Comment réaliser la mise à la terre d'un moteur électrique ?

La mise à la terre d'un moteur consiste à raccorder, avec une cosse sertie, le conducteur de protection vert-jaune (PE) du câble d'alimentation à la vis de terre marquée ⏚ à l'intérieur de la boîte à bornes, ce conducteur rejoignant le système de mise à la terre de l'installation par la barrette PE du tableau. Sur les moteurs dotés en plus d'une vis de terre extérieure sur la carcasse, celle-ci est un point de raccordement supplémentaire pour le bâti de la machine ou une liaison équipotentielle ; elle ne remplace pas le PE du câble. La section du PE dépend de celle du conducteur de phase : jusqu'à 16 mm², elle est identique à la section de phase.

La mise à la terre est une liaison de sécurité des personnes ; consigner et verrouiller le moteur, réaliser le raccordement puis le mesurer est le travail d'un électricien qualifié. La résistance de terre de l'installation, la protection différentielle et le calcul des sections relèvent d'un ingénieur électricien. Cet article décrit pas à pas ce à quoi doit veiller la personne qui raccorde le moteur sur site ; il ne remplace pas le calcul réglementaire.

Les valeurs de courant et d'entrée de câble utilisées dans les exemples sont les données catalogue des moteurs triphasés de notre rubrique Acheter un moteur électrique en ligne ; les exemples de section proviennent du tableau de notre outil de section de câble (cuivre, PVC, environ 30 °C).

Pourquoi relier un moteur à la terre ? Tension de contact et différentiel

Si l'isolation du bobinage cède à cause de l'humidité, des vibrations, d'une surchauffe ou d'un câble écrasé dans la boîte à bornes, la tension de phase passe sur la carcasse. Si la carcasse n'est pas reliée à la terre, le moteur continue de tourner et aucun appareil de protection ne s'en aperçoit ; la personne qui touche la carcasse devient le chemin du courant vers la terre. La mise à la terre crée ce chemin à l'avance, avec une résistance bien plus faible. Selon le schéma de liaison à la terre, le résultat est le suivant :

• Lorsque le courant de défaut est élevé (carcasse reliée par le PE au point mis à la terre de la source), le défaut devient pratiquement un court-circuit ; le fusible ou le disjoncteur moteur ouvre le circuit.
• Le dispositif différentiel mesure l'écart entre le courant aller et le courant retour. Si la carcasse est à la terre, le courant de défaut s'écoule aussitôt par le PE et le différentiel déclenche avant que quiconque touche la carcasse. Sinon, il ne fonctionne qu'au moment où le courant traverse une personne : la protection arrive tard.
• La tension de contact est la tension entre la carcasse et le sol sur lequel vous vous tenez lors d'un défaut. Plus la liaison PE est solide et peu résistante, plus cette tension reste faible.

Nous avons traité l'importance générale de la mise à la terre dans notre article quelle est l'importance de la mise à la terre d'un moteur électrique ; ici, nous nous concentrons sur la pratique.

Où se trouve la vis de terre ? Dans la boîte à bornes et sur la carcasse

Les moteurs triphasés présentent deux points de mise à la terre possibles, chacun avec un rôle différent :

Raccorder le PE sur le couvercle de la boîte à bornes ou sur sa vis est une erreur : la liaison disparaît dès que le couvercle est déposé. Poser une cosse directement sur une surface peinte augmente aussi la résistance de contact. Le PE doit aller sur la vis prévue à cet effet sur le moteur.

Raccordement de la terre du moteur pas à pas

1. Consignez, verrouillez, étiquetez. Ouvrez le sectionneur du tableau, posez cadenas et étiquette, puis vérifiez l'absence de tension aux bornes du moteur avec un appareil adapté.
2. Passez le câble dans le presse-étoupe. Utilisez un presse-étoupe adapté à l'entrée de câble du moteur (exemple : 1 × M25×1,5 pour le DRG-90L-4 4 pôles de 1,5 kW ; 2 × M40×1,5 pour le DRG-160M-4 de 11 kW).
3. Laissez le conducteur PE un peu plus long que les phases. Si le câble est tiré ou que le presse-étoupe se desserre, les phases doivent céder d'abord et le PE en dernier.
4. Sertissez une cosse adaptée. Sertissez une cosse ronde (à œillet) adaptée à la section et au diamètre de vis, avec une pince à sertir adaptée à la section. Les cosses à fourche sont évitées, car elles peuvent s'échapper en cas de desserrage.
5. Raccordez à la vis de terre. Placez la cosse entre la rondelle de la vis et la surface, puis serrez selon les indications du fabricant. Si plusieurs cosses doivent aller sous la même vis, respectez l'ordre et les rondelles prévus.
6. Raccordez les phases. D'abord le PE, puis L1 L2 L3 ; à l'inverse au démontage.
7. Raccordez la vis extérieure (le cas échéant). Si l'installation prévoit une liaison équipotentielle, raccordez le conducteur correspondant à la vis extérieure de la carcasse.
8. Mesurez, puis mettez sous tension. Le moteur n'est pas démarré avant la mesure de continuité et d'isolement (voir plus bas).

