Les Schémas de Liaison à la Terre 1 La problématique • Assurer la sécurité contre les risques liés à la mise sous tension accidentelle des masses métalliques 2 Une masse Partie conductrice d’un matériel susceptible d’être touché et qui n’est pas normalement sous tension mais qui peut le devenir en cas de défaut. Exemples : armoire, porte d’armoire, boitier métallique d’un capteur, carcasse d’un moteur, chemin de câbles……. Interconnexion des masses -Toutes les masses et éléments conducteurs doivent être interconnectés et reliés à la terre. -Deux masses simultanément accessibles doivent être reliées à une même prise de terre. Un défaut d’isolement, quelle que soit sa cause, présente des risques pour la vie des personnes, la conservation des biens, la disponibilité de l’énergie électrique, tout ceci relevant de la sûreté. 3 Effets du passage du courant alternatif dans le corps humain 4 Notion de tension de contact Ud = Uc • Conditions normales : Ud 50V • Conditions mouillées : Ud 25V Ud 5 Sécurité des personnes • Nécessité de mise hors tension des installations dangereuses • Mise en œuvre d’une stratégie de détection et de protection des installations Schéma de Liaison à La Terre (SLT) 6 Risques liés à la non disponibilité de l’énergie • Pour les personnes • Manque d’éclairage • Mise hors service des équipements de sécurité • D’un point de vue économique • Perte de production 7 Tension et temps limites pour la protection des personnes Selon le type de local (sec ou humide), on définit deux types de tension de sécurité (25 et 50V). Ces tensions de sécurité écoulent dans le corps humain un courant inférieur à 30 mA. Le danger du courant électrique étant fonction de sa durée de passage, le figure ci-contre fixe le temps de coupure maximal du dispositif de protection en fonction de la tension de défaut. Exemple : lors d'un défaut dans un local sec (UL = 50 V), si la tension de contact vaut 120 V, le dispositif de protection doit couper le circuit en moins de 0,2 seconde. 8 V Résistance du corps humain : 2000 pour UL = 50 V et 1000 pour UL = 25 Protection des personnes contacts directs et indirects Contact direct : Personne est mise accidentellement en contact avec : – 2 conducteurs actifs – 1 conducteur actif et une masse conductrice reliée à la terre. Conséquence d’une négligence, d’une maladresse ou d’un manquement aux règles de sécurité. Contact indirect : personne en contact avec une masse métallique mise accidentellement sous tension par un conducteur actif mal isolé d’une part, et une masse conductrice reliée à la terre d’autre part. C’est un accident généralement lié à l’état du matériel électrique. 9 Protection contre les contacts directs Quel que soit le régime du neutre, le défaut produit par un contact direct doit être éliminé dès son apparition. Les principales mesures de protection contre les contacts directs sont: • L'isolation des parties actives du matériel électrique (gaine, cache bornes...). • La protection au moyen d'enveloppes et de barrières (coffrets, tableaux...) qui permettent de rendre le matériel électrique inaccessible. • L'utilisation de la très basse tension de sécurité (TBTS (inférieure à 25 V). • L'installation de DDR à haute sensibilité ( < ou égale à 30 mA). 10 Protection contre les contacts indirects: les schéma de liaison à la terre Tous les Schémas des Liaisons à la Terre (SLT) sont équivalents pour la protection des personnes et des biens. Par contre ils ont des avantages et des inconvénients qu’il faut adapter aux besoins de l’installation. 