Installations électriques BT Protections par Roland AUBER Ancien Ingénieur en Chef de la Fédération Nationale de l’Équipement Électrique (FNEE) Secrétaire Général de l’Association Internationale des Entreprises d’Équipement Électrique (AIE) et Claude RÉMOND Ingénieur de l’École Supérieure d’Électricité Ancien Ingénieur en Chef de l’Union Technique de l’Électricité (UTE) 1. Généralités sur la protection contre les chocs électriques......... 2. Protection contre les contacts directs .............................................. — 8 3. Protection contre les contacts indirects par coupure automatique de l’alimentation ............................................................ — 10 4. Protection contre les contacts indirects sans coupure de l’alimentation ...................................................................................... — 22 5. Prises de terre et conducteurs de protection.................................. — 23 6. Protection contre les surintensités .................................................... — 25 7. Protection contre les surtensions....................................................... — 30 8. Protection différentielle ........................................................................ — 33 9. Commande, sectionnement, coupure ................................................ — 36 Pour en savoir plus........................................................................................... D 5 032 - 2 Doc. D 5 039 L D 5 032 6 - 1993 ’article Installations électriques fait l’objet de plusieurs articles : — Installations électriques. Caractéristiques générales [D 5 030] ; — Installations électriques BT. Protections [D 5 032] ; — Installations électriques BT. Choix et mise en œuvre des matériels [D 5 034] ; — Installations électriques HT [D 5 036] ; — Installations électriques. Conception. Vérification. Entretien [D 5 038]; et les sujets traités ne sont pas indépendants les uns des autres. Le lecteur devra assez souvent se reporter aux différents articles. Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique D 5 032 − 1 INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT _________________________________________________________________________________________________________ 1. Généralités sur la protection contre les chocs électriques 1.1 Définitions ■ Choc électrique Il s’agit de l’effet physiopathologique résultant du passage du courant électrique à travers le corps humain ou celui d’un animal [D 5030]. Cette expression concerne à la fois les contacts directs et les contacts indirects. Il n’y a pas de différence d’effet physiopathologique entre les deux types de contacts, mais les mesures de protection à prendre sont très différentes. ■ Partie active Cette expression désigne tout conducteur ou toute partie conductrice destiné à être sous tension en service normal, y compris le conducteur neutre, mais pas, par convention, le conducteur PEN. Cette expression n’implique pas nécessairement un risque de choc électrique. ■ Contact direct Ce terme désigne un contact d’une personne ou d’un animal d’élevage avec des parties actives (figure 1). ■ Contact indirect Ce terme désigne un contact d’une personne ou d’un animal d’élevage avec des masses mises sous tension par suite d’un défaut d’isolement (figure 2). ■ Conducteur de protection [PE (figure 3)] Ce conducteur, prescrit dans certaines mesures de protection contre les chocs électriques, est destiné à relier électriquement des parties telles que : — masses ; — éléments conducteurs ; — borne principale de terre ; — prise de terre ; — point de l’alimentation relié à la terre ou à un point neutre artificiel. Un conducteur de protection peut être commun à plusieurs circuits. Lorsque ce conducteur est confondu avec le conducteur neutre, il s’appelle conducteur PEN (figure 3b ). ■ Masse [M (figures 2 et 3)] Ce terme désigne toute partie conductrice d’un matériel électrique susceptible d’être touchée et qui n’est pas normalement sous tension, mais peut le devenir en cas de défaut. Citons, comme exemples de masses : — les parties accessibles des matériels de classe I (§ 1.2) ; — les conduits métalliques [D 5 034] ; — les conducteurs blindés à isolant minéral. Ne sont pas considérés comme des masses : — les parties accessibles des matériels de classe II (§ 1.2) ; — les câbles ne comportant aucun revêtement métallique et utilisés pour des tensions au plus égales à 500 V [D 5 034]. ■ Élément conducteur Il s’agit d’un élément susceptible d’introduire un potentiel, généralement celui de la terre, et en faisant pas partie de l’installation électrique. À titre d’exemples sont considérés comme des éléments conducteurs : — les charpentes métalliques ; — les canalisations métalliques d’eau, de gaz, de chauffage central, etc. ; — les appareils non électriques reliés à des canalisations métalliques ; — les sols et parois non isolants (béton, carrelages...). Ne sont pas considérés comme des éléments conducteurs : — les fenêtres et portes ; — les rampes d’escalier ; — les sols et parois isolants (parquets en bois, tapis et moquettes...) ; — tous les objets métalliques de petites dimensions non reliés à un élément conducteur (poignées, barres d’appui, etc.). ■ Défaut [d (figures 2 et 3)] Ce terme désigne une défaillance de l’isolation d’une partie active, produisant une réduction du niveau d’isolement et pouvant provoquer une liaison accidentelle entre deux points de potentiels différents. Un défaut peut être franc ou présenter une certaine impédance : — un défaut franc entre conducteurs actifs est un court-circuit ; — un défaut entre une partie active et un point au potentiel de la terre est un défaut à la terre. D 5 032 − 2 Figure 1 – Exemple de contact direct Figure 2 – Exemple de contact indirect Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique ________________________________________________________________________________________________________ INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT Figure 3 – Différentes tensions suivant le schéma des liaisons à la terre Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique D 5 032 − 3 INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT _________________________________________________________________________________________________________ ■ Conducteur de terre Le conducteur de terre (ou canalisation principale de terre) relie la prise de terre à la borne principale de terre. ■ Borne de terre La borne principale de terre est la borne ou la barre à laquelle sont reliés : — le ou les conducteur(s) de terre ; — les conducteurs de protection ; — les conducteurs de la liaison équipotentielle principale ; — les conducteurs de mise à la terre fonctionnelle, s’il y a lieu. ■ Prise de terre [T (figure 3)] Ce terme désigne un corps conducteur ou un ensemble de corps conducteurs en contact intime avec le sol et assurant une liaison électrique avec celui-ci. ■ Liaison équipotentielle Cette liaison électrique met au même potentiel, ou à des potentiels voisins, des masses ou des éléments conducteurs. On distingue : — la liaison équipotentielle principale générale [LEP (figure 3)], reliant tous les éléments conducteurs, à leur pénétration dans chaque bâtiment, et la prise de terre ; — les liaisons équipotentielles locales réalisées au niveau de chaque tableau, jouant un rôle analogue à celui de la liaison équipotentielle principale générale ; — les liaisons équipotentielles supplémentaires reliant des masses et des éléments conducteurs lorsque certaines conditions de protection ne peuvent être respectées ; — les liaisons équipotentielles locales non reliées à la terre constituant une mesure de protection dans un emplacement défini (§ 4.6). ■ Tension de défaut [Ud (figure 3)] Cette tension apparaît lors d’un défaut d’isolement, entre une masse et une prise de terre de référence, c’est-à-dire un point dont le potentiel n’est pas modifié par l’écoulement du courant de défaut Id correspondant. La tension de défaut peut être mesurée avec un voltmètre ayant une résistance interne de l’ordre de 40 k ; cette valeur : — est le résultat d’un compromis ; si la résistance du voltmètre est trop grande, la résistance d’isolement des appareils agit comme un diviseur de tension, et des tensions élevées sont mesurées alors qu’aucun défaut d’isolement n’existe ; si la résistance est trop faible, les résistances des prises de terre auxiliaires influencent les mesures ; — a une signification pratique ; elle correspond approximativement à la valeur de l’impédance du corps humain pour un trajet du courant entre les deux mains, avec des surfaces de contact de quelques millimètres carrés, avant le claquage de la peau, c’est-à-dire pour des tensions de quelques dizaines de volts. ■ Tension de contact [Uc (figure 3)] Cette tension apparaît, lors d’un défaut d’isolement, entre des parties simultanément accessibles. Remarques — Par convention, ce terme n’est utilisé que dans le cadre de la protection contre les contacts indirects. — Dans certains cas, la valeur de la tension de contact peut être influencée notablement par l’impédance de la personne en contact avec ces parties. Les tensions de contact peuvent être mesurées par un voltmètre ayant une résistance interne de 3 k . Une valeur moyenne de l’impédance du corps humain de 3 kΩ est réaliste pour de grandes D 5 032 − 4 surfaces de contact, pour un trajet du courant entre les deux mains, et pour des tensions de l’ordre de quelques dizaines de volts. Pour des tensions plus élevées, l’impédance du corps humain diminue et c’est pourquoi la valeur de 3 kΩ présente une marge de sécurité pour l’application de ces mesures. ■ Tension de contact présumée [Ucp (figure 3)] C’est la tension de contact la plus élevée susceptible d’apparaître en cas de défaut d’impédance négligeable se produisant dans l’installation électrique. En pratique, elle est égale à la différence de potentiel entre une masse en défaut et la liaison équipotentielle principale. Elle peut apparaître entre une masse et un élément conducteur (par exemple, le sol) sur lequel se tient une personne, ou entre deux masses en défaut, si ces parties peuvent être touchées simultanément. Dans le dernier cas, la tension de contact présumée constitue une partie de la tension de défaut. La tension de contact présumée peut être mesurée avec un voltmètre ayant une résistance interne de l’ordre de 40 kΩ. ■ Les figures 3a et b montrent les différentes tensions suivant les schémas des liaisons à la terre (§ 1.3) et l’emplacement des masses. Dans ces figures, comme dans la suite de l’article, les principaux symboles ont pour signification : A E Id L1 , L 2 , L 3 LEP M N PE PEN RA RB source d’alimentation ; terre de référence (terre lointaine) ; courant de défaut ; conducteurs de phase ; liaison équipotentielle principale ; masse ; conducteur neutre ; conducteur de protection ; conducteurs neutre et de protection confondus ; résistance de la prise de terre des masses de l’installation ; résistance de la prise de terre du neutre de l’alimentation. Remarque : nous avons donné, dans ce paragraphe, quelques définitions pour une meilleure compréhension du texte qui suit. D’autres définitions sont données dans le Vocabulaire Électrotechnique et dans les différentes normes d’installations et de produits. On trouvera certaines définitions particulières dans d’autres paragraphes. 