Les Schémas de Liaison à la Terre : SLT B.H pour MELEC (Source : ELEC TEAM - Lycée Louis Blériot Marignane) Mai 2016 V1.0 Table des matières Introduction 3 I - Le choix d'un SLT 4 II - SLT TT 5 1. Définition et norme pour le SLT TT ........................................................................................... 5 2. Schéma et analyse de défaut en SLT TT ..................................................................................... 6 3. Avantages, inconvénients, utilisations pour le schéma TT .......................................................... 7 4. Exercice ......................................................................................................................................... 7 III - SLT IT 8 1. Définition et norme pour le SLT IT ............................................................................................. 8 2. Schéma et analyse de défaut en SLT IT ...................................................................................... 9 3. CPI : Contrôleur permanent d'isolement ................................................................................... 11 IV - SLT TN 12 1. Définition et norme pour le SLT TN .......................................................................................... 12 2. Schéma et analyse de défaut en SLT TN ................................................................................... 13 3. Exercice ....................................................................................................................................... 14 V - Étude de cas : Vérification des conditions de protection 16 1. Exercice : Signification de la SLT .............................................................................................. 16 2. Exercice : Vérification du déclenchement .................................................................................... 17 3. Exercice : Temps de déclenchement ........................................................................................... 17 4. Exercice : Longueur maxi possible ............................................................................................. 17 5. Exercice : Longueur maxi autorisée ............................................................................................ 17 VI - Fin 18 Glossaire 19 Introduction Dans cette partie nous allons étudier les SLT.(Schéma de Liaison à la terre) En effet, il est nécessaire de connecter les masses des récepteurs et le neutre du transformateur de distribution à la Terre d'une façon différente suivant l'utilisation et l'environnement du matériel électrique à protéger. Pour cela, nous étudierons : La signification des symboles des schémas de liaison à la terre Les schémas des SLT Le calcul du courant de défaut et de la tension de contact Les conséquences d'un défaut Les avantages, les inconvénients et l'utilisation de chaque SLT Il n'y pas un SLT à privilégier. Il faut adapter le choix au cahier des charges et à différents critères : Les textes de lois La protection des personnes La protection des biens La protection contre les surtensions Le coût de l'installation 3 Le choix d'un SLT Le choix d'un SLT I Protection des biens contre les incendies ou les explosions Le schéma IT et TT ne présentent pratiquement pas de risques. Le IT est même recommandé dans les lieux à risque explosif. Par contre le schéma TN notamment TNC présente des risques d'incendie plus élevés. Protection des personnes Les 3 schémas sont équivalents mais il faut être vigilant sur le schéma TN notamment dans le calcul des protections en cas d'extension de l'installation. Continuité de service La continuité de service caractérise la capacité d'une installation à fonctionner le plus longtemps possible sans coupure. Dans le cas d'une continuité de service impérative, le schéma IT est primordial car il ne coupe pas au premier défaut mais il requiert la présence de personnel qualifié pour régler le 1er défaut au plus vite. Le coût de revient L'installation la plus coûteuse est IT de part le matériel et le personnel nécessaire. La moins coûteuse reste le TN car il n'y pas de différentiels qui coûtent trés chers. Texte légal : Les textes