11 Schémas de liaison à la terre T.T. I.T. T.N. C Fil de protection PE et neutre relié T.N. S Fil de protection PE et neutre 12séparé Schéma T.T. Id N PE Id Rd Ud La présence d'un défaut d'isolement provoque un courant de défaut, limitée par l'impédance de la boucle de défaut à la terre. L'intensité Id est suffisante pour élever la tension de défaut UC de la masse. Au contact de cette masse, une personne est soumise à une tension de contact Uc dangereuse car elle peut être supérieure à la tension limite de contact UL. 13 Schéma T.T. Schéma équivalent simplifié Id V N PE Id RPE Rph Rd RB RA Ud RA : Résistance de la prise de terre des masses d'utilisation RB : Résistance de la prise de terre du neutre Id : Courant de défaut UC = Ud: Tension de contact 14 Schéma T.T. Id V N PE Id RPE Rph Rd RB RA Ud V Id RA R B V RA Ud RA R B Exemple : R A R B 16 I d 7.2A U d 0.5 V = 115V Pas de longueur maximum 15 Schéma T.T. Résumé L’apparition d’un défaut d’isolement entraîne une élévation dangereuse du potentiel des masses. Cela implique que l’installation soit pourvue d’un dispositif de coupure au 1er défaut. RA1 Uc .V1N RB RA1 Id V1N RB RA1 Généralement Id < In Protection par DDR Si Uc UL Seuil de sensibilité du DDR In UL RA1 Le temps de fonctionnement de la protection doit être choisi en fonction de la tension de défaut Sélectivité totale entre 4 et 3 si Inamont 3.Inaval et tnf amont tcaval16 Schéma T.T. In UL RA1 17 Schéma T.T. Conclusions • La tension de contact peut être dangereuse, le défaut doit être supprimé très rapidement – voir t = f(Uc) • Le courant de défaut étant faible, un DDR est obligatoire (30mA sur les risques de contacts direct) • La qualité des mises à la terre est essentielle. – RA UL / In 18 Schéma T.N. La troisième lettre S signifie que le conducteur de neutre (bleu clair) et le conducteur de protection électrique (vert/jaune) sont séparé. 19 Schéma T.N. La troisième lettre C signifie que le conducteur de neutre (bleu clair) et le conducteur de protection électrique (vert/jaune) sont confondus. La priorité des couleurs des conducteurs impose donc le vert/jaune pour ce conducteur de protection. Afin de le différencier des noms usuels du neutre et du conducteur de protection, il portera le nom PEN. 20 Schéma T.N. 21 Schéma T.N.C Protection contre les contacts indirects Ce schéma est interdit pour des sections inférieures à 10 mm² Cu (Cuivre) ainsi que pour les canalisations mobiles. HT / 380 V Id L1 L2 L3 PEN Boucle de défaut UC Pour un défaut d'isolement d'impédance très faible entre la phase 1 et la masse, Le courant de défaut va atteindre la valeur d'un courant de courtcircuit. Il faut donc que ce soit les disjoncteurs (ou les fusibles) qui doivent réagir. 22 Schéma T.N.C Protection contre les contacts indirects L’impédance de défaut Zd est difficile à évaluer Approximation : 1) Les impédances en amont du départ en défaut, provoquent une chute de tension de 20 %. 2) S < 120 mm2 , les réactances sont négligeables. Id 0,8 V1N R ph R PEN Rph : Résistance du câble de phase RPEN: Résistance du câble de phase R PEN Uc 0,8 .V1N R ph R PEN R ph . Lph Sph R PEN L PEN . S PEN La longueur des câbles doit être limitée : si L > Lmax alors Id < Im 0,8 Sph L .V1N Sph (1 ) Im S PEN Im : courant du magnétique (courant de fonctionnement du dispositif de protection) 23 Exemple Etude d’un défaut en régime TNC 1 2 3 PEN Longueur du câble : 80 mètres Section des conducteurs : 6 mm² en cuivre Courant nominal absorbé par le récepteur = 25 A Référence du disjoncteur de protection (calibre 25 A) HAGER MM513 Remarque: L’utilisation d’un DDR est impossible avec un régime TNC. Il faut passer à un régime TNS In = 25 A L 80 R . 22,5.10 . 0,3 R S 6 ph 3 ph PEN ph Id 0,8 V1N 0,8 230 307 A R ph R PEN 0,6 Courbe de sécurité avec UL 50 V V Uc 0,8 1N 92 V 2 t déclen 450 ms 24 Exemple (suite) Etude d’un défaut en régime TNC Pour Id =307A On vérifie que le temps de déclenchement est inférieur à 450 ms La sécurité des personnes est bien assurée Est-elle toujours assurée si on utilise une longueur de câble de 300 m ? Dans le cas contraire, il faut utiliser le régime TNS et une protection différentielle 25 Exemple (suite) Etude d’un défaut en régime TNC Problèmes posés par la longueur des canalisations électriques Est-elle toujours assurée si on utilise une longueur de câble de 300 m ? L 300 R . 22,5.10 . 1,125 R S 6 3 ph ph PEN ph V 0,8.230 Id 0,8. 81,8 A R R 2,25 1N Ph PEN Uc 92 V UL 50 V t déclen 450 ms La protection va se déclencher au bout de 10 secondes. La sécurité des personnes n’est pas assurée! 