1.2 Classification des matériels électriques Du point de vue des conditions de protection contre les contacts indirects, quatre classes de matériels électriques sont définies, le chiffre n’impliquant aucun ordre de sévérité. ■ Classe 0 Elle concerne les matériels ne possédant qu’une seule isolation, dite principale, dont la défaillance, en mettant sous tension les parties accessibles, peut provoquer un risque de choc électrique ; en outre, aucune disposition n’est prévue pour mettre à la terre les parties métalliques accessibles. Le matériel de classe 0 peut être utilisé seulement dans des conditions où les personnes ne peuvent le toucher en même temps qu’un élément conducteur, c’est-à-dire dans des locaux secs et non conducteurs. La classe 0, qui était utilisée pour les appareils domestiques, est en voie de disparition. Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique ________________________________________________________________________________________________________ ■ Classe I Elle concerne les matériels ne possédant également qu’une seule isolation principale, mais dont toutes les parties métalliques accessibles sont reliées à une borne de terre, ce qui permet son raccordement à une prise de terre par l’intermédiaire de conducteurs de protection. La protection contre les contacts indirects est alors assurée par coupure automatique de l’alimentation (§ 3). INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT 1.3 Schémas des liaisons à la terre Cette expression désigne la situation du neutre et des masses d’une installation par rapport à la terre ; elle est symbolisée par un code à deux lettres : — la première lettre correspond à la situation du neutre par rapport à la terre : • la lettre T signifie que le neutre est directement relié à la terre, • la lettre l signifie que le neutre est isolé ou relié à la terre par l’intermédiaire d’une impédance ; — la deuxième lettre correspond à la situation des masses de l’installation : • la lettre T signifie que les masses sont reliées à une prise de terre indépendante de celle du neutre, • la lettre N signifie que les masses sont reliées au neutre. La combinaison de ces lettres permet de définir trois schémas des liaisons à la terre. ■ Classe II Elle concerne les matériels qui sont conçus de telle manière que tout défaut entre les parties actives et les parties accessibles soit rendu improbable. Ce matériel possède des propriétés telles qu’il ne soit pas susceptible, dans les conditions d’utilisation prévues, d’être le siège d’un défaut risquant de propager un potentiel dangereux vers sa surface extérieure. Les propriétés de la classe II peuvent résulter : — soit d’une double isolation, en entourant l’isolation principale d’une deuxième isolation dite supplémentaire ; — soit d’un renforcement de l’isolation principale, devenant ainsi une isolation renforcée, présentant les mêmes qualités qu’une double isolation ; — soit de dispositions constructives assurant une sécurité équivalente ; les matériels, bien que ne répondant pas à toutes les exigences de la classe II, comportent des caractéristiques leur conférant le niveau de sécurité de la classe II ; il en est ainsi pour les appareils électroniques, certains câbles et certains appareillages. La classe II assure par elle-même sa propre sécurité et son utilisation constitue une mesure de protection contre les contacts indirects (§ 4.2). Les matériels de la classe II ne comportent pas de dispositions pour leur mise à la terre et ne doivent pas être mis à la terre. ■ Schéma TN : dans ce schéma (figure 4), les masses sont reliées au conducteur neutre. En cas de défaut, le courant de défaut se referme directement au point neutre par des liaisons galvaniques ; le courant de défaut Id est, en fait, un courant de court-circuit entre phase et neutre. La désignation du schéma TN comporte une troisième lettre : — la lettre C signifie que le conducteur neutre et le conducteur de protection sont confondus (conducteur PEN) (figure 4a ) ; — la lettre S signifie que le conducteur neutre et le conducteur de protection sont séparés (figure 4b ). Le schéma TN-C et le schéma TN-S peuvent exister dans une même installation, mais le schéma TN-S doit toujours être en aval du schéma TN-C. ■ Schéma TT : dans ce schéma (figure 5), les prises de terre du neutre (R B ) et des masses (RA) sont distinctes. En cas de défaut, le courant de défaut Id se referme par les deux prises de terre. Ce schéma est, en France, celui des réseaux de distribution publique à basse tension. ■ Classe III Elle concerne les matériels dont la tension nominale U est une très basse tension et qui doivent être alimentés exclusivement par une installation TBTS ou TBTP (§ 1.5). ■ Le tableau 1 résume les mesures de protection contre les contacts indirects correspondant aux différentes classes de matériels. Ce tableau est établi sur le principe de la double barrière entre les parties actives et les parties accessibles, consistant à prévoir une deuxième protection en cas de défaillance de la première. ■ Schéma IT : dans ce schéma, le neutre est isolé ou mis à la terre par l’intermédiaire d’une impédance Z (figure 6) qui limite le courant de premier défaut : ce courant est tel qu’il n’en résulte pas de tension de contact dangereuse et que, par conséquent, une coupure n’est pas nécessaire. (0) Tableau 1 – Mesures de protection appropriées aux classes de matériels Classes de matériels Protection principale Protection supplémentaire Symbole sur la plaque signalétique 0 Isolation principale Locaux non conducteurs Pas de symbole Isolation principale Mise à la terre et coupure automatique de l’alimentation I Isolation principale Isolation supplémentaire ou II Isolation renforcée ou III Isolation principale Dispositions constructives appropriées Alimentation en très basse tension Séparation électrique de tout autre circuit et de la terre Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique D 5 032 − 5 INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT _________________________________________________________________________________________________________ Figure 6 – Schéma IT : neutre relié à la terre par l’intermédiaire d’une impédance La prise de terre des masses peut être confondue avec celle du neutre ou distincte. Dans le schéma IT, il est fortement recommandé de ne pas distribuer le conducteur neutre (§ 3.4). 1.4 Mesures de protection 1.4.1 Protection contre les contacts directs Figure 4 – Schémas TN : masses reliées au neutre mis directement à la terre Elle est assurée par application de l’une ou plusieurs des mesures de protection suivantes : — emploi de la très basse tension TBTS ou TBTP (§ 1.5) ; — limitation de l’énergie de décharge et du courant (§ 2.1) ; — isolation des parties actives (§ 2.2) ; — interposition de barrières ou d’enveloppes (§ 2.3) ; — disposition d’obstacles (mesure partielle) (§ 2.4) ; — mise hors de portée par éloignement (mesure partielle) (§ 2.5). En outre, une protection complémentaire contre les contacts directs peut être assurée, en cas de défaillance des mesures précédentes, par l’emploi de dispositifs différentiels à haute sensibilité (§ 2.6). 1.4.2 Protection contre les contacts indirects Elles est assurée par application de l’une ou plusieurs des mesures de protection suivantes : — emploi de la très basse tension TBTS ou TBTP (§ 1.5) ; — coupure automatique de l’alimentation (§ 3) ; — emploi de matériels de classe II (§ 4.2) ou mise en œuvre d’une isolation équivalente lors de l’installation (§ 4.3) ; — séparation électrique (§ 4.4) ; — éloignement ou interposition d’obstacles (§ 4.5) ; — réalisation de liaisons équipotentielles non reliées à la terre (§ 4.6). Figure 5 – Schéma TT : masses et neutre reliés séparément à la terre D 5 032 − 6 Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique ________________________________________________________________________________________________________ 1.5 Emploi de la très basse tension 1.5.1 Classification Une très basse tension est une tension dont la valeur nominale est au plus égale à : • 50 V en courant alternatif ; • 120 V en courant continu lisse, c’est-à-dire dont le taux d’ondulation n’est pas supérieur à 10 %. Pour certaines applications (§ 1.5.3), ces valeurs peuvent être diminuées. On distingue trois sortes de très basses tensions : — la très basse tension de sécurité (en abrégé TBTS, en anglais SELV) est alimentée par une source de sécurité, ne comporte aucune liaison à la terre, et ses circuits sont électriquement séparés de tout autre circuit ; — la très basse tension de protection (en abrégé TBTP, en anglais PELV) a les mêmes caractéristiques que la TBTS, à l’exception d’une liaison d’un conducteur actif à la terre ; — la très basse tension fonctionnelle (en abrégé TBTF, en anglais FELV) ne répond pas à toutes les conditions des deux précédentes. 1.5.2 Caractéristiques Le tableau 2 compare les caractéristiques particulières de chacune des trois très basses tensions. ■ La très basse tension de sécurité (TBTS) est une mesure de protection contre les contacts directs et contre les contacts indirects. Sa qualité fondamentale consiste à limiter la tension des circuits desservis à une valeur qui ne puisse jamais, même en cas de défaut, être supérieure à la tension limite conventionnelle U L , généralement 50 V [D 5 030]. Il en résulte les caractéristiques essentielles qui suivent. INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT La TBTS est fournie par une source d’alimentation dont la tension secondaire ne peut en aucun cas dépasser la limite U L ; cette source peut être : — un transformateur de sécurité, conforme à la norme européenne NF EN 60-742 (classement UTE C 52-742) ; — un groupe moteur entraînant un générateur à enroulements séparés, présentant une sécurité équivalente ; — des batteries de piles ou d’accumulateurs ; — certains dispositifs électroniques conformes à des normes appropriées tels que, même en cas de défaut, la tension à leurs bornes ne puisse être supérieure aux limites de la très basse tension. Il n’existe aucune liaison entre le circuit secondaire (aussi bien les éléments actifs que les masses) et un élément susceptible d’apporter un potentiel différent et de compromettre la sécurité de la TBTS. En particulier, une liaison quelconque d’une partie active ou d’un circuit TBTS avec une prise de terre pourrait produire des conditions non conformes avec le principe de la sécurité ; en effet, cette prise de terre pourrait être portée, en cas de défaut provenant d’un autre circuit, à une tension proche de U L et il est facile de constater que la tension du circuit à très basse tension se trouverait, suivant le mode de liaison à la terre, à une tension de 2 U L (soit en pratique 100 V en courant alternatif) par rapport à la terre. Il est évident que de telles conditions ne répondent pas à la notion de la très basse tension de sécurité. Les circuits TBTS sont séparés de tout autre circuit de telle manière qu’il ne puisse se produire aucun défaut