de lois et décrets Parfois, il n'y pas de choix possibles car le type de schémas à la Terre est imposé par la norme : 4 SLT TT SLT TT II Définition et norme pour le SLT TT 5 Schéma et analyse de défaut en SLT TT 6 Avantages, inconvénients, utilisations pour le schéma TT 7 Exercice 7 1. Définition et norme pour le SLT TT Définition T : liaison du neutre du transformateur de distribution à la terre. T : liaison des masses à la terre. Le neutre du transformateur de distribution est mis à la terre à travers une prise de terre de résistance Rn. Les masses sont mises à la terre à travers une prise de terre de résistance RT. L'emploi d'un dispositif différentiel à courant résiduel (DDR) est obligatoire en tête de l'installation. La coupure a lieu lors d'un défaut d'isolement lorsque le courant de défaut est supérieur à la sensibilité du DDR. Ce que dit la norme ? La norme NF C 15-100 définit le temps de coupure maximal du dispositif de protection des personnes contre les contacts indirects dans les conditions normales (UL =50 V) et dans les conditions "mouillées" (UL =25 V). UL est la tension de contact la plus élevée qui peut être maintenue indéfiniment sans danger pour les personnes. 5 SLT TT 2. Schéma et analyse de défaut en SLT TT Architecture d'une installation en régime TT architecture TT.swf (cf. architecture TT.swf) (cf. fonctionnement TT.swf) Simulation : Parcours du courant en cas de défaut Nous avons un défaut entre le phase 1 et la carcasse métallique. fonctionnement TT.swf (cf. fonctionnement TT.swf) Les tensions de sécurité trouvées dans la classification des locaux appelés tension de contact UL doivent obligatoirement être inférieures à la tension de défaut Ud. Ud = Id x RT avec Ud < UL Id : courant de défaut RT : résistance de mise à la terre des masses Rn : résistance de la prise de terre du neutre Rd : résistance de défaut trés faible et souvent négligée Attention : Sensibilité du dispositif différentiel Le seuil de sensibilité IΔn de ce dispositif doit être tel que : 6 SLT TT 3. Avantages, inconvénients, utilisations pour le schéma TT Le schéma de liaison à la terre TT présente l'avantage : d'assurer parfaitement la sécurité des biens et des personnes de ne pas nécessiter de personnel qualifié pour entretenir les installations. Par contre : Sa mise en œuvre est coûteuse (à cause des disjoncteurs différentiels) Les installations sont coupées dès le premier défaut. Fondamental C'est pourquoi, elle convient parfaitement à toutes les installations devant recevoir du public, et à toutes les installations faites pour des particuliers non qualifiés en électricité. Il est utilisé par l'EDF pour toute la distribution BTA publique. 4. Exercice Nous avons un défaut virtuel entre la carcasse de la pompe du cytogénérateurCytogénérateur - p.19 § et la Terre * On vous donne : RN = 10Ω : résistance de la prise de terre du neutre RT = 20Ω : résistance de la prise de terre des masses Rd négligeable U = 400V Question 1 Déterminer le courant de défaut Id. Question 2 Déterminer la valeur de la tension de défaut et conclure sur la dangerosité du défaut. 7 SLT IT SLT IT III Définition et norme pour le SLT IT 8 Schéma et analyse de défaut en SLT IT 9 CPI : Contrôleur permanent d'isolement 11 1. Définition et norme pour le SLT IT Définition I : neutre isolé de la terre (ou impédant) T : liaison des masses à la terre. En régime IT le premier défaut ne pose aucun problème particulier. Ce régime de neutre permet donc une continuité de service lors d'un premier défaut (la machine ou l'installation peut continuer de travailler même avec un défaut). Cette option intéresse énormément les industriels qui utilisent beaucoup ce régime de neutre. Dans ce type de schéma, dit à « neutre isolé » le neutre du transformateur est : soit isolé de la terre (neutre isolé) soit relié à la terre par une impédance élevée (neutre impédant) et toutes les masses de l'installation sont reliées à la terre Texte légal : Ce que dit la norme ? Un défaut entre phase et masse doit être éliminé dans un temps d'autant plus court que la tension de contact Uc (différence de potentiel entre masses simultanément accessibles ou entre la masse et la terre) est plus élevée. En régime de mise en neutre TN ou de neutre isolé IT (défaut double), la protection des personnes contre les contacts indirects se réalise par les dispositifs de protection contre les surintensités (dispositif thermique). Le déclenchement du disjoncteur doit intervenir en cas de deux défauts simultanés dans le régime de neutre isolé IT. La norme NF C I5-100 impose l'utilisation d'un contrôleur permanent d'isolement (CPI) sur tout réseau IT pour prévenir l'utilisateur d'un premier défaut par un klaxon et un voyant. 