26 Exemple (suite) Etude d’un défaut en régime TNC Dans ces conditions, le seul moyen d'améliorer la protection est soit : D'augmenter la section des conducteurs (si S augmente, R diminue donc Z diminue et Id augmente) de prendre un disjoncteur dont le seuil du déclencheur magnétique est plus faible de rajouter un D.D.R sur le départ afin qu'il puisse se déclencher sur un défaut (Passer en régime TNS!). 27 Schéma T.N.C Protection contre les contacts indirects Cas du branchement d'un appareil avec distribution du neutre et rupture du HT / 380 V PEN. L1 L2 L3 PEN UC Si un défaut apparaît et que le conducteur PEN est coupé, on constate bien que la tension de défaut devient dangereuse et qu'aucun dispositif ne peut le couper. C'est pour cela que la section des conducteurs doit être au minimum de 10 mm² pour le cuivre et de 16 mm² pour l'aluminium afin de ne pas avoir les conducteurs mécaniquement fragiles. Il en est de même pour les conducteurs mobiles. Dans ces derniers cas, ce sera le schéma T.N.-S.28 qui sera retenu. Schéma T.N.S Protection contre les contacts indirects HT / 380 V Id L1 L2 L3 N Boucle de défaut UC Nous remarquons que le défaut provoque un court-circuit et que ces sont les dispositifs de protections contres les court-circuits qui doivent se déclencher. Ce schéma est obligatoire en cas de section inférieur à 10 mm² pour le cuivre et en cas de canalisations mobiles. Ce schéma de liaison n'est jamais suivi d'un schéma T.N.-C. Du poste d'alimentation vers notre récepteur, on peut passer du schéma T.N.-C. vers le 29 schéma T.N.-S. mais jamais l'inverse (du T.N.-S. vers de T.N.-C.) Schéma T.N. Ce schéma de liaison impose quelques contraintes : Être propriétaire du poste de transformation afin de pouvoir effectuer le changement de schéma. La nécessité d'avoir un personnel d'entretien très compétent. La nécessité d'un contrôle périodique de la continuité et de la qualité du conducteur de protection. La nécessité d'avoir des prises de terres uniformément réparties dans toute l'installation. La nécessité d'une vérification obligatoire au déclenchement au premier défaut soit par des mesures réelles ou par calcul (longueur des câbles est limitée). L'augmentation des risques d'incendie du fait des forts 30 courants de défaut. Schéma T.N. L'usage du schéma T.N.-C. : •Économie d'un conducteur (le neutre et le PE sont confondue) •Économie sur le matériel (matériel 3 Pôles au lieu de 3 Pôles + neutre ou de 4 pôles) •Implique l'utilisation de canalisation fixes (NF-C 15 100) •Interdit l'usage de faibles sections (10 mm² Cu et 16 mm² Al) L'usage du schéma T.N.-S. : •Est utilisable avec les petites sections •Permet la séparation du neutre et du P.E. (éviter la pollution du P.E. en informatique) •Est obligatoire dans les locaux à risques d'incendie. 31 Schéma T.N. Résumé L’apparition d’un défaut d’isolement se traduit par un court-circuit phase-neutre. Interdiction de couper le PEN en schéma TNC Protection contre les contacts indirects assurée par les dispositifs de protection contre les surintensités (fusibles et/ou disjoncteurs) Courant de défaut : V1N Id Zd Zd : impédance de la boucle de défaut If < Id ou Im < Id 32 Schéma T.N. Conclusions La maîtrise des impédances de boucle est essentielle. • Le courant de défaut étant élevé, ce régime est interdit lors des risques d’explosion(ou TN-S + DDR). • DDR- HS obligatoire si risques de contacts direct. • Les PE(N) ne doivent jamais être coupé, donc TN-C interdit si S 10 mm² (Cu), S 16 mm² (Al). • TN-C-S oui TN-S-C Non 33 Schéma I.T. Neutre isolé Aucune liaison électrique n’est réalisée intentionnellement entre le point neutre du transformateur et la terre Neutre impédant Une impédance Zs de l’ordre de 1000 à 2000 est insérée entre le point neutre du transformateur et la terre. 34 Schéma I.T. (1er défaut) HT / 400 V Id L1 L2 L3 N Z = 2 000 Boucle de défaut UC Rn = 10 RA = 15 L'intensité Id est maintenant limité par l'impédance de limitation et celle-ci peut-être suffisante pour éviter l'élévation trop importante de la tension de défaut UC de la masse. 