Défaut à la terre · Glossaire

Un défaut à la terre est un défaut électrique. Un conducteur actif acquiert alors une liaison conductrice avec la terre, avec une partie d'installation mise à la terre ou avec un conducteur de protection. Peuvent être concernés, par exemple, un conducteur de phase d'une ligne aérienne, un conducteur dans un câble, un jeu de barres dans une installation de commutation ou un enroulement dans un transformateur. La liaison peut être de faible impédance, par exemple en cas de contact métallique. Elle peut aussi être de forte impédance, par exemple par l'intermédiaire de matériaux isolants humides ou encrassés, d'arcs électriques, de végétation ou de gaines de câble endommagées. Les défauts à la terre de forte impédance sont particulièrement difficiles à détecter, car les grandeurs mesurées ne varient que peu.

Le terme ne décrit pas seulement le lieu du défaut, mais une relation électrique. Un conducteur qui, en fonctionnement normal, est isolé par rapport à la terre acquiert une liaison involontaire avec le potentiel de terre. Il peut en résulter des courants de défaut, des tensions de contact, des déplacements de tension et des déclenchements de protection. L'ampleur de ces effets dépend de la forme du réseau, du niveau de tension, du régime du point neutre et de la conception de la technique de protection.

Distinction par rapport au court-circuit, au court-circuit à la terre et au défaut de masse

Un défaut à la terre n'est pas la même chose qu'un court-circuit entre conducteurs actifs. Dans un court-circuit, une liaison s'établit entre des conducteurs de tensions différentes, par exemple entre deux conducteurs de phase ou entre un conducteur de phase et le conducteur neutre. Dans un défaut à la terre, la liaison défectueuse mène à la terre ou à des parties mises à la terre. Dans le langage technique de la haute tension, on distingue en outre : un court-circuit à la terre (Erdkurzschluss) suppose un point neutre mis à la terre. Il circule alors un courant élevé, semblable à celui d'un court-circuit. Un défaut à la terre dans un réseau compensé ou à neutre isolé n'est en revanche expressément pas un court-circuit à la terre, car, lors du premier défaut, il n'y circule qu'un courant comparativement faible.

Le terme « défaut de masse » (Körperschluss) est voisin. Il désigne généralement un défaut dans lequel un conducteur actif touche le boîtier conducteur d'un équipement. Si le boîtier est mis à la terre par le conducteur de protection, le défaut de masse agit comme un défaut à la terre ou comme un défaut vers le conducteur de protection. Dans les installations à basse tension, cette distinction est importante pour les mesures de protection. Les fusibles, les disjoncteurs de ligne et les dispositifs de protection à courant différentiel résiduel détectent chacun des types de défaut différents.

Un défaut à la terre n'est pas non plus une mise à la terre de service. De nombreuses parties d'installation sont volontairement mises à la terre, par exemple les points neutres de transformateurs, les boîtiers métalliques, les conducteurs de protection, les écrans de câbles ou les installations de protection contre la foudre. Une mise à la terre est une liaison planifiée avec une fonction définie. Un défaut à la terre est une liaison involontaire. Il modifie le fonctionnement normal et déclenche une réaction de protection ou une recherche de défaut.

Pourquoi le régime du point neutre détermine le courant de défaut

Le courant ne circule que dans un circuit fermé. L'intensité du courant de défaut à la terre dépend donc du chemin par lequel le courant peut retourner à la source. Le facteur décisif est le régime du point neutre, c'est-à-dire la question de savoir si et comment les points neutres des transformateurs sont reliés à la terre. Si le point neutre est mis à la terre à basse impédance, le courant peut revenir au point neutre par la terre, le conducteur de protection, le conducteur neutre ou des équipements mis à la terre. Il circule alors souvent de forts courants de défaut, que les dispositifs de protection doivent couper rapidement. En Allemagne, tous les réseaux 220 kV et 380 kV sont exploités avec une mise à la terre directe du point neutre à basse impédance.

Si le point neutre est isolé ou compensé par une bobine, il ne se produit pas de fort courant de court-circuit lors d'un défaut à la terre monophasé. Le courant de défaut circule alors surtout par les courants de fuite capacitifs des conducteurs sains vers la terre. Une bobine d'extinction de défaut à la terre, également appelée bobine de Petersen, génère un contre-courant inductif et annule en grande partie la composante capacitive. Le courant ne disparaît pas entièrement. Il subsiste un courant résiduel composé d'une composante active, du désaccord et d'harmoniques. Si ce courant résiduel est suffisamment faible, un arc de défaut à la terre s'éteint souvent de lui-même. Dans la pratique allemande, on cite comme limite d'extinction pour le courant résiduel environ 60 A dans les réseaux moyenne tension et environ 120 A dans les réseaux 110 kV. Cette limite restreint aussi la taille que peut atteindre un réseau exploité à neutre compensé.