Quelle section pour le câble de terre ? La section PE dépend de la phase

Le règlement turc sur la mise à la terre des installations électriques prévoit deux voies pour le conducteur de protection : le calcul à partir du courant de court-circuit et du temps de coupure de l'appareil de protection (S = √(I²·t) / k), ou un tableau de section minimale fonction du conducteur de phase (tableau 8). Le tableau s'applique si le PE est de même matériau que le conducteur de phase :

Selon ce règlement, un PE séparé ne faisant pas partie du câble d'alimentation ne peut être inférieur à 2,5 mm² avec protection mécanique, ni à 4 mm² sans protection. Dans les câbles standard à quatre ou cinq conducteurs, le conducteur PE a déjà la même section que les phases ; un PE séparé n'intervient qu'en grande section ou avec des câbles unipolaires.

Exemple : du courant moteur à la section PE

Dans le tableau ci-dessous, le courant sous 380 V des moteurs 4 pôles (1500 tr/min) est multiplié par 1,25 pour obtenir le courant d'emploi, la plus petite section cuivre qui le supporte est prise dans le tableau de notre outil de section de câble, et la section PE est indiquée selon la règle ci-dessus. Il s'agit uniquement du critère de courant admissible ; la chute de tension sur une longue ligne, le mode de pose, le groupement et la température ambiante peuvent imposer une section supérieure. La section finale doit être validée par un ingénieur électricien.

Pour 160 kW, S/2 = 92,5 mm² n'étant pas une section normalisée, on retient la valeur normalisée supérieure, 95 mm². Pour calculer la section en tenant compte de la longueur, utilisez notre calculateur de section de câble moteur ; pour le choix des protections, l'outil de sélection relais thermique, fusible et contacteur.

Câble blindé et mise à la terre du blindage sur moteur à variateur

Un variateur de fréquence alimente le moteur par des impulsions de tension commutées très rapidement. Ces impulsions créent des courants de fuite haute fréquence à travers la capacité entre le câble et la terre ; le courant qui ne trouve pas de chemin passe par les roulements, le bâti de la machine ou les câbles de signal voisins. Dans un système à variateur, la mise à la terre n'est donc pas seulement une question de sécurité, mais aussi de compatibilité électromagnétique :

• Un câble moteur blindé est utilisé entre variateur et moteur ; il comporte en plus un conducteur PE.
• La tresse est raccordée côté moteur par un presse-étoupe CEM assurant un contact sur 360° avec la boîte à bornes, et côté variateur par le collier de blindage du variateur. Torsader la tresse en « queue de cochon » fine et la visser lui fait perdre l'essentiel de son efficacité en haute fréquence.
• Le raccordement du blindage aux deux extrémités et la longueur maximale de câble sont précisés dans la notice d'installation du fabricant du variateur ; suivez cette notice.
• La carcasse du moteur, la borne PE du variateur et le bâti de la machine doivent rejoindre le même point de terre par des liaisons courtes et de forte section.

Comment mesurer la mise à la terre ? Continuité, isolement et résistance de terre

Il ne suffit pas que la liaison soit « en place » : elle doit être vérifiée par la mesure. Trois mesures distinctes se font sur site, toutes par un électricien qualifié avec des appareils adaptés :

• Mesure de continuité : hors tension, on mesure avec un ohmmètre basse résistance la résistance entre la carcasse du moteur et la barrette PE du tableau. Les liaisons coupées, desserrées ou oxydées apparaissent ici.
• Mesure de résistance d'isolement : réalisée entre bobinages et carcasse avec un contrôleur d'isolement (mégohmmètre) ; elle renseigne sur l'état du bobinage plutôt que sur la terre, mais c'est le moyen de savoir s'il existe une fuite vers la carcasse sans mettre sous tension. Variateurs et appareils électroniques doivent être déconnectés pendant la mesure.
• Résistance de terre / impédance de boucle de défaut : indique si la prise de terre de l'installation et le chemin de défaut feront déclencher la protection à temps. Les valeurs admissibles dépendent du schéma de liaison à la terre et de l'appareil de protection ; cette mesure fait partie des vérifications périodiques et donne lieu à un rapport.