35 Schéma I.T. •Résistances et condensateur de fuite L1 L2 Si le réseau est étendu (> 1 km), des condensateurs de fuite et des résistances de fuite existe et celles-ci peuvent être rassemblées par une seule impédance. C C C C 3 t 1 2 3 R1 C1 R R R 3.R 1 2 3 L3 R3 C3 t Ordre de grandeur : R = 10 M.km-1 C = 0,3 µF.km-1 Pour 1 km de réseau, cela donne : L'impédance des condensateurs : C2 R2 Ct Rt 1 1 Z 3540 Ω C ω 0,9.10 2π 50 6 Ct t La résistance : 10 MΩ R 3,3MΩ 3 t 36 (1er défaut) Schéma I.T. N PE CPI Rd Ud Schéma équivalent simplifié If 3 If2 2 If1 1 IfN N N RPE PE Rph If IfN If 1 Rd RB If Ud Cf Cf If 2 Cf Cf 37 Schéma I.T. If 3 If2 2 If1 1 IfN N N RPE (1er défaut) PE Rph If IfN If 1 Rd Ud RB Neutre distribué If 4 Cf V 4C L V Ud 4 R B C L V Exemple : If R B 16 I d 30mA Cf Cf If 2 Cf Cf Neutre non distribué If 3 Cf V 3 C L V Ud 3 R B C L V L = 100m C 1 nF / m U d 477 mV Pas de déclenchement au premier défaut 38 Schéma I.T. (2ème défaut) Apparition du deuxième défaut HT / 400 V Id L1 L2 L3 N Z = 2 000 Rn = 10 RA = 15 Boucle de défaut L'apparition d'un deuxième défaut provoque un court-circuit. Ce courant ne sera limité que par les valeurs d'impédance de ligne des phase, de l'impédance interne du transformateur et impédance équivalente du réseau H.T. De plus, le choix du type de disjoncteur (valeur du magnétique) doit être optimal en cas de réseau étendu (valeur des impédances trop élevées qui risque de produire un courant de court-circuit relativement faible). 39 Schéma I.T. (2ème défaut) Si les conditions précédentes ne peuvent pas être remplies afin d'assurer l'élimination du défaut, ou dans les locaux présentant des risques d'incendie, on utilise des disjoncteurs différentiels. HT / 400 V Id L1 L2 L3 N Z = 2 000 Rn = 10 RA = 15 Boucle de défaut 40 Schéma I.T. (2ème défaut) N PE CPI Rd1 Rd2 Ud 1 Ud 2 Schéma équivalent simplifié 0.8 V Id Id N PE Id RPE Rph RPE Rd1 RB Ud 1 RN Rd2 Ud 2 41 Schéma I.T. 0.8 V Id Id N (2ème défaut) PE Id RPE Rph RPE Rd1 Rd2 Ud 1 RB RN Ud 2 Défauts phase et neutre 0.8 V S ph 0.8 V Id 2 R ph 2 R PE 2 1 m L 0.8 V R PE 0.8 m V Ud 2 R ph 2 R PE 2 1 m Exemple : S ph S PE 95mm2 I d 2 kA L = 100m U d 0.2 V 47 V 42 0.8 V Id 0.8 V (2ème Id PE défaut) Id RPE Rph RPE Rd1 Rd2 Ud 1 RB RN Ud 2 Défauts phase phase 0.8 3 V S ph 0.8 3 V Id 2 R ph 2 R PE 2 1 m L 0.8 3 V R PE 0.8 m 3 V Ud 2 R ph 2 R PE 2 1 m Exemple : S ph S PE 95mm2 I d 3.5 kA L = 100m U d 0.35 V 83V 43 Schéma I.T. Conditions de déclenchement 0.8 V Id Id N (2ème PE défaut) Id RPE Rph RPE Rd1 Neutre distribué L max Exemple : Rd2 Ud 1 RB 0.8 V S ph 2 1 m I magn S ph S PE 95mm2 L max = 200 m RN Ud 2 Neutre non distribué L max 0.8 3 V S ph 2 1 m I magn L = 100m I magn = 1000A L max = 347 m 44 Schéma I.T. Pour être conforme à la norme NF C 15-100, une installation à neutre isolé (IT) doit obligatoirement satisfaire aux conditions suivantes : -les masses doivent être interconnectées et reliées à la terre. Sinon, l’installation d’un différentiel pour chaque groupe est nécessaire. -l’isolement doit être surveillé en permanence par un dispositif approprié (contrôleur permanent d’isolement CPI, par exemple); le premier défaut d’isolement doit être signalé afin de le chercher et l’éliminer par le personnel qualifié. -le déclenchement doit se produire au deuxième défaut (même avec les dispositifs de protection contre les défauts entre phases, mais avec vérification des conditions de déclenchement). -installation d’un limiteur de surtensions sur le transformateur pour écouler à la terre les surtensions dangereuses susceptibles d’apparaître. 