8 SLT IT 2. Schéma et analyse de défaut en SLT IT Architecture d'une installation en régime IT architectureIT.swf (cf. architectureIT.swf) Simulation : Parcours du courant en cas de 1er Défaut Dans cet exemple : Zres = 3500Ω ; Rn = 10Ω ; RT1=RT2=RT3=40Ω ; Rd1 = Rd2= 2Ω ; U = 400V architectureIT.swf (cf. architectureIT.swf) La valeur du courant Id au 1er défaut vaut : La valeur de la tension de défaut Ud au 1er défaut vaut : 9 SLT IT Calculer le courant de défaut Id et la tension de défaut Ud : _ _ _ _ _ Conclure à partir des résultats obtenus : _ _ _ _ _ _ Simulation : Parcours du courant en cas de 2ème Défaut IT_2emedef.swf (cf. IT_2emedef.swf) La valeur du courant Id au 1er défaut vaut : ATTENTION : le deuxième défaut est un défaut ph/ph, la tension pour le calcul du courant défaut est 400V. La valeur de la tension de défaut Ud Calculer le courant de défaut Id2 et la tension de défaut Ud2 : 10 au 1er défaut vaut : SLT IT _ _ _ _ _ Conclure à partir des résultats obtenus : _ _ _ _ _ _ 3. CPI : Contrôleur permanent d'isolement Un contrôleur permanent d'isolement (CPI) est nécessaire pour signaler tout défaut d'isolement (alarme sonore + voyant). Le défaut doit être éliminé avant l'apparition d'un second défaut, qui produirait la coupure de l'installation. La coupure a lieu lors de deux défauts d'isolement simultanés par déclenchement des protections contre les surintensités (disjoncteurs, fusibles). Ce contrôleur mesure en permanence l'isolement du réseau par rapport à la terre et signale toute baisse en deçà d'un seuil défini généralement à 0,8 fois la valeur de l'isolement normal (sans défaut). La recherche de défaut est associée à la fonction de contrôle d'isolement. Deux types de recherche de défaut (sans ouverture de départs) sont possibles : recherche manuelle (avec récepteur mobile) recherche automatique (réaliser par des localisateurs associés à des tores placés sur les départs). 11 SLT TN SLT TN IV Définition et norme pour le SLT TN 12 Schéma et analyse de défaut en SLT TN 13 Exercice 14 1. Définition et norme pour le SLT TN T : liaison du neutre à la terre N : liaison des masses au neutre Ce type de schéma dit de "mise au neutre" est de transformer tout défaut d'isolement en court-circuit monophasé PH/N pour faire déclencher le disjoncteur magnéto-thermique. Une 3ème lettre représente la disposition du conducteur de neutre et du conducteur de protection : TNC (commun) : Le neutre et le conducteur de protection sont combinés en un seul conducteur (PEN) TNS (séparé) : Le neutre est séparé de la terre Ce que dit la norme ? Un défaut entre phase et masse doit être éliminé dans un temps d'autant plus court que la tension de contact Uc (différence de potentiel entre masses simultanément accessibles ou entre la masse et la terre) est plus élevée. En régime de mise en neutre TN ou de neutre isolé IT (défaut double), la protection des personnes contre les contacts indirects se réalise par les dispositifs de protection contre les surintensités. Le déclenchement du disjoncteur doit intervenir au premier défaut dans le régime de mise au neutre TN. 12 SLT TN 2. Schéma et analyse de défaut en SLT TN Architecture d'une installation en régime TN Cette architecture s'appelle TN"C" car le conducteur de Neutre et de PE sont Confondus Cette architecture s'appelle TN"S" car le conducteur de Neutre et de PE sont Séparés architecture TN.swf (cf. architecture TN.swf) Simulation : Parcours du courant en cas de défaut Un défaut apparaît sur le récepteur 1 entre la carcasse métallique et la phase 1. 