entre les deux, ce qui implique, en pratique, la réalisation d’une double isolation entre tout circuit TBTS et tout autre circuit ; cette condition concerne aussi bien les canalisations que certains matériels (par exemple, télérupteurs ou contacteurs) dans lesquels les deux types de circuits peuvent coexister. ■ La très basse tension de protection (TBTP), avec un point du circuit mis à la terre, est seulement une mesure de protection contre les contacts indirects. (0) Tableau 2 – Comparaison des caractéristiques des très basses tensions Caractéristiques TBTS TBTP TBTF U 50 V ( ca ) U 50 V ( ca ) U 50 V ( ca ) U 120 V ( cc ) U 120 V ( cc ) U 120 V ( cc ) Transformateur de sécurité ou dispositif présentant une séparation équivalente (double isolation) Transformateur de sécurité ou dispositif présentant une séparation équivalente (double isolation) Quelconque Liaison des parties actives à la terre Interdite Admise Admise Liaison des masses à la terre ou à un conducteur de protection Interdite Interdite Exigée pour assurer la protection contre contacts indirects Valeur de la tension (1) Valeurs inférieures certaines conditions Source d’alimentation Séparation des parties actives avec celles d’autres circuits Protection contre contacts directs (1) dans Équivalente à une double isola- Équivalente à une double iso- Équivalente à une isolation printion lation cipale Non nécessaire si : U 25 V ( ca ) U 60 V ( cc ) Exigée quelle que soit la tension, Exigée quelle que soit la tension sauf si les parties actives ont à l’intérieur de la zone d’influence de la liaison équipotentielle principale et si : U 25 V ( ca ) U 60 V ( cc ) Prises de courant Non interchangeables et sans Non interchangeables et sans Non interchangeables contact de terre contact de terre (1) ca : courant alternatif. cc : courant continu. Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique D 5 032 − 7 INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT _________________________________________________________________________________________________________ ■ La très basse tension fonctionnelle (TBTF) n’est pas une mesure de protection, ni contre les contacts directs ni contre les contacts indirects. La protection contre les contacts indirects est assurée par la mesure de protection du circuit primaire. Les dispositions du tableau 2 sont celles de la norme NF C 15-100. Elles diffèrent sur quelques points des prescriptions du décret de protection des travailleurs du 14 novembre 1988. En effet, ce dernier introduit une distinction suivant la nature des locaux du point de vue des conditions d’humidité en limitant la valeur de la tension en courant alternatif à 25 V dans les locaux dits mouillés, c’est-à-dire ceux qui correspondent aux conditions d’influences externes AD 4 [D 5 030]. Le schéma de la figure 7 montre les différences entre les deux textes en ce qui concerne la protection contre les contacts directs (CD) et contre les contacts indirects (CI). 1.5.3 Applications La TBTS est la seule mesure de protection admise : — dans certains volumes (0 et 1, norme NF C 15-100) des salles d’eau et des piscines, sa valeur étant limitée à 12 V en courant alternatif et à 30 V en courant continu ; — pour l’alimentation des lampes baladeuses dans les enceintes conductrices exiguës, sans limitation de la valeur de la tension ; — pour l’alimentation de certains matériels ou équipements comportant, pour des raisons fonctionnelles, des parties actives non isolées, tels que : • jouets électriques, • certains équipements de chauffage du sol, • appareils d’éclairage dont les suspensions ou les bras servent de conducteurs. 2. Protection contre les contacts directs 2.1 Limitation de l’énergie de décharge et du courant La protection contre les contacts directs est assurée pour certains dispositifs si leur énergie de décharge et leur courant débité ne sont pas supérieurs aux valeurs du tableau 3, tant en service normal qu’en cas de défaut. Ces valeurs sont admises lorsque, pour des raisons fonctionnelles, des parties accessibles se trouvent reliées à des parties actives par l’intermédiaire d’impédances (par exemple, les interrupteurs à touches). (0) Tableau 3 – Valeurs limites de l’énergie de décharge et du courant débité Parties touchées Autres parties Courant ........................ (mA) 1 3,5 Énergie de décharge... (µC) 0,5 50 En fait, cette mesure de protection concerne la conception des matériels ou des équipements, et non les installations. 2.2 Isolation des parties actives La mesure de protection par isolation des parties actives consiste à disposer autour de celles-ci une isolation appropriée, dénommée isolation principale ; cette isolation est soit prévue par construction, soit disposée lors de la mise en œuvre des matériels. Cette isolation ne doit pouvoir être enlevée que par destruction. Les peintures, vernis, laques et revêtements analogues ne sont pas considérés comme assurant une isolation suffisante. L’isolation doit pouvoir supporter les contraintes (thermiques, mécaniques, chimiques, électriques...) auxquelles elle est susceptible d’être soumise dans les conditions d’utilisation prévisibles. Les qualités de l’isolation sont vérifiées par des essais et des mesures, basés sur des estimations conventionnelles des critères de référence, qui sont essentiellement les suivants : — la tenue diélectrique à fréquence industrielle, mesurée par un essai à la tension conventionnelle de 2 U + 1 000 V, U étant la tension assignée du matériel ; cet essai permet de vérifier que, après un certain temps de fonctionnement et après certaines épreuves destinées à représenter les contraintes subies par le matériel pendant sa durée de vie, ce matériel possède encore un niveau d’isolement tel qu’il ne soit pas dangereux ; — les lignes de fuite à la surface de l’isolation, dont les valeurs sont déterminées en fonction notamment des effets de la pollution ; — les courants de fuite (ou courants de contact), qui sont les courants pouvant circuler à travers l’isolation, dans des conditions identiques à celles des essais diélectriques. Les conducteurs et câbles électriques représentent l’application type de cette mesure de protection. Figure 7 – Protection contre les chocs électriques pour la très basse tension (en courant alternatif). Comparaison entre les dispositions prévues par la norme NF C 15-100 et celles du décret relatif à la protection des travailleurs D 5 032 − 8 Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique ________________________________________________________________________________________________________ INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT 2.3 Interposition de barrières ou d’enveloppes La mesure de protection par interposition de barrières ou d’enveloppes consiste à enfermer les parties actives afin d’empêcher tout contact de la main avec ces parties. Les enveloppes doivent posséder au moins le degré de protection IP 2 x [D 5 034] qui correspond à des ouvertures de diamètre inférieur à 12 mm, s’opposant ainsi à la pénétration d’un doigt dont la dimension est celle d’un petit doigt féminin, considéré comme le doigt ayant le plus petit diamètre. Des critiques ont été formulées sur la signification du premier chiffre des degrés IP, qui concerne à la fois la protection contre les parties actives et celle contre la pénétration des corps solides. ■ La normalisation (CEI 529) a donc créé une lettre additionnelle au code IP, utilisée lorsque la protection contre les contacts directs nécessite un degré de protection supérieur à celui nécessaire pour la pénétration des corps solides. C’est ainsi que certains matériels peuvent admettre des ouvertures supérieures aux dimensions exigées pour la protection contre les contacts directs. Le tableau 4 indique la signification des lettres additionnelles, avec la correspondance avec les degrés IP correspondants. (0) Tableau 4 – Protection contre les contacts directs : lettre additionnelle au code IP Lettre additionnelle Description de la protection Degrés IP correspondants A Protection contre l’accès avec le dos de la main 1 B Protection contre avec un doigt l’accès 2 C Protection contre avec un outil l’accès D Protection avec un fil l’accès contre 3 4 Du point de vue de la protection contre les contacts directs : IP 1x B est équivalent à IP 2 x ; IP 1x C et IP 2x C sont équivalents à IP 3 x ; IP 1x D, IP 2 x D et IP 3x D sont équivalents à IP 4 x. ■ Les figures 8a et b donnent des exemples de réalisations dans lesquelles le degré de protection contre les contacts directs est supérieur à celui nécessaire pour la pénétration des corps solides : — pour la réalisation de degré IP 1x B (figure 8a ), du point de vue de la pénétration des corps solides, le degré de protection est seulement 1, assurant une protection contre l’accès aux parties dangereuses avec la main (50 mm) ; la protection contre les contacts directs est caractérisée par la lettre additionnelle B, qui indique une protection contre l’accès avec un doigt d’épreuve (12 mm) équivalente au degré IP 2 x ; — pour la réalisation de degré IP 2 x D (figure 8b ), du point de vue de la pénétration des corps solides, le degré de protection est 2, assurant une protection contre l’accès aux parties dangereuses avec le doigt (12 mm) ; la protection contre les contacts directs est caractérisée par la lettre additionnelle D qui indique la protection contre l’accès avec un fil (1 mm) équivalente au degré IP 4x. ■ Les éléments d’enveloppes assurant la protection contre les contacts directs ne peuvent être démontés ou ouverts (si l’enveloppe comporte des portes) qu’à l’aide d’une clef ou d’un outil, cette exigence reposant sur le principe qu’un tel démontage, ou une telle ouverture, implique une action volontaire par une personne qui est consciente des risques pouvant résulter d’une telle action. En outre, Figure 8 – Protection contre les contacts directs : interposition d’enveloppes il est généralement imposé que, après ouverture des portes, des dispositions soient prises pour empêcher tout contact involontaire avec des parties actives, par exemple par interposition d’un écran. 2.4 Disposition d’obstacles La mesure de protection au moyen d’obstacles est destinée à empêcher toute approche physique et tout contact non intentionnel avec des parties actives, soit lors de manœuvres, soit lors d’interventions en cours d’exploitation. Les obstacles disposés à cet effet peuvent être démontés sans l’aide d’un outil, mais leur fixation doit être telle que leur enlèvement involontaire soit empêché. Ils ne s’opposent pas à un contact volontaire avec les parties actives, par une tentative délibérée de contournement des obstacles. Cette mesure de protection ne peut être utilisée que dans des locaux de service électrique, accessibles seulement aux personnes averties ou qualifiées (BA 4 et BA 5 [D 5 030]). Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique D 5 032 − 9 INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT _________________________________________________________________________________________________________ 2.5 Mise hors de portée par éloignement La mesure de protection par éloignement consiste à mettre hors de portée des parties se trouvant à des potentiels différents, telles que des parties actives, des masses et des éléments conducteurs (le sol étant considéré comme un élément conducteur s’il n’est pas isolant). Deux parties sont considérées comme simultanément accessibles si elles ne sont pas distantes de plus de 2,50 m, cette distance étant augmentée en fonction des objets conducteurs pouvant être transportés. Pour l’application de cette mesure de protection, un volume d’accessibilité au toucher (figure 9) est défini autour de l’espace où peuvent se trouver les personnes. Cette mesure de protection est, comme la disposition d’obstacles, utilisée dans les locaux de service électrique. La figure 10 résume les distances qui sont alors imposées autour des matériels électriques et de leurs organes de manœuvre. 2.6 Protection complémentaire par dispositifs différentiels à haute sensibilité La protection par dispositifs différentiels à haute sensibilité (courant différentiel résiduel assigné au plus égal à 30 mA) est une mesure de protection complémentaire contre les contacts directs, en cas de défaillance des autres mesures de protection (§ 8.6). Elle ne constitue pas, en elle-même, une mesure de protection. 3. Protection contre les contacts indirects Dans ce paragraphe, nous traiterons la protection contre les contacts indirects par coupure automatique de l’alimentation. 3.1 Généralités 3.1.1 Principe La mesure de protection par coupure automatique de l’alimentation est destinée à empêcher que, à la suite d’un défaut d’isolement, une personne puisse se trouver soumise à une tension de contact dangereuse, pendant un temps tel qu’il puisse en résulter des dommages organiques [D 5030]. Pour respecter cette règle, tout défaut survenant dans un matériel électrique provoque la circulation d’un courant qui fait apparaître une tension de contact et doit être interrompu dans un temps compatible avec la sécurité des personnes. Il en résulte que cette mesure de protection repose sur l’association de deux conditions. ■ Réalisation ou existence d’un circuit dénommé boucle de défaut : cette boucle de défaut permet la circulation du courant de défaut Id ; sa constitution dépend du schéma des liaisons à la terre (TN, TT ou IT). Figure 9 – Volume d’accessibilité au toucher Cette condition implique la mise en œuvre de conducteurs de protection reliant les masses de tous les matériels électriques alimentés par l’installation, de façon à constituer la boucle de défaut. Les conducteurs de protection doivent être réalisés de façon sûre et durable en suivant les prescriptions du paragraphe 5.3. ■ Coupure du courant de défaut par un dispositif de protection approprié : le temps de coupure dépend de certains paramètres tels que la tension de contact à laquelle peut être soumise une personne et la probabilité de défauts et de contacts avec les parties en défaut. La détermination du temps de coupure est basée sur la connaissance des effets du courant électrique sur le corps humain. Cette condition implique la présence d’un dispositif de coupure automatique dont les caractéristiques sont définies suivant le schéma des liaisons à la terre (TN, TT ou IT). 3.1.2 Liaison équipotentielle principale Figure 10 – Exemple de local de service électrique avec protection au moyen d’obstacles et mise hors de portée par éloignement D 5 032 − 10 La liaison équipotentielle principale LEP (§ 1.1) évite la propagation de potentiels par les canalisations métalliques provenant de l’extérieur du bâtiment et permet de réduire la tension de contact en cas de défaut dans l’installation concernée, quel que soit le schéma des liaisons à la terre. Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique ________________________________________________________________________________________________________ INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT La liaison équipotentielle principale a une influence différente suivant le schéma des liaisons à la terre, lors d’un défaut à la terre dans le réseau d’alimentation : — pour le schéma TN, et pour le schéma IT dans lequel les masses sont interconnectées, elle permet de réduire la tension de contact dans l’installation ; — pour le schéma TT, et pour le schéma IT dans lequel les masses ne sont pas interconnectées, un défaut à la terre dans le réseau d’alimentation ne provoque pas de tension de contact dans l’installation et, de ce fait, la liaison équipotentielle principale n’est pas aussi importante. Cette différence d’influence de la liaison équipotentielle principale est à prendre en considération lorsqu’il est difficile ou impraticable de la réaliser ; il peut en être ainsi notamment dans les installations extérieures telles que les parcs de caravanes, les marinas, les foires et les expositions. Néanmoins, quel que soit le schéma (TN, TT ou IT), la liaison équipotentielle principale réduit le risque de choc électrique dans les installations. Figure 11 – Principe de la protection dans le schéma TN 3.2 Cas du schéma TN 3.2.1 Boucle de défaut Dans le schéma TN, la boucle de défaut (en tireté sur la figure 11) est constituée par le circuit galvanique formé par le conducteur actif sur lequel se produit le défaut d et le conducteur de protection relié directement au neutre de la source [conducteur PE ou PEN suivant que le schéma est TN-S ou TN-C (figure 4)]. Dans le schéma TN, il n’y a pas lieu de tenir compte de l’existence d’un défaut non franc présentant donc une certaine résistance ; les énergies dissipées dans ce défaut, en raison de la grande valeur du courant de défaut Id , sont telles qu’il est soit transformé en défaut franc, soit éliminé par destruction dans un temps très court. 3.2.2 Tension de contact présumée La tension de contact présumée Ucp est celle qui apparaît entre la masse M et le point O. Elle est égale à : Ucp = Id Z PE (1) Z PE somme des impédances des conducteurs de protection entre la masse M et le point O. Dans les installations alimentées directement par un réseau de distribution publique, les conditions de protection du schéma TN nécessitent l’accord du distributeur d’énergie électrique ou du concepteur de l’installation. avec Dans les installations alimentées par un poste de transformation ou par une source autonome, les caractéristiques de la source (impédance homopolaire du transformateur ou réactance subtransitoire de l’alternateur) peuvent être incompatibles avec les conditions de protection et sont à prendre en considération. 3.2.3 Analyse des conditions de protection ■ En principe, la tension de contact présumée est égale à : 2 U cp avec 2 R PE + X PE Z PE = U 0 --------------------------------------------------------------------------------------------------- = U 0 ----------Zs 2 2 ( R i + R a + R PE ) + ( X i + X a × X PE ) Ra , Xa somme des résistances et somme des réactances du conducteur de phase depuis la source jusqu’à la masse considérée M, R i , Xi RPE , XPE U0 résistance et réactance internes de la source, somme des résistances et somme des réactances du conducteur de protection depuis la liaison équipotentielle principale (point O) jusqu’à la masse, tension nominale entre phase et neutre de l’installation, Zs impédance de la boucle de défaut. Dans cette formule, les réactances Xa et XPE ont été séparées afin de montrer la répartition des tensions le long de la boucle de défaut, bien que ces réactances ne puissent être mesurées séparément. La tension de contact présumée est déduite de la formule simplifiée : R ′PE U cp = U0 -------------(2) Zs avec R ′PE résistance du conducteur de protection entre la masse considérée et le point de référence B. ■ Le point de référence B (figure 12) est le point le plus proche de la masse en défaut, dont le potentiel, en cas de défaut, demeure sensiblement égal au potentiel de l’emplacement où est située cette masse et à celui des éléments conducteurs qui peuvent être touchés simultanément avec la masse. Ce point de référence peut être obtenu par la réalisation d’une liaison équipotentielle locale LL (réalisée dans des conditions analogues à celles définies pour la liaison équipotentielle principale LEP), au niveau du tableau de distribution d’où est issu le circuit terminal alimentant la masse considérée. Cette liaison équipotentielle locale n’est pas nécessaire si : 50 R PE Z s --------U0 (3) ■ Le dispositif de protection doit être choisi de telle manière que le courant de défaut [relations (1) et (2)] : U0 I d = -------Zs (4) assure son fonctionnement dans un temps t au plus égal à celui prescrit en fonction de la tension de contact présumée [D 5 030]. Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique D 5 032 − 11 INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT _________________________________________________________________________________________________________ 3.2.4 Application pratique des conditions de protection L’expérience a montré qu’il est souvent difficile d’estimer de façon correcte la tension de contact présumée. La référence à la tension de défaut serait trop sévère en utilisant des dispositifs de protection contre les surintensités (§ 6) ; c’est pourquoi il est nécessaire de faire certaines hypothèses en estimant la tension de contact présumée. Cette estimation est notamment basée sur la valeur du coefficient c dont la valeur exacte dépend de la configuration de l’installation. Par ailleurs, il n’est pas possible d’être certain que l’élévation du potentiel des masses des circuits terminaux ne dépassera pas les valeurs de la courbe L1 [D 5 030] en cas de défaut dans une autre partie de l’installation fixe, ou dans les circuits de distribution. C’est pourquoi, afin de faciliter l’établissement des conditions d’application des règles de protection, les temps de coupure peuvent être déterminés non en fonction de la tension de contact présumée, mais en fonction de la tension nominale de l’installation, en tenant compte de la relation (6). ■ L’influence des variations des différents paramètres sur la valeur de la tension de contact présumée et sur le temps de coupure correspondant a donc été étudiée : — le facteur c peut varier, suivant la situation du circuit considéré, entre 0,6 (circuit très éloigné de la source, par exemple) et 1 (circuit issu directement de la source) ; — le rapport m des sections des conducteurs (de même matériau) de protection et de phase du circuit considéré peut varier entre 1 et 3 pour les câbles ou les conducteurs isolés ; — la tension d’alimentation U0 , conformément aux recommandations de la publication 38 de la CEI, peut varier de ± 10 %. Les calculs montrent que, pour une valeur donnée de la tension U0 , la tension de contact présumée varie, suivant les valeurs des deux paramètres c et m, entre 0,3 U0 et 0,75 U0 . Figure 12 – Exemple de point de référence Ce choix nécessite le calcul de l’impédance Z s de la boucle de défaut, ce qui n’est possible que si tous les éléments de la boucle, y compris la source, sont connus ; si les conducteurs actifs et de protection sont à proximité immédiate, sans interposition d’éléments ferromagnétiques, Z s peut être calculé ; dans le cas contraire, Z s ne peut être que mesuré. En pratique, la réactance peut généralement