45 Schéma I.T. Caractéristiques et mise en œuvre du régime IT Comment est assurée la protection des personnes ? Premier défaut - Courant de défaut et tension de contact très faibles -Pas de risque pour les personnes -L’installation peut continuer à fonctionner -La norme impose la signalisation au premier défaut (signalisation sonore et lumineuse) -La détection du défaut est réalisée par un contrôleur permanent d’isolement (CPI) -Pour assurer la continuité de service, il faut éliminer le premier défaut avant l’apparition du deuxième défaut. Deuxième défaut - Court-circuit entre phases -Coupure de l’installation par les dispositifs classiques protection contre les courts-circuits (disjoncteurs, fusibles) 46 de Schéma I.T. Appareils obligatoires en régime I.T. CPI 47 Schéma I.T. Pour assurer correctement l'exploitation de ce régime du neutre, deux appareils sont obligatoires à l'origine de l'installation entre le neutre et la terre : Indication de l’isolement CPI Réglage du seuil de signalisation Le principe physique du CPI repose sur l’injection d’une tension continue ou très basse fréquence (10 Hz) entre le réseau et la terre. Cette tension crée un courant de fuite If dont la valeur est fonction de l’isolement du réseau. Un appareil de mesure, parcouru par le courant If, directement gradué en k donne l’indication permanente de l’isolement. Lorsque l’isolement global du réseau devient défectueux (descend en dessous de la valeur de consigne) le contact du CPI change d’état et un dispositif lumineux et 48 sonore avertissent du défaut. 49 50 Méthodes de localisation du premier défaut Méthode 1 : mise hors tension des différents départs Dés qu’un défaut est constaté par le CPI, le contact permute, les signalisations sonore et visuelle sont activées. Après acquittement du défaut par action sur le commutateur « recherche défaut » par le personnel d’entretien, la signalisation sonore est désactivée. Seule reste la signalisation visuelle indiquant que le défaut est toujours présent. Pour rechercher le défaut, le personnel d’entretien ouvre et referme successivement les départs du réseau en partant de l’amont vers l’aval de l’installation. Dés que la partie en défaut est mise hors tension, la signalisation donnée par le CPI disparait. Le contact du CPI reprend sa position d’origine, le signal sonore est réactivé. Lorsque la partie de réseau en défaut est isolée, il ne reste plus qu’à localiser exactement le défaut et à le supprimer. Pour remettre le système d’alerte en veille, il faut rebasculer le commutateur sur la position « surveillance réseau ». Cette méthode de recherche présente l’inconvénient de perturber la distribution, ce qui entraine des pertes de production. Pour éviter cela on utilise la 51 méthode dite « par injection de courant très base fréquence ». Méthodes de localisation du premier défaut Méthode 2 : injection d’un courant basse fréquence Un générateur de courant très basse fréquence (10 Hz) est relié d’une part à la terre, d’autre part à l’un des conducteurs actifs du réseau à contrôler. Le générateur très basse fréquence fait circuler dans le circuit en défaut un courant qui peut être détecté. La recherche peut être effectuée: Par un système mobile portable, composé d’une pince ampérométrique et d’un récepteur sélectif TBF (10Hz), Par un système fixe automatique, comprenant sur chaque départ, un tore associé à un récepteur sélectif TBF (10 Hz). 52 Schéma I.T. Limiteur de surtension Le limiteur de surtension assure une protection de l’installation et des personnes en cas d’élévation anormale de la tension (foudre qui tombe sur une ligne). Il est raccordé entre le neutre de l’alimentation et la terre le plus prés possible du transformateur. Lorsque la tension dépasse celle du calibre du limiteur, celui-ci se met en court-circuit et envoie la surtension directement à la terre. 53 Schéma I.T. Limiteur de surtension Fonctionnement Un limiteur de surtension est constitué de deux éléments séparés conducteurs par un film isolant. Les surtensions impulsionnelles provoquent des amorçages entre les deux éléments conducteurs sans mise en court-circuit du limiteur. Les surtensions énergétiques font fondre le film isolant ce qui permet le passage d’un fort courant à la terre. Il faut alors changer la cartouche dont la mise en court-circuit est signalée par le CPI au même titre qu’un défaut d’isolement. Par exemple : La rupture d’isolement sur une phase devient un court-circuit Le limiteur doit alors avoir une tenue suffisante correspondant au temps d’élimination du courant de défaut (Par exemple supporter 40 kA pendant 0,2 s pour des limiteurs Cardew de la marque Merlin Gerin). 