait en 1963 et même plus. Il mesure la résistance DC en utilisant en fait une méthode très similaire à celle que j'ai utilisée pour faire mes tests. Le 1625 propose également plusieurs méthodes d'évaluation des systèmes de mise à la terre. En fait, il a été conçu en particulier pour cette utilisation.
Ce que j'aime le plus dans cet outil, c'est qu'il peut fonctionner sur piles, ce qui veut dire que l'on peut oublier les rallonges utilisées lors de mes tests.
ÉPILOGUE
Je viens d'effectuer un test de mise à la terre à 3 pôles au niveau de mon tableau électrique à l'aide du 1621. J'ai relevé trois valeurs avec lesquelles j'ai obtenu une moyenne de 0,53 ohm. Les trois valeurs variaient entre un minimum de 0,47 et un maximum de 0,56.
J'ai ensuite effectué le même test avec un multimètre numérique 289, à l'aide de la prise de terre et de la sonde. J'ai obtenu une valeur de 0,85 ohm. Ce n'est pas si mal, dites-vous ? Eh bien, j'ai ensuite inversé les cordons et réessayé. Cette fois-ci j'ai obtenu moins 0,73 ohm, une valeur négative !
Impossible d'obtenir une moyenne. Tout ce dont vous pouvez être sûr c'est qu'il y a un courant continu présent qui rend les valeurs suspectes, et que vous ne l'auriez peut-être pas su si vous n'aviez pas inversé les cordons. J'aurais certainement pu imaginer une procédure complexe pour obtenir des valeurs plus proches à l'aide du multimètre numérique, mais il n'est pas possible d'effectuer un test à trois cordons et ça n'en vaut pas la peine. Il faut vraiment savoir ce qu'on fait et bien connaître le fonctionnement du multimètre pour y parvenir.
D'ailleurs, la procédure entière, notamment l'installation du câble, la mise en place des piquets de terre, le test puis la désinstallation des outils, a pris moins de 30 minutes, prise de mesure à l'aide du 289 incluse.
Je me suis ensuite rendu vers mon panneau où j'ai testé les liaisons entre le fil de masse se dirigeant vers la mise à la terre et le bus neutre du panneau. J'ai utilisé le test à deux pôles. J'ai obtenu une valeur de 0,08 ohm. Cette fois-ci, j'ai obtenu une valeur similaire à l'aide du 289, et je n'ai pas obtenu de valeur négative lorsque j'ai inversé les cordons. Comme aucune des deux fois je n'ai compensé la résistance des cordons du multimètre, j'en conclus que cette valeur était due en grande partie aux cordons de test.