13 SLT TN fonctionnement TN.swf (cf. fonctionnement TN.swf) Le courant de défaut Id est en fait un courant de court-circuit entre phase et neutre. Seule les résistances des conducteurs sont prises en compte dans la boucle de défaut. Id : courant de défaut en A Rph : résistance du conducteur de phase en Ω Rpe : résistance du conducteur de neutre en Ω Tension de défaut Ud dangereuse et élevée si elle est supportée trop longtemps. La norme donne un temps maximum de défaut de 20 ms. En cas de défaut, c'est la partie magnétique de la protection qui va déclencher : Id > Im seuil de déclenchement du dispositif magnétique. La protection est donc assurée par des disjoncteurs magnéto-thermiques beaucoup moins coûteux qu'un DDR. Cette installation nécessite beaucoup de calcul et d'étude notamment par rapport à la section des câbles, c'est pourquoi ce schéma est réservé aux installations industrielles. 3. Exercice Nous avons un défaut virtuel entre la carcasse de la pompe du cytogénérateur et la Terre On vous donne : Rph = 0.1Ω Rpe = 0.1Ω U = 400V Question 1 Déterminer le courant de défaut Id. Question 2 Déterminer la valeur de la tension de défaut et conclure sur la dangerosité du défaut. 14 SLT TN Question 3 Nous avons installé un disjoncteur magnéto-thermique de type NG160 40A. Ce disjoncteur assure-t-il bien la protection des personnes et pourquoi ? 15 Étude de cas : Vérification des conditions de protection Étude de cas : Vérification des conditions de protection V Exercice : Signification de la SLT 16 Exercice : Vérification du déclenchement 17 Exercice : Temps de déclenchement 17 Exercice : Longueur maxi possible 17 Exercice : Longueur maxi autorisée 17 Les locaux de préparation, de conditionnement et de distribution des denrées alimentaires sont régulièrement nettoyés à eau sous pression et les équipements électriques sont généralement en acier inoxydable. Il est impératif que toutes les conditions de sécurité électrique soient réunies pour assurer un environnement de travail non dangereux pour le personnel. Centre de restauration de la B.A.N. Nîmes-Garons Vous aurez à vérifier les conditions de déclenchement « normalisées » des protections des personnes en cas de défaut d'isolement sur les fours. Extrait du sujet d'épreuve E2 de septembre 2009 1. Exercice : Signification de la SLT Ordonner ci dessous la signification des lettres du schéma de liaison à la terre TNS Extrait de la documentation ressource (cf. Extr_DTR_sept_2009E2.pdf) 1. Masses de l'installation raccordées au neutre 2. Conducteurs de neutre et de protection distincts 3. Neutre de l'installation raccordé à la terre Réponse : ___ ___ ___ 16 Étude de cas : Vérification des conditions de protection 2. Exercice : Vérification du déclenchement Quand la vérification du déclenchement des protections doit être vérifiée ? Extrait de la documentation ressource (cf. Extr_DTR_sept_2009E2.pdf) A l'étude de l'installation par calcul A la mise en service Périodiquement tous les ans 3. Exercice : Temps de déclenchement En considérant , que le déclenchement du disjoncteur F1 n'est pas retardé, rechercher les temps de coupure et de déclenchement maximal en schéma TN Extrait de la documentation ressource (cf. Extr_DTR_sept_2009E2.pdf) Temps de 0 seconde(s) 4. Exercice : Longueur maxi possible Calculer la longueur maximale possible de la ligne sous F1 (sections phases et PE identiques) Extrait de la documentation ressource (cf. Extr_DTR_sept_2009E2.pdf) On donne : Imag = 1000 A e Sph = 35 mm² Déterminer : m= 1 ρ = 22.5 .10-3 V= 230 V La longueur de la ligne maximum sera de 143 m 5. Exercice : Longueur maxi autorisée Rechercher la longueur maximale autorisée par la norme (F1 : NG125N – courbe C) S phase et neutre : 35 mm² Calibre de 125A Longueur maximale de 112 m La longueur de câble réelle (45m) est elle conforme au maximum imposée par la norme : OUI (Répondre par Oui ou Non) 17 Fin Fin Ici ce terminer l'activité sur les Schémas de liaison à la terre. Retrouvez ici la version PDF (cf. SLT_papier.pdf) 18 VI Ressources annexes Glossaire Cytogénérateur Le cytogénérateur est une machine utilisée par les laboratoires pharmaceutiques pour cultiver des virus dans le but de trouver des médicaments. La machine consiste à agiter et éventuellement chauffer un milieu du culture ainsi que des souches virales. 19