54 Schéma I.T. • Après un défaut de surtension (foudre), le régime IT se transforme en régime "TT". I n UL RA < 1 Rp RB RA Si Rp, RB et RA ne sont pas reliées, il faut un DDR. Lorsque le limiteur de surtension a joué son rôle, il faut le remplacer. 55 Conclusion Schéma I.T. 56 Schéma I.T. Résumé L’apparition d’un défaut d’isolement n’entraîne pas une élévation de potentiel dangereuse des masses. Uc 0 • Le défaut doit être signalé et éliminé. • Installation d’un contrôle permanent d’isolement (CPI). L’apparition d’un deuxième défaut d’isolement nécessite des solutions identiques aux schémas TT et TN La longueur des câbles doit être limitée : si L > Lmax alors Id < Im 0,4 Sph L .V1N Sph (1 ) Im S PEN 57 Schémas des Liaisons à la Terre (SLT) Synthèse • Tous les régimes assurent la sécurité des personnes de façon équivalente : – Régime TT : neutre à la terre, carcasses métalliques à une terre locale. • clients BT, lieux destinés au public • mise hors tension automatique au premier défaut par dispositif différentiel – Régime TN : neutre à la terre, carcasses métalliques à la terre du neutre. • sites industriels • mise hors tension automatique au premier défaut – Régime IT : neutre impédant ou isolé, carcasses métalliques à la terre. • • • • sites industriels critiques ,continuité de services signalisation du premier défaut par CPI sans coupure de l'alimentation mise hors tension automatique au deuxième défaut obligation d’avoir un électricien habilité présent dans l’entreprise 58 Schémas des Liaisons à la Terre (SLT) Synthèse 59 Schémas des Liaisons à la Terre (SLT) Synthèse 60 Méthodologie pour choisir les SLT Ne pas oublier que les trois SLT peuvent coexister dans une même installation électrique S’assurer que le choix n’est pas recommandé ou imposé par les normes ou la législation (décrets, arrêtés ministériels). Dialoguer avec l’utilisateur pour connaître ses exigences et ses moyens : - besoin de continuité de service - service entretien ou non - risque incendie. 61 Solutions continuité de service et service entretien : la solution est l’IT continuité de service et pas de service entretien : pas de solution totalement satisfaisante ; préférer le TT pour lequel la sélectivité au déclenchement est plus facile à mettre en œuvre et qui minimise les dégâts par rapport au TN. Les extensions sont simples à réaliser (pas de calcul) continuité de service non impérative et service entretien compétent : préférer le TN-S (réparation et extension rapides et exécutées selon les règles) continuité de service non impérative et pas de service entretien : préférer le TT risque d’incendie : IT si service entretien et emploi de DDR 0,5 A ou TT 62 Spécificité du réseau et des récepteurs réseau très étendu ou à fort courant de fuite : préférer le TN-S utilisation d’alimentations de remplacement ou de secours : préférer le TT récepteurs sensibles aux forts courants de défaut (moteurs) : préférer le TT ou l’IT récepteurs à faible isolement naturel (fours) ou avec filtre HF important (gros ordinateurs) : préférer le TN-S alimentation des systèmes de contrôle commande : préférer l’IT (continuité de service) ou le TT (meilleure équipotentialité des appareils communicants). 63 SLT TT TN IT Principe Détection d’un courant de défaut passant par la terre et coupure de l’alimentation par disjoncteurs différentiels ou interrupteurs différentiels. Le courant de défaut est transformé en courant de court-circuit, coupure de l’alimentation par disjoncteurs ou fusibles. Si la longueur de câbles est trop importante en TNS, détection du courant de fuite et coupure différentiel. Le premier défaut (non dangereux) doit être recherché et éliminé pour assurer la continuité de service. Coupure obligatoire au second défaut par disjoncteur ou fusibles. Avantages Mise en œuvre simple ( peu de calculs) Extension possible sans calculs Peu de maintenance préventive (sauf test périodique des différentiels) Sécurité des personnes en cas d’alimentation d’appareils portatifs ou de mauvaise