être négligée pour les conducteurs de section inférieure ou égale à 35 mm2. Le courant Id a alors pour valeur : U0 I d = c -------------------------R a + R ′PE (5) Le facteur conventionnel c tient compte de l’impédance de la partie de la boucle de défaut située en amont du point de référence ; en l’absence d’informations précises, le facteur c peut être pris égal à 0,8, l’expérience ayant montré que cette valeur était valable dans la majorité des cas. La tension de contact présumée Ucp est égale à : m U cp = R ′PE I d = cU 0 ----------------1+m (6) avec m = R ′PE /R a . Si les conducteurs sont de même matériau, m est égal au rapport des sections du conducteur de phase et du conducteur de protection du circuit considéré. Si le conducteur de protection et le conducteur de phase ont la même section, on a : m = 1 D 5 032 − 12 et c U0 U cp = -----------2 Par exemple, pour la tension de 230 V, la tension de contact présumée varie entre 69 et 172 V. Le courant passant à travers le corps humain qui en résulte varie entre 42 et 119 mA [D 5 030] : d’après la courbe L1 de la figure 13a, le temps de coupure doit être compris entre 220 et 800 ms. En prenant une valeur moyenne du coefficient c de 0,8 et un rapport m égal à l’unité, valeurs qui se présentent généralement dans les circuits terminaux, la tension de contact présumée est, d’après la formule (6) : 1 U cp = 0,8 × 230 ----- = 92 V 2 correspondant d’après la courbe L1 de la figure 10 dans l’article [D 5 030] à un temps de coupure d’environ 0,4 s. ■ En fonction des valeurs réelles du coefficient c et du rapport m, le point courant / temps se déplace sur le segment AB de la figure 13b. En outre, en fonction de la valeur réelle de la tension U0 , le point courant / temps du segment AB peut se déplacer sur une portion de courbe qui est la caractéristique de fonctionnement du dispositif de protection (fusible) ; compte tenu de ses variations : — la ligne A′ B′ correspond à la valeur minimale de la tension, soit 0,9 U0 ; — la ligne A′′ B′′ correspond à la valeur maximale de la tension, soit 1,1 U0 . Le point correspondant au temps de coupure en fonction de la tension de contact se situe à l’intérieur de la zone grisée. Il apparaît que les conditions de coupure se trouvent dans tous les cas dans la zone ➂ et au-dessous de la courbe C1 . Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique ________________________________________________________________________________________________________ INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT Figure 13 – Temps de coupure maximal en situation normale : effets de la variation du coefficient c, du rapport m et de la tension (se reporter à l’article [D 5 030] pour les zones temps-courant des effets du courant alternatif sur les personnes ②, ③ et ④) Une valeur unique du temps de coupure peut ainsi être choisie pour chaque tension nominale, indépendamment des valeurs du facteur c et du rapport m. Le tableau 5 donne les temps de coupure déterminés dans ces conditions en fonction de la tension nominale de l’installation. Il indique, également, les valeurs du schéma IT à titre de comparaison. (0) Tableau 5 – Temps de coupure t 0 (en secondes) en fonction de la tension nominale de l’installation et du schéma U L (V) U0 (V) TN 50 IT sans neutre 25 (1) 50 25 (1) IT avec neutre 50 25 (1) 127/220 0,8 0,35 0,8 0,4 5 1,0 230/400 0,4 0,2 0,4 0,2 0,8 0,5 400/690 0,2 0,05 0,2 0,06 0,4 0,2 580/1 000 0,1 0,02 0,1 0,02 0,2 0,03 (1) Ces temps de coupure ne sont fixés que pour les situations dans lesquelles la tension limite conventionnelle est réduite à 25 V (situation particulière (ou situation 2) des personnes [D 5 030]). Le tableau indique des temps de coupure différents suivant la valeur de la tension limite conventionnelle U L (50 et 25 V). Conformément aux études internationales, la réduction de la tension limite conventionnelle U L à 25 V en courant alternatif concerne seulement des installations particulières complètes où le risque existe. Il convient de souligner que cette limitation (U L = 25 V) n’a aucune influence lorsque la protection est assurée par disjoncteurs. Lorsque la protection est assurée par fusibles, elle entraîne une réduction de longueur des circuits protégés de l’ordre de 15 à 25 % suivant la tension nominale, réduction qui est du même ordre de grandeur que les erreurs commises sur l’estimation des longueurs réelles des circuits. Enfin, il n’y a pas de temps de coupure prescrit pour les situations immergées, en raison des mesures de protection particulières prises dans ces situations [D 5 030]. ■ En pratique, les temps de coupure du tableau 5 ne sont à prendre en considération que si le dispositif de coupure est un fusible : la règle de protection consiste alors à s’assurer que le courant de défaut Id provoque certainement la fusion du fusible dans le temps t défini, en vérifiant que le point correspondant du graphique de fonctionnement des fusibles I (t ) se trouve au-dessus de la caractéristique supérieure de la zone de fusion du fusible (figure 14). Lorsque le dispositif de protection est un disjoncteur, il suffit de s’assurer que le courant de défaut Id est au moins égal au plus petit courant assurant le fonctionnement instantané du disjoncteur ; en effet, les temps de fonctionnement des disjoncteurs sont alors généralement inférieurs aux temps définis par le tableau 5, à condition qu’ils ne soient pas intentionnellement retardés (figure 15). Par ailleurs, lorsque la tension de contact est inférieure à la tension limite conventionnelle U L , la coupure de l’alimentation n’est pas nécessaire du point de vue de la protection contre les contacts indirects. Toutefois, la coupure peut être nécessaire pour d’autres raisons, telles que les risques d’incendie. Il en est notamment ainsi lorsque le rapport entre l’impédance du conducteur de protection et l’impédance de la boucle de défaut (Z PE /Z s ) est suffisamment Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique D 5 032 − 13 INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT _________________________________________________________________________________________________________ Figure 14 – Protection par fusible (t 0 est défini dans le tableau 5) faible ; c’est le cas, par exemple, de l’utilisation, comme conducteur de protection, de plusieurs conducteurs en parallèle d’un câble multiconducteur, ou de l’armure d’un câble en parallèle avec un conducteur extérieur nu et accolé. Nota : les règles précédentes sont intégralement applicables aux circuits alimentant des matériels mobiles ou portatifs. 3.2.5 Cas où un temps de coupure de 5 s est admis Un temps de coupure supérieur aux valeurs du tableau 5, mais non supérieur à 5 s, est permis pour des circuits n’alimentant directement aucun appareil mobile ou portatif, pour les raisons suivantes : — des défauts dans de tels circuits sont plus rares ; — le risque de contact avec les matériels alimentés par de tels circuits, pendant que se produit un défaut, est peu probable ; — les matériels alimentés par de tels circuits ne sont pas habituellement tenus à la main, et peuvent être facilement lâchés si un défaut se produit ; — la tension de contact est réduite par la liaison équipotentielle principale. Le temps limite de 5 s est conventionnel : il est suffisant dans la plupart des cas où un temps de coupure supérieur à ceux du tableau 5 est nécessaire, par exemple pour des circuits de distribution et des circuits alimentant des moteurs. Ce temps est également compatible avec les tenues thermiques des matériels constituant la boucle de défaut. L’attention est appelée sur le fait qu’un temps de coupure supérieur aux valeurs du tableau 5 peut être incompatible avec la protection des appareils mobiles ou portatifs. Lorsque des liaisons équipotentielles sont réalisées entre toutes les masses et tous les éléments conducteurs simultanément accessibles, il ne peut, en pratique, apparaître aucune tension de contact dangereuse, et il est alors permis de ne pas déterminer les conditions de protection contre les contacts indirects pour les circuits situés en amont de ces liaisons équipotentielles. Il en est notamment ainsi pour les circuits principaux et les circuits de distribution. Cela est illustré par la figure 16 qui montre les différents cas possibles. Ce temps limite de 5 s n’implique pas une temporisation volontaire (retard) des dispositifs de protection, mais tient compte D 5 032 − 14 Figure 15 – Protection par disjoncteur (t 0 est défini dans le tableau 5) de leurs caractéristiques de fonctionnement pour des courants de défaut éloignés dans des conditions analogues à celles définissant le temps maximal admis pour la protection contre les courtscircuits (§ 6.2). Toutefois, une certaine temporisation peut être nécessaire pour l’alimentation d’appareils ayant des courants de démarrage ou d’appel importants (de l’ordre de 6 à 10 In ) lors de leur mise sous tension, afin d’éviter des déclenchements intempestifs. Il peut en être notamment ainsi pour l’alimentation de moteurs de forte puissance. 3.2.6 Cas d’un défaut direct à la terre Lorsqu’un défaut peut se produire directement entre un conducteur de phase et la terre, des dispositions sont à prendre pour éviter que le conducteur de protection et les masses qui lui sont reliées soient portés à un potentiel dangereux, c’est-à-dire supérieur à 50 V. De tels défauts sont en fait exceptionnels, mais peuvent se produire dans des lignes aériennes ou avec des câbles sans revêtement métallique directement enterrés (figure 17a ). La protection est alors assurée si la condition suivante, basée sur le diagramme des tensions (figure 17b ), est satisfaite (U L = 50 V) : RB UL -------- = --------------------RE U0 – UL résistance globale de toutes les prises de terre des masses et du neutre en parallèle, RE résistance minimale de contact avec la terre d’éléments conducteurs non reliés à un conducteur de protection ou à un conducteur d’équipotentialité, par lesquels un défaut entre phase et terre peut se produire. En l’absence d’indications sur la valeur de la résistance R E , une valeur de 10 Ω peut être adoptée. avec RB 3.2.7 Protection par dispositifs différentiels Lorsque les conditions de protection par des dispositifs contre les surintensités (§ 6) ne peuvent être obtenues, la protection peut être assurée par des dispositifs à courant différentiel-résiduel (§ 8) ; il peut notamment en être ainsi pour des circuits alimentant des Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique ________________________________________________________________________________________________________ INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT Figure 16 – Circuits pour lesquels un temps de coupure jusqu’à 5 s est admis (se reporter à la figure 12 pour le point de référence B) socles de prises de courant dont la longueur n’est pas connue, pour des circuits de grande longueur et de faible section dont l’impédance est trop élevée... Dans ce cas, le conducteur de protection de tels circuits doit être relié : a) soit au conducteur de protection de l’installation (conducteur PEN dans le schéma TN-C) en amont du dispositif à courant différentiel-résiduel ; b) soit à une prise de terre distincte qui doit alors satisfaire aux conditions de protection du schéma TT (§ 3.3). Dans le cas a), un court-circuit se produisant en aval du dispositif à courant différentiel-résiduel provoque une élévation du potentiel du conducteur de protection due au passage dans ce conducteur du courant de court-circuit (figure 18). Cette élévation de potentiel apparaîtra pendant la durée de coupure du dispositif assurant la protection contre les courts-circuits, durée qui ne doit pas être supérieure à 5 s, et qui sera généralement beaucoup plus courte. Le risque qui peut résulter de telles conditions paraît suffisamment faible et exceptionnel pour qu’il puisse être négligé. En outre, il n’existe pas si la résistance du conducteur de protection en amont du dispositif différentiel (entre O et A) est [relation (3)] : 50 R PE Z s --------U0 ou si une liaison équipotentielle principale locale est réalisée (§ 3.2.3) au tableau où est situé le dispositif différentiel (point A). 