Erreurs fréquentes de mise à la terre des moteurs

• Relier le PE au neutre : un moteur triphasé n'a pas besoin de neutre ; relier le neutre à la carcasse transforme celle-ci en conducteur parcouru par le courant de service.
• Compter seulement sur les pattes : le bâti sur lequel le moteur est boulonné ou un socle en béton ne sont pas un conducteur de protection ; peinture, rouille et vibrations dégradent le contact.
• Utiliser le conducteur vert-jaune comme phase, ou un conducteur d'une autre couleur comme PE : une erreur potentiellement mortelle lors de la maintenance suivante.
• Serrer directement sous la vis une extrémité étamée : l'étain flue avec le temps et la liaison se desserre ; utilisez une cosse.
• Oublier de rebrancher le PE lors d'un remplacement de moteur : le PE débranché de l'ancien moteur doit être le premier conducteur raccordé au nouveau.
• Couper le blindage dans un système à variateur : les courants de fuite passent alors par les roulements et les lignes de signal.
• Réduire la section « au jugé » : jusqu'à 16 mm² de phase, le PE ne peut pas être plus petit que la phase.

Liste de contrôle après raccordement

• Le PE est-il sur la vis ⏚ à l'intérieur de la boîte à bornes, avec une cosse à œillet, et bien serré ?
• Le conducteur PE a-t-il été laissé plus long que les phases ?
• La section PE est-elle suffisante par rapport à la phase (égale jusqu'à 16 mm²) ?
• Le presse-étoupe correspond-il à l'entrée de câble du moteur et est-il serré ?
• La continuité entre carcasse et barrette PE du tableau a-t-elle été mesurée ?
• La résistance d'isolement bobinage–carcasse a-t-elle été mesurée ?
• Avec un variateur, le blindage est-il raccordé aux deux extrémités conformément à la notice ?
• La vis de terre extérieure est-elle raccordée (si elle existe et si la conception le prévoit) ?
• Le joint et le couvercle de la boîte à bornes ont-ils été remis en place ?

Moteurs triphasés utilisés dans les exemples

Les modèles utilisés dans les exemples de section et d'entrée de câble ci-dessus :

• DRG-90L-4 – 1,5 kW – 1500 tr/min – carcasse aluminium, IEC 90L
• DRG-160M-4 – 11 kW – 1500 tr/min – carcasse fonte, IEC 160M
• DRG-225S-4 – 37 kW – 1500 tr/min – carcasse fonte, IEC 225S
• DRG-280S-4 – 75 kW – 1500 tr/min – carcasse fonte, IEC 280S
• DRG-315L1-4 – 160 kW – 1500 tr/min – carcasse fonte, IEC 315L

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Questions fréquentes

Où se branche la terre d'un moteur électrique ?

Le conducteur PE vert-jaune du câble d'alimentation se raccorde avec une cosse à œillet à la vis de terre marquée ⏚ à l'intérieur de la boîte à bornes ; l'autre extrémité va à la barrette PE du tableau. La vis extérieure de la carcasse, si elle existe, sert à la liaison équipotentielle et ne remplace pas ce raccordement.

Quelle section pour le fil de terre d'un moteur ?

Si le conducteur de phase fait jusqu'à 16 mm², le PE a la même section ; entre 16 et 35 mm², 16 mm² ; au-delà de 35 mm², la moitié de la section de phase. Par exemple, pour un moteur 4 pôles de 11 kW, la section de phase selon le courant admissible est de 4 mm², le PE fait donc aussi 4 mm². La valeur exacte est validée par un ingénieur électricien selon les conditions de court-circuit de l'installation.

Le différentiel déclenche-t-il sans mise à la terre ?

Oui, mais tard : si la carcasse n'est pas à la terre, le courant de défaut n'apparaît que lorsque quelqu'un touche la carcasse et que le courant passe par lui vers la terre. La mise à la terre permet au différentiel de déclencher avant tout contact. Le différentiel ne remplace pas la terre ; il fonctionne avec elle.

La carcasse du moteur donne des décharges : quelle peut en être la cause ?

Le plus souvent, une liaison PE coupée ou absente combinée à un défaut d'isolement dans le bobinage, la boîte à bornes ou le câble. Mettez immédiatement le moteur hors tension et ne le redémarrez pas avant que l'électricien ait mesuré continuité et isolement. Avec un variateur, un léger picotement peut révéler un blindage et une mise à la terre mal réalisés.

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