La compensation des défauts à la terre n'est pas une exception en Allemagne. Une enquête réalisée en 2001 auprès des gestionnaires de réseau a recensé 1 653 groupes de réseaux de 6 à 110 kV. La compensation y était la forme la plus fréquente de régime du point neutre. La mise à la terre de courte durée et la mise à la terre du point neutre avec limitation de courant n'apparaissaient que rarement. Ce constat est toutefois ancien et ne reflète pas la situation actuelle. Pour l'exploitation dans le réseau moyenne tension, il existe une raison pratique : dans les réseaux aériens, de nombreux défauts à la terre ont des causes passagères, comme des branches, des animaux, l'encrassement ou des orages. Si chaque défaut à la terre monophasé entraînait la coupure immédiate d'une ligne entière, les cas d'interruption de l'alimentation seraient nettement plus nombreux.

Technique de protection, localisation et déclenchement

Les défauts à la terre sont détectés par différents procédés. Dans les installations à basse tension, un dispositif de protection à courant différentiel résiduel (RCD) compare le courant aller au courant retour. Si une partie du courant manque, ce courant de défaut s'écoule par la terre, le conducteur de protection ou une personne. Le dispositif déclenche lorsque le courant différentiel dépasse une valeur définie. En Allemagne, la norme DIN VDE 0100-410 (édition 2018-10) régit la protection contre les chocs électriques, notamment par coupure automatique de l'alimentation. Pour certains circuits dans les systèmes TN et TT, la norme exige en outre des RCD avec un courant différentiel assigné d'au plus 30 mA, par exemple pour les prises destinées aux non-initiés jusqu'à 32 A. Dans le système TN à 230 V par rapport à la terre, un temps de coupure maximal de 0,4 s s'applique typiquement aux circuits terminaux. Les cas d'application précis figurent dans la norme elle-même. Dans le système IT, qui existe aussi en basse tension, le premier défaut à la terre n'est en revanche volontairement pas coupé, mais signalé par un contrôleur d'isolement.

Dans les réseaux moyenne et haute tension, les fonctions de protection contre les défauts à la terre travaillent avec des grandeurs homopolaires, la tension de déplacement du neutre, la mesure du courant résiduel, la détermination de la direction ou des signaux transitoires au début du défaut. Dans les réseaux compensés, la localisation est plus difficile, car le courant de défaut stationnaire est faible. Les gestionnaires de réseau recourent donc à des relais directionnels de défaut à la terre, à la méthode du courant résiduel wattmétrique, à la localisation par impulsions, à la mise à la terre brève du point neutre, aux données de mesure des postes de distribution ou à des essais de manœuvre. Ils délimitent ainsi le départ défectueux. Lors de la mise à la terre brève du point neutre à basse impédance, le défaut à la terre est délibérément converti en un court-circuit à la terre mesurable, que la protection peut couper de manière sélective.

La philosophie de protection doit concilier deux objectifs. Les personnes, les équipements et les installations ne doivent pas être mis en danger. En même temps, un défaut isolé et maîtrisable ne doit pas déconnecter inutilement un grand nombre de clients du réseau. C'est pourquoi les défauts à la terre sont traités différemment selon le niveau de réseau. Dans les circuits terminaux basse tension des systèmes TN et TT, la coupure automatique rapide est au premier plan. Dans les réseaux moyenne tension compensés, l'exploitation peut d'abord se poursuivre pendant la recherche du défaut, pour autant que les conditions de sécurité soient respectées. Cela vaut aussi pour de nombreux réseaux 110 kV, car le niveau haute tension est exploité en Allemagne en partie avec mise à la terre à basse impédance et en partie avec compensation des défauts à la terre. Ce n'est que dans les réseaux mis à la terre à basse impédance, surtout à 220 et 380 kV, que tout défaut à la terre entraîne en principe une coupure sélective rapide.