prise de terre (différentiel 30 mA) Coût réduit la prise de terre n’a pas d’influence sur la protection des personnes Peu sensible aux courants de fuites élevés Continuité de service Courant de premier défaut très faible (moins risque d’incendie) Alimentation de récepteurs sensibles aux courants de défaut (moteurs,…) Inconvénients Pas de sélectivité si un seul disjoncteur en tête d’installation Nécessité de différentiel sur chaque départ pour obtenir une sélectivité (coût accru) Risques de déclenchement intempestif en cas de surtension Interconnexion des masses Si plusieurs masses, nécessité de mettre un différentiel par groupe de masses Le niveau de la sécurité dépend de la valeur de la prise de terre Courant de défaut élevés (génération de perturbation et risque d’incendie surtout en TNC) Nécessité de calcul de ligne précis Risques de non protection en cas d’extension, de rénovation ou d’utilisations non maitrisées (nécessité d’un personnel compétent) Coût de l’installation (neutre protégé, CPI, Limiteur de surtension) Personnel compétent pour rechercher le premier défaut Sensibles aux perturbations du réseau Surintensité de court-circuit au 2ème défaut Perturbation du réseau au 2ème défaut Commentaires Prévoir un parafoudre en cas de distribution aérienne dans les zones telluriques Possibilité de relier la prise de terre de l’alimentation et celle des masses, si le transformateur HTA/BT est privé Prévoir des vérifications périodiques des valeurs des terres et des seuils de déclenchement des différentiels Vérification des conditions de protection lors de l’étude, à la mise en service, périodiquement et en cas de modification de l’installation L’utilisation de différentiels permet de limiter les courants de défaut et de palier aux risques non prévus par les calculs (rupture de conducteurs PE, longueur de ligne des charges mobiles,…) Signalisation obligatoire du premier défaut et recherche immédiate Protection par limiteur de tension indispensable 64 1. Dans un régime de neutre IT, le T signifie : Neutre du transformateur à la terre Masses de l'installation à la terre Neutre et masse de l'installation à la terre 2. Dans un régime de neutre TT, la protection contre les contacts indirects est assurée par: des fusibles des disjoncteurs magnéto-thermique des disjoncteurs différentiels 3. La sensibilité d'un disjoncteur différentiel dépend de: du courant nominal des récepteurs de la valeur de la résistance de terre de la tension du réseau 4.Pour protéger les personnes contre les contacts directs, il faut: Isoler, mettre hors de portée les parties actives Utiliser des disjoncteurs différentiels Mettre une pancarte avertissant du danger 5. A la piscine, quelle est la tension limite de sécurité ? 12V 25V 50V 65 6. Dans quel régime de neutre utilise t-on obligatoirement un CPI ? TT IT TN 7.Que signifie le terme CPI ? Contrôleur permanent d'intensité Cache pour isoler Contrôleur permanent d'isolement 8. Quel est le rôle d'un CPI ? Détecter et réparer le premier défaut Détecter et signaler le premier défaut Détecter et couper le premier défaut 9. Quel est l'intêret principal d'utiliser un régime de neutre IT ? Assurer la continuité de service de l'installation en cas de 1er défaut Protéger les personnes contre les contacts indirects Protéger les personnes contre les contacts directs 10. Que se passe t-il lors d'une détection 1er défaut par le CPI ? Le CPI le signale par une alarme sonore et visuelle Les disjoncteurs déclenchent Il ne se passe rien 66 Exercice 1 Soit l'installation ci-contre: Un défaut franc d'isolement survient entre la phase 2 et la masse du récepteur. 1. Etablir le schéma équivalent au défaut 2. Calculer Id et Uc 3. Si une personne venait à toucher la masse, serait-elle en danger ? Le défaut précédent présente une résistance de défaut Rd de 300 Ω. 4. Etablir le schéma équivalent au défaut 5. Calculer Id et Uc 6. Si une personne venait à toucher la masse, serait-elle en danger ? Analyse de la protection des personnes : 7. Dans le cas de la question 1, quelle est la réaction des protections Q0 et Q1 ? Justifier votre réponse. 