3.3 Cas du schéma T T 3.3.1 Boucle de défaut Dans le schéma TT (figure 5), la boucle de défaut (en tireté sur la figure 19) est constituée par le conducteur actif sur lequel se produit le défaut d, le conducteur de protection PE reliant la masse à la prise de terre et les deux prises de terre des masses de l’installation (RA ) et du neutre de l’alimentation (R B ). 3.3.2 Analyse des conditions de protection La tension de contact présumée, en cas de défaut, est égale à la tension de défaut : Ucp = RA Id (7) En négligeant les résistances des liaisons galvaniques (conducteur actif et conducteur de protection), qui sont généralement faibles par Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique D 5 032 − 15 INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT _________________________________________________________________________________________________________ Figure 18 – Protection d’un circuit par un dispositif différentiel Figure 19 – Principe de la protection dans le schéma TT U0 I d′ = ---------------------RA + RB Figure 17 – Défaut direct à la terre avec rapport aux résistances des prises de terre RA et R B et à la résistance du défaut R d , le courant de défaut est [relation (2)] : le temps de coupure du dispositif de protection étant au plus égal à 5 s. U0 I d = ----------------------------------RA + RB + Rd Si le défaut n’est pas franc, le courant de défaut est plus faible et le temps de coupure sera d’autant plus long, mais la tension de contact étant inférieure à U L , les conditions de protection seront assurées. (8) En effet, dans le schéma TT, à la différence du schéma TN (§ 3.2.1), il y a lieu de tenir compte de l’existence d’un défaut non franc, présentant donc une certaine résistance. Dans le schéma TT, le courant de défaut étant nettement plus faible que dans le schéma TN, le défaut non franc peut se maintenir sans évoluer pendant un temps supérieur à celui imposé pour assurer la protection contre les contacts indirects (tableau 5). Pour tenir compte de l’existence de tels défauts (dont la résistance ne peut être connue), la sécurité est assurée en imposant à la tension de contact présumée, déterminée pour un courant de défaut correspondant à un défaut franc, d’être inférieure ou égale à la tension limite conventionnelle U L : U cp = R A I d′ U L D 5 032 − 16 (10) Lorsque l’installation est alimentée par un réseau de distribution à basse tension, la valeur de la résistance de la prise de terre du neutre R B n’est généralement pas connue, et une valeur par excès de (RA + R B ) est obtenue en mesurant l’impédance (ou la résistance) de la boucle de défaut. L’utilisation de dispositifs différentiels (§ 8), non retardés intentionnellement, permet une élimination rapide des courants de défaut ; les temps de coupure sont inférieurs à ceux définis pour le schéma TN (tableau 5). (9) Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique ________________________________________________________________________________________________________ INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT 3.3.3 Dispositifs de protection L’ u t i l i s a t i o n d e d i s p o s i t i f s d e p r o t e c t i o n c o n t r e l e s surintensités (§ 6) pour assurer la protection contre les contacts indirects nécessite des prises de terre des masses de faible résistance. Ainsi, un fusible de 20 A nécessite une prise de terre de résistance inférieure à 0,7 Ω, et un disjoncteur de 32 A une prise de terre de résistance inférieure à 0,5 Ω. Des valeurs de résistance de prise de terre aussi faibles sont, en pratique, difficilement réalisables et il n’est pas possible de garantir leur maintien dans le temps. Par contre, l’emploi de dispositifs à courant différentiel-résiduel permet d’assurer la protection contre les contacts indirects, quelle que soit la résistance des prises de terre ; le courant différentielrésiduel assigné I∆n du dispositif est au plus égal à : U L ( 50 V ) I ∆n ----------------------RA Ainsi, un dispositif à courant différentiel-résiduel de 0,5 A permet une résistance de prise de terre de 100 Ω, résistance qui peut être facilement obtenue dans la plupart des terrains. Figure 20 – Schéma IT isolé de la terre 3.4 Cas du schéma IT 3.4.1 Non-coupure au premier défaut Dans le schéma IT (figure 6), lors de l’apparition d’un premier défaut d’isolement, le courant de défaut est limité de telle sorte qu’aucune tension de contact dangereuse, supérieure à la tension limite conventionnelle U L , ne puisse apparaître dans l’installation. Cette condition permet d’éviter toute coupure au premier défaut et de continuer l’exploitation de l’installation. Mais, pour que cette possibilité soit valable, il importe que le défaut soit rapidement recherché et éliminé, sinon, l’installation fonctionnant alors en schéma TN ou TT, une coupure doit intervenir si un deuxième défaut apparaît avant l’élimination du premier, ce qui conduit à perdre l’avantage du schéma IT. 3.4.2 Différentes configurations L’installation est soit isolée de la terre, soit reliée à la terre à travers une impédance de valeur suffisante. ■ Lorsque l’installation est isolée de la terre (figure 20), le courant de premier défaut se referme par les capacités des deux autres phases par rapport à la terre. Cela peut conduire à limiter les longueurs de l’ensemble des circuits de l’installation. ■ Lorsque l’installation est reliée à la terre par une impédance Z (figures 21 et 22), l’intensité du courant de premier défaut est pratiquement limitée par la valeur de cette impédance, les impédances des conducteurs de liaison étant négligeables devant celle-ci ; les capacités des deux autres phases par rapport à la terre présentent généralement une impédance nettement plus élevée, à moins que l’installation ne comporte des câbles de grande longueur ou ayant des revêtements métalliques. Figure 21 – Schéma IT dans lequel le neutre est relié à la terre par une impédance Z et dans lequel les prises de terre de l’alimentation (R B) et des masses (RA) sont séparées La liaison de l’installation à la terre par l’intermédiaire d’une impédance est prévue notamment lorsque l’on craint des surtensions ou des oscillations du potentiel de l’installation, dues à des phénomènes de résonance. La valeur de l’impédance Z est choisie de manière à éviter de telles oscillations et à provoquer la circulation d’un courant de défaut qui puisse être détecté. Elle ne doit pas être trop élevée, pour que la circulation permanente d’un courant de défaut, dans Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique D 5 032 − 17 INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT _________________________________________________________________________________________________________ Figure 22 – Schéma IT dans lequel le neutre est relié à la terre par une impédance Z et dans lequel les prises de terre de l’alimentation (R B) et des masses (RA) sont confondues (§ 3.4.1 pour la condition de non coupure au premier défaut et § 3.2.6 pour le risque d’un défaut direct entre une phase et la terre) les conducteurs de protection et, éventuellement, dans les prises de terre, n’entraîne pas des échauffements trop importants. En général, la valeur de l’impédance Z est prise de l’ordre de 5 à 6 fois la valeur de la tension simple de l’installation, soit par exemple de l’ordre de 1 000 Ω pour une installation à 230/400 V. ■ Sur les figures 20, 21 et 22, le conducteur neutre n’a pas été représenté, car dans le schéma IT, il est fortement recommandé de ne pas le distribuer. En effet, s’il est distribué, un défaut à la terre l’affectant supprime les avantages attachés aux installations IT. En outre, la distribution du conducteur neutre, lorsque celui-ci n’est pas relié à la terre, nécessite de prendre des dispositions : — pour éviter que, en cas de deux défauts survenant dans une même installation sur deux circuits de sections différentes, le conducteur neutre de plus faible section ne soit parcouru par des courants d’intensité supérieure à son courant admissible (§ 3.4.5.2) ; — pour que les appareils d’utilisation ne puissent être soumis à des tensions supérieures à leur tension nominale. Ces dispositions nécessitent une étude technique détaillée de l’installation pour leur mise en œuvre. Enfin, le fait de ne pas distribuer le conducteur neutre facilite le choix des dispositifs de protection contre les surintensités et la recherche des défauts. 3.4.3 Protection au deuxième défaut 3.4.3.1 Conditions générales Si le premier défaut d a (masse Ma ) n’est pas éliminé et que se produit un deuxième défaut d’isolement affectant une autre phase d b (masse Mb), un courant de double défaut Iab va s’établir ; Iab est un courant de court-circuit entre phases (ou entre phase et neutre), mais son intensité est nettement inférieure à un courant de court-circuit dans un seul circuit, du fait qu’il intéresse deux circuits comme le montre la figure 23. D 5 032 − 18 Figure 23 – Courant de double défaut dans le schéma IT lorsque les masses sont reliées à la même prise de terre Les conditions d’élimination de ce courant de double défaut dépendent de la situation des prises de terre ; comme il ressort des figures 21 et 22, le cas de la figure 21 correspond pour le deuxième défaut à un schéma TT (figure 19, § 3.3), tandis que le cas de la figure 22 correspond à un schéma TN (figure 11, § 3.2). ■ Lorsque, dans une même installation, toutes les masses ne sont pas reliées à la même prise de terre, la protection est assurée, si deux défauts se produisent dans des groupes différents de masses interconnectées, dans les conditions du schéma TT (§ 3.3). À l’intérieur d’un groupe de masses interconnectées, la protection est assurée, si deux défauts se produisent dans ce groupe, dans les conditions indiquées au paragraphe 3.4.4. ■ Lorsque, dans une même installation, toutes les masses, y compris celles de la source, sont reliées à la même prise de terre, la protection est assurée, si deux défauts se produisent dans l’installation, dans les conditions indiquées au paragraphe 3.4.4. 