Idées reçues courantes

« Le courant s'écoule simplement dans la terre » : le courant ne disparaît pas dans la terre. Il ne circule que dans un circuit fermé. La terre, les parties d'installation mises à la terre, les écrans de câbles, les conducteurs de protection, les capacités des conducteurs et les liaisons du point neutre peuvent faire partie de ce chemin de retour. Sans le chemin de retour, on ne peut évaluer ni l'intensité du courant ni l'efficacité de la protection.
« Un faible courant de défaut à la terre est inoffensif » : même avec un courant limité, des tensions de contact et de pas dangereuses peuvent apparaître au point de défaut, sur les pylônes, les clôtures ou les écrans de câbles. Dans les réseaux triphasés isolés ou compensés, le point neutre se déplace en outre. Les deux conducteurs sains montent par rapport à la terre jusqu'à environ la tension entre phases, soit environ 1,73 fois la valeur normale. Cela sollicite davantage l'isolation.
« Un défaut à la terre reste un défaut isolé » : si, pendant un défaut à la terre existant, un autre conducteur entre lui aussi en contact avec la terre à un autre endroit, il se produit un double défaut à la terre. Il agit comme un court-circuit biphasé avec un courant élevé par la terre et doit être coupé par la protection contre les courts-circuits.
« Poursuivre l'exploitation signifie que le défaut est secondaire » : la poursuite temporaire de l'exploitation est un mode de fonctionnement contrôlé, assorti de conditions. Elle donne du temps pour la localisation et la commutation, mais ne remplace pas la remise en état. La qualité de l'exploitation du réseau se mesure à la rapidité avec laquelle un défaut est circonscrit, évalué et éliminé.

Importance dans le système électrique

Avec le défaut à la terre se rencontrent la sécurité technique, la disponibilité du réseau et des décisions économiques. Plusieurs facteurs déterminent ensemble la fréquence à laquelle les défauts entraînent des interruptions et l'ampleur de la recherche : le régime du point neutre, la sensibilité des dispositifs de protection, la qualité de l'isolation, l'étendue du réseau et l'équipement de mesure. Les câbles ont une capacité par rapport à la terre nettement supérieure à celle des lignes aériennes. Avec l'enterrement croissant des réseaux de distribution, le courant capacitif de défaut à la terre augmente donc. Des bobines d'extinction plus grandes ou réglables deviennent alors nécessaires. Là où le courant résiduel dépasse la limite d'extinction, un passage à la mise à la terre à basse impédance ou avec limitation de courant du point neutre peut aussi devenir nécessaire.

Pour les gestionnaires de réseau, le défaut à la terre est un cas de défaut quotidien, mais exigeant. Il concerne la maintenance, la gestion de la végétation, la planification des manœuvres, la sécurité du travail, l'automatisation du réseau et les statistiques des interruptions d'alimentation. Les clients ne remarquent généralement le défaut que lorsque des dispositifs de protection déclenchent, que la tension s'effondre ou qu'une zone est coupée. Pour la transition énergétique, le terme est important, car les réseaux de distribution sont davantage sollicités et surveillés de façon plus dense par la mesure. Davantage de câbles, davantage d'installations de production décentralisées à électronique de puissance et davantage de points de manœuvre automatisés modifient les courants de défaut et les procédés de détection des défauts. Dans un réseau haute tension aussi, la régulation des bobines d'extinction reste un sujet de développement d'actualité.

Le défaut à la terre n'est donc pas un cas marginal de l'électrotechnique, mais une catégorie fondamentale de l'exploitation des réseaux. Les défauts électriques ne peuvent pas être appréciés d'après leur seule cause. Sont déterminants le chemin du courant de retour, la forme du réseau, la règle de protection et le mode d'exploitation admissible. Les conséquences d'un défaut à la terre résultent de la manière dont le réseau concret est mis à la terre, surveillé et exploité.

Sources

Technische Empfehlung Nr. 3 (Ausgabe 2020-03) — Schiedsstelle für Beeinflussungsfragen (SfB); 2020-03. Begriffe (Erdkurzschluss, Doppelerdschluss); Anhang B zur Sternpunktbehandlung
Einsatz der Sternpunktbehandlung in Deutschland. Umfrage — OSTI/ETDEWEB (Nachweis eines Fachzeitschriftenartikels); unbekannt (Umfrage 2001). Abstract
Sternpunktbehandlung – Das kompensierte Netz — schutztechnik.com; unbekannt. Abschnitt Das kompensierte Netz
Erläuterungen zum Konzept von DIN VDE 0100-410 (VDE 0100-410):2018-10 — DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE; unbekannt (zur Normausgabe 2018-10). Abschnitte zu automatischer Abschaltung (411) und zusätzlichem Schutz durch RCD

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Edited by eCMS on 11.11.2026 19:47