8. On installe un dispositif différentiel sur Q0 pour assurer la protection des personnes. Déterminer en fonction des caractéristiques de l'installation, la sensibilité de ce DDR. Installation défectueuse : Le conducteur PE est sectionné et un défaut franc survient entre la phase 2 et la masse du récepteur. 9. Etablir le schéma équivalent 10. Déterminer Id et Uc 11. Analyser les risques encourus par une personne susceptible de toucher la masse du récepteur 67 Exercice 2 Le régime de neutre d'une installation électrique est TT (milieu sec). Cette installation alimente une machine électrique d’impédance Ru dont la masse est métallique. La prise de terre du transformateur de distribution oppose une résistance de valeur Ra= 10 . La prise de terre des masses de l'installation s’appelle Rb. Le transformateur délivre une tension de 230 V. Un fusible F protège l’installation des courts-circuits et des défauts d’isolation. a) La machine consomme une puissance de 10 kW et l’installation est correctement dimensionnée. Choisissez le calibre du fusible parmi : 16 ; 20 ; 25 ; 32 ; 35 ; 50 ; 63 ; 80 ; 100 ; 125 A b) Dessinez le schéma équivalent électrique prenant en compte le régime de neutre et en faisant apparaître les potentiels suivants : Phase, Neutre, Terre, Masse. Dans le cas d'un défaut d'isolation (d’impédance nulle) au niveau de la machine : c) Donnez l’expression du courant de défaut en fonction des données. d) Quelle doit être la valeur maximale Rbmax de la résistance Rb pour que le fusible interrompe l’installation avec le fusible choisi. (On supposera que le fusible agit instantanément) e) Que se serait-il passé si le défaut d’isolation était apparu alors que la machine n’était pas en fonctionnement avec le fusible choisi et la résistance Rbmax? 68 Exercice 3 On considère le schéma suivant, en local industriel humide. Hypothèse de calcul : · Le réseau est triphasé 3 x 400 V + N · Les longueurs et impédances des canalisations AB, AG, EF et JF sont négligeables. · Lors d'un court-circuit phase neutre, les tensions simples aux points EB et JG sont égales à 80% de la tension nominale V. · On tiendra compte que de la résistance des câbles (réactance négligeable). D1 récepteur 2. Il apparaît un défaut d'isolement en C. 1. Représenter sur la figure le trajet du courant de défaut Id et donner le schéma équivalent de la boucle du défaut. •On donne LBC = LED = 100 m (câble en cuivre = 22,5 m.mm2/m) SPH = 70 mm² SPEN = 35 mm² 2. Calculer le courant de défaut Id et la tension de contact Uc. Cette tension est-elle dangereuse ? 69 récepteur 2. 4. D1 est un disjoncteur C250N calibre 250 A, magnétique entre 5 et 10 In. Ce disjoncteur convient-il ? 5. Quel doit être le réglage du magnétique ? 6. On envisage le cas d'un défaut franc sur le récepteur 2. On donne LGH = LJI = 50 m. On utilise un câble aluminium 4 x 16 mm² ( = 36 m.mm2/m). Les fusibles de protection sont du type aM 63 A. Vérifier, par le calcul, si les conditions de protections sont remplies. Que préconisez-vous si les conditions de protections ne sont pas remplies ? 70 71 72 Exercice 4 Un premier défaut d’isolement survient sur la machine 1 entre la phase 3 et la masse : 1) Représenter le courant de défaut Id1. 2) Calculer Id1. 3) Calculer Uc1 ; cette tension est-elle dangereuse ? Y a-t-il déclenchement du DDR1 ? Un second défaut d’isolement survient sur la machine 2 entre la phase 2 et la masse : 1) Représenter le courant de défaut Id. 2) Calculer Id. 3) Calculer Uc1 et Uc2; ces tensions sont-elles dangereuses ? Y a-t-il déclenchement des DDR ? 73 Exercice 5 Un premier défaut d’isolement survient sur la machine 1 entre la phase 3 et la masse : 1) Représenter le courant de défaut Id1. 2) Calculer Id1. 3) Calculer Uc ; cette tension est-elle dangereuse ? Y a-t-il déclenchement du disjoncteur D1? Un second défaut d’isolement survient sur la machine 2 entre la phase 2 et la masse : 1) Représenter le courant de défaut Id2. 2) Calculer Id2. 3) Calculer Uc ( machine 1 ) ; cette tension est elle dangereuse ? 74