3.4.3.2 Tension de contact présumée Si l’on néglige les risques de contact simultané entre deux masses dans lesquelles se produisent les deux défauts d’isolement, en raison de la faible probabilité de tels contacts, la tension de contact présumée à prendre en considération est celle qui apparaît, lors du deuxième défaut, entre une masse en défaut et la liaison équipotentielle principale LEP. En considérant le schéma de la figure 23, cette tension est égale à la chute de tension dans le conducteur de protection, entre Ma et Oa , due à la circulation du courant Iab de double défaut. Z a est l’impédance du conducteur de phase entre la masse Ma et le tableau dont sont issus les deux circuits, tableau considéré comme le point de référence ; c’est le plus souvent la borne de terre du tableau général. Z b est l’impédance du conducteur de phase entre la masse Mb et ce même tableau. Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique ________________________________________________________________________________________________________ La tension de contact présumée de la masse Ma est : U cp = m a Z a I ab ma Za U U cp = -----------------------------------------------------------------------------------2Z 0 + Z a ( 1 + m a ) + Z b ( 1 + m b ) ou avec m a et m b U Z0 (11) valeurs des rapports m (résistance du conducteur de protection à la résistance du conducteur de phase) de chacun des deux circuits, tension nominale entre phases, impédance de chaque conducteur de phase en amont du tableau d’où sont issus les deux circuits. En posant : Z a ( 1 + m a ) + Z b ( 1 + m b) c′ = -------------------------------------------------------------------------------------2Z 0 + Z a ( 1 + m a ) + Z b ( 1 + m b) (12) z = Z a /Z b (13) m a z c ′U U cp = --------------------------------------------------------z ( 1 + ma ) + ( 1 + mb ) (14) et : il vient : La formule (14) suppose que le rapport m a la même valeur depuis l’origine de l’installation jusqu’à la masse considérée. S’il n’en est pas ainsi, on a : ∑ mi Zi U cp = ------------------------------------- c ′ U ∑ ( 1 + mi ) Zi (15) mi valeur du rapport m dans le circuit i, Zi impédance du conducteur du circuit i. Nous avons supposé que le conducteur neutre n’était pas distribué. Si le conducteur neutre était distribué, les mêmes considérations seraient valables (§ 3.4.5.1), la tension U étant U0 entre phase et neutre. 1 + mb Si z > --------------------- , I ab > I a / 2 . 1 + ma 1 + ma Si z > --------------------- , I ab > I b / 2 . 1 + mb Il a été supposé que le coefficient c ′ était le même pour le calcul du courant de double défaut et pour les courants de défaut entre phase et masse ; en fait, ce coefficient n’a pas rigoureusement la même valeur, mais la valeur unique de 0,8 est retenue. 3.4.4 Conditions de protection Les conditions de protection doivent être déterminées de telle manière que le courant de double défaut assure la coupure dans un temps correspondant, d’après la courbe L1 (figure 10 [D 5 030]), à la tension de contact présumée entre la masse considérée et la liaison équipotentielle principale. La tension de contact présumée Ucp est donnée par la relation (14) et le courant de double défaut Iab , rapporté au courant de défaut entre phase et masse (Ia et Ib ), par les relations (18) et (19). ■ En pratique, les conditions de protection de chaque circuit doivent pouvoir être déterminées sans tenir compte des caractéristiques des autres circuits. Ainsi, la formule (14) doit être appliquée en ne tenant compte que du seul rapport m du circuit considéré ; pour la valeur 1 du rapport z, on a pour la tension de contact présumée : m U cp1 = 0,5 c ′ U ----------------1+m avec 3.4.3.3 Courant de double défaut U I ab = --------------------------------------------------------------------------------------2 Z0 + Z a ( 1 + ma ) + Z b ( 1 + m b ) (16) ou, en tenant compte du rapport c ′ [relation (12)] : c ′U I ab = ---------------------------------------------------------------------Za ( 1 + ma ) + Z b ( 1 + mb ) (17) Si Ia est l’intensité du courant de défaut franc entre phase et masse en Ma et Ib l’intensité du courant de défaut franc entre phase et masse en Mb , on a : c ′U I a = -------------------------------Za ( 1 + ma ) et c′U I b = --------------------------------Z b ( 1 + mb ) Ia et Ib sont, respectivement, les courants de défaut en Ma et Mb qui circuleraient si l’installation était en schéma TN. On en déduit, avec la relation (17), que : I ab 1 + ma -------- = ----------------------------------------------------------Ia 1 + m a + [ ( 1 + m b)/z ] (18) I ab 1 + mb -------- = ----------------------------------------------------------Ib 1 + m b + [ ( 1 + m a ) /z ] (19) (20) Le courant de double défaut a, conventionnellement, pour valeur : Iab1 = 0,5 Ia c′U I ab1 = 0,5 ------------------------R a + R PE soit (21) résistance du conducteur actif du circuit considéré en aval du point d’alimentation correspondant au point de référence, R PE résistance du conducteur de protection, en aval du point de référence. L’étude des variations de la tension de contact et du courant de double défaut en fonction du rapport z des impédances des deux circuits sièges des deux défauts, et suivant les valeurs des rapports m de ces deux circuits, montre la validité des formules (20) et (21). avec Le courant de double défaut est [d’après (11)] : INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT Ra ■ Ainsi, les conditions de protection en schéma IT sont satisfaites si le dispositif de protection de chaque circuit assure la coupure d’un courant au moins égal à la moitié du courant de défaut franc qui circulerait si l’installation était en schéma TN [relation (5)]. Le temps de fonctionnement correspondant est celui fixé par la courbe L1 (figure 10 [D 5 030]) pour une tension de contact présumée U ′cp égale à une fraction de la tension de contact présumée Ucp en schéma TN : U cp ′ ------------- = 0,5 U cp U ′cp ------------- = 0,5 U cp si le conducteur neutre est distribué dans l’installation ; 3 si le conducteur neutre n’est pas distribué dans l’installation. Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique D 5 032 − 19 INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT _________________________________________________________________________________________________________ 3.4.5 Schémas IT avec et sans neutre 3.4.5.1 Courant de double défaut Dans les formules (14) à (21), la tension U est celle qui est à l’origine de la boucle de défaut, c’est-à-dire : — la tension U 0 3 entre phases, lorsque le neutre n’est pas distribué ; — la tension U0 entre phase et neutre, si le neutre est distribué. Lorsque le neutre est distribué, les conditions de double défaut dont l’un intéresse le conducteur neutre sont les plus défavorables, puisqu’elles conduisent au courant de double défaut le plus faible, et c’est le courant de double défaut (pris égal à la moitié du courant de défaut en schéma TN) qui est déterminant pour la protection contre les contacts indirects. Si les conditions de protection sont satisfaites pour un double défaut entre phase et neutre, elles le seront d’autant mieux pour un double défaut entre phases. ■ Si la protection est assurée par des disjoncteurs [D 5 034], les conditions de protection imposent que le seuil de fonctionnement instantané du disjoncteur soit inférieur à la moitié du courant de défaut franc si l’installation était en schéma TN, c’est-à-dire, si le neutre n’est pas distribué : U0 3 I m = -----------------2 Zs (22) avec Zs impédance de la boucle de défaut en schéma TN(§ 3.2.3). Si le neutre est distribué, le courant de double défaut entre phase et neutre est : U0 = 0,58 I m I d = ----------(23) 2Z s c’est-à-dire nettement inférieur au seuil de fonctionnement instantané du disjoncteur qui fonctionnera par relais thermiques, dans un temps indéterminé qui peut être de plusieurs secondes (ou même plus), ce qui ne permet de respecter ni les conditions de protection contre les contacts indirects, ni les conditions de contraintes thermiques des conducteurs. ■ La situation est analogue lorsque la protection est assurée par des fusibles gl [D 5 034] ; le courant de double défaut entre phases (en 230/400 V) doit assurer la coupure dans un temps : Figure 24 – Schéma IT avec neutre distribué : protection du conducteur neutre admissible pour le conducteur de 1,5 mm2 est de 0,08 s ; il en résulte la fusion de ce conducteur et un risque d’incendie. En outre, après coupure du conducteur neutre, l’appareil Ma se trouve alimenté entre phases, ce qui peut provoquer sa destruction. Il en résulte la nécessité de protéger dans chaque circuit le conducteur neutre par un dispositif entraînant la coupure des conducteurs de phase. 3.4.6 Choix des dispositifs de protection Le dispositif de protection est choisi de telle manière que le courant Idf assure son fonctionnement dans un temps au plus égal à celui fixé par la courbe L1 (figure 10 [D 5 030]) en fonction de la ′ ; ce courant a pour valeur : tension de contact présumée U cp U′ I df = 0,5 -------Zs t 0,4 s Lorsque le neutre est distribué, le courant de double défaut entre phase et neutre doit provoquer la fusion du fusible dans un temps : 1 t = 0,4 -------------0,58 4 = 3,6 s 4 compte tenu de la caractéristique de fusion du fusible I t = Cte . Ce temps ne permet pas, non plus, de garantir les conditions de protection contre les contacts indirects ni celles de contraintes thermiques des conducteurs. 3.4.5.2 Protection du conducteur neutre Si un premier défaut d a se produit dans l’appareil Ma de forte puissance (figure 24), protégé par un dispositif de protection DP dont le courant assigné est de 100 A, le courant de premier défaut est limité par l’impédance Z et le dispositif DP ne s’ouvre pas. Si un deuxième défaut d b se produit dans l’appareil Mb de faible puissance et protégé par un fusible de 20 A, un courant de double défaut va s’établir en se refermant par le conducteur neutre de faible section (1,5 mm2) et le courant ne sera interrompu par le dispositif DP que dans un temps nettement supérieur à celui admissible par le conducteur de 1,5 mm2. Ainsi, si le courant de double défaut Id est de 600 A, le fusible DP ne fond qu’en 5 s alors que, pour ce même courant, le temps D 5 032 − 20 avec U′ (24) tension entre phases, si le conducteur neutre n’est pas distribué dans l’installation, ou tension entre phase et neutre si le conducteur neutre est distribué dans l’installation. Si les réactances peuvent être négligées, le courant I df est égal à [relation (21)] : U′ I df = 0,5 c ------------------------R a + R PE les valeurs c, R a et R PE étant, alors, celles appliquées lorsque l’installation est en schéma TN (§ 3.2.3). (0) Si les conducteurs de phase et le conducteur de protection sont disposés à proximité immédiate, la tension de contact ′ est [relation (20)] : présumée U cp m′ U ′cp1 = 0,5cU ′ ------------------1 + m′ avec (25) m′ rapport entre les résistances du conducteur de protection et du conducteur actif (le conducteur de phase si le conducteur neutre n’est pas distribué et le conducteur neutre s’il est distribué) du circuit considéré ; si les conducteurs sont de même matériau, m ′ est pris Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique ________________________________________________________________________________________________________ INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT Tableau 6 – Comparaison des différents schémas PRINCIPE Schéma TN (§ 3.2) Le courant de défaut entraîne le fonctionnement d’un dispositif de protection contre les surintensités. Cette condition détermine une relation, qui est celle de la protection contre les courts-circuits, entre l’impédance de la boucle de défaut et le courant de fonctionnement du dispositif de protection : ■ Le courant de premier défaut ne provoque le fonctionnement d’aucun dispositif de coupure, sous réserve que l’intensité de ce courant ne soit pas supérieure à : UL I d --------RA CONDITIONS DE RÉALISATION Zs Id U0 ■ Un dispositif de coupure (différentiel) doit couper l’alimentation dès que la tension de défaut est supérieure à U L . Cette condition détermine une relation entre la résistance de la prise de terre des masses et le courant différentiel assigné du dispositif : R A ⋅ I ∆n U L en fonction de la résistance de prise de Toutes les masses protégées par un terre des masses. ■ Le conducteur de protection doit être même dispositif différentiel doivent être ■ Un contrôleur permanent de l’isoleefficacement mis à la terre de façon que reliées à la même prise de terre. ment doit signaler l’apparition d’un son potentiel soit maintenu aussi voisin ■ Les masses simultanément accessibles premier défaut d’isolement. que possible de celui de la terre. doivent être reliées à la même prise de ■ E n c a s d e d e u x i è m e d é f a u t , l a ■ Des précautions doivent être prises terre. protection doit être assurée dans les pour éviter toute rupture du conducteur mêmes conditions que dans un neutre lorsqu’il est utilisé comme schéma TN (mais avec des conditions conducteur de protection. limitées) si toutes les masses sont interconnectées ou TT si elles ne le sont pas. Utilisable dans les installations alimentées à partir d’un poste de transformation privé ou, sous certaines conditions, public. ■ Utilisé généralement dans les installations alimentées directement par un réseau de distribution publique à basse tension. Coupure au premier défaut d’isole- ■ C o u p u r e ment. d’isolement. ■ AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS Schéma IT (§ 3.4) Le courant de premier défaut est limité à une valeur telle qu’il n’en résulte pas de tensions de contact dangereuses (figures 20, 21 et 22). ■ UTILISATION Schéma TT (§ 3.3) Le courant de défaut se referme par le Le courant de défaut se referme par la conducteur neutre et devient un courant boucle comprenant les prises de terre du de court-circuit entre phase et neutre neutre et des masses (figure 19). (figure 11). au premier défaut Utilisable seulement dans les installations alimentées par un poste de transformation privé et exploitées par un service d’entretien. Pas de coupure au premier défaut d’isolement et possibilité de maintenir la continuité de l’exploitation. ■ Utilisation des dispositifs de protection ■ Nécessité d’installer des dispositifs contre les surintensités pour assurer la différentiels assurant la protection contre ■ Surveillance de l’isolement, ce qui protection contre les contacts indirects. les contacts indirects. nécessite un service d’entretien, permettant l’élimination rapide des défauts. ■ Exigences concernant la mise à la terre du conducteur de protection. ■ Non-distribution du conducteur neutre, sinon nécessité de protéger ce ■ Passage du conducteur de protection conducteur. dans les mêmes canalisations que les ■ Nécessité pratique de réaliser une équiconducteurs actifs des circuits correspondants. potentialité des masses, sinon installation de dispositifs différentiels. ■ Nécessité de réaliser souvent des ■ Installation de limiteurs de surtension. liaisons équipotentielles supplémentaires. ■ Restriction de l’étendue des ■ Économie d’un pôle et d’un conducteur installations pour limiter l’intensité du dans les canalisations fixes d’au moins courant de premier défaut. 10 mm2 ■ égal au rapport des sections de ce même conducteur actif et du conducteur de protection du circuit considéré. Nota : en pratique, les temps de coupure du tableau 5 ont été déterminés de la même manière que pour le schéma TN. 3.5 Liaison équipotentielle supplémentaire La liaison équipotentielle supplémentaire est une mesure compensatrice qui est réalisée lorsque les conditions de protection déterminées pour le schéma correspondant ne sont pas satisfaites. Elle peut être nécessaire, par exemple, dans les schémas TN ou IT, dans des circuits de grande longueur et tels que l’impédance de la boucle de défaut soit trop élevée pour assurer le fonctionnement du dispositif de protection dans le temps prescrit. Elle n’a pas pour but de diminuer le temps de fonctionnement du dispositif de protection, mais de réduire la tension de contact à une valeur non dangereuse ; c’est pourquoi la condition est basée sur la tension limite conventionnelle U L qui peut être maintenue indéfiniment sans danger. En ce qui concerne le temps de coupure, le temps de 5 s est valable si le dispositif de protection est un fusible. S’il s’agit d’un disjoncteur, le courant à prendre en considération est le plus petit courant assurant le fonctionnement instantané du disjoncteur (figure 15). Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique D 5 032 − 21 INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT _________________________________________________________________________________________________________ 3.6 Comparaison des différents schémas Cette comparaison est donnée dans le tableau 6. Elle présente les avantages et les inconvénients de chacun des schémas. Ce tableau montre également leurs conditions de réalisation et les utilisations. 4. Protection contre les contacts indirects sans coupure de l’alimentation 4.1 Généralités Ces mesures consistent à prendre des dispositions destinées à supprimer tout danger, soit en rendant les contacts avec des masses non dangereux, soit en empêchant tout contact simultané avec des éléments susceptibles de présenter une tension de contact dangereuse. Elles ne nécessitent généralement ni conducteur de protection, ni dispositif de coupure automatique. L’application de ces mesures est, en fait, limitée à des appareils individuels ou à des équipements localisés. Certaines sont imposées dans des conditions où les dangers sont particulièrement grands, comme mesures complémentaires des mesures avec coupure automatique intéressant l’ensemble d’une installation. C’est ainsi que la très basse tension de sécurité (§ 1.5), ou la séparation de sécurité (§ 4.4) des circuits avec alimentation d’un appareil de la classe II, est imposée pour les outils portatifs dans des enceintes conductrices exiguës, quel que soit le schéma de l’installation et quelles que soient les mesures de protection prises par ailleurs. Il s’agit donc de mesures de protection préventives, basées soit sur des dispositions constructives, soit sur les conditions d’alimentation des circuits intéressés. 4.2 Emploi de matériels de la classe II Rappelons que les matériels de la classe II sont des matériels conçus de telle manière que tout défaut entre parties actives et parties accessibles soit improbable, dans les conditions normales d’utilisation (§ 1.2). Ils ne doivent pas être mis à la terre ni reliés à un conducteur de protection ; en effet, ils comportent par construction leur propre sécurité et une mise à la terre de leurs parties métalliques accessibles risquerait de compromettre celle-ci. Certains matériels électroniques nécessitant une mise à la terre fonctionnelle pour des raisons techniques, qui n’ont rien à voir avec les mesures de protection contre les contacts indirects, des dispositions appropriées sont prises pour que cette mise à la terre ne compromette pas la sécurité conférée par la classe II. 4.3 Protection par isolation équivalente à la classe II lors de l’installation Cette mesure consiste en fait à réaliser des matériels ou des équipements de la classe II, lorsque cette classe n’est pas prévue par construction. Il s’agit donc de disposer autour des matériels (qui sont de la classe 0 ou équivalents) une isolation supplémentaire conférant à l’ensemble la sécurité équivalente à celle de la classe II. D 5 032 − 22 ■ Cette mesure peut notamment s’appliquer : — à des canalisations constituées de conducteurs isolés posés dans des conduits isolants, des goulottes isolantes ou des enveloppes fermées pouvant jouer le rôle d’isolation supplémentaire ; — à des matériels électriques (par exemple de l’appareillage) enfermés dans des armoires ou des coffrets en matière isolante et remplissant les conditions imposées. ■ La norme NF C 15-100 donne des règles assez complètes sur la construction et les dispositions à prendre pour l’installation de tels matériels, qui constituent l’essentiel des prescriptions imposées à la classe II : — qualités de l’enveloppe appropriées aux contraintes auxquelles elle peut être exposée, de telle manière que ces qualités soient conservées dans le temps ; — interdiction de toute disposition ou de tout élément susceptible de compromettre la sécurité de la classe II ; — interdiction de toute liaison avec une prise de terre ou avec un conducteur de protection ; — fixation sûre et durable des éléments assurant l’isolation supplémentaire. ■ Pour être sûre et efficace, la réalisation de cette mesure de protection doit être soigneusement vérifiée par un examen détaillé et par des essais appropriés. Certains, tels que des essais diélectriques, sont souvent difficiles à exécuter sur le lieu même du montage de ces matériels. C’est pourquoi l’emploi de cette mesure ne peut être que réservé à des applications particulières, lorsque les conditions de réalisation et de montage sont parfaitement surveillées et contrôlées. Toutefois, il est possible d’installer des enveloppes dont les qualités et caractéristiques sont connues, et ont pu être vérifiées en usine ou en laboratoire. 4.4 Protection par séparation électrique ■ Cette mesure revient à réaliser un petit circuit à neutre isolé, la sécurité étant assurée par l’isolement de ce circuit. En effet, en cas de défaut d’isolement, la masse correspondante se trouve portée à un certain potentiel non fixé, et un contact avec cette masse ne présente pas de danger puisque le circuit de défaut n’est pas fermé. Toute la sécurité de cette mesure reposant sur son niveau d’isolement, il importe que cet isolement soit maintenu en permanence à la valeur nécessaire, aussi bien en ce qui concerne la source d’alimentation que l’ensemble du circuit. La source est, en général, un transformateur de séparation dont l’isolement entre le réseau d’alimentation et le circuit séparé est équivalent à une double isolation. ■ Cette mesure trouve son emploi pour alimenter des machines, en particulier des machines amovibles, par exemple sur des chantiers ou dans des installations industrielles. Elle est très rarement employée dans les installations domestiques. Toutefois, dans les salles d’eau, elle est utilisée pour alimenter la prise de courant destinée à de petits appareils tels que le rasoir. Les circuits séparés devant conserver partout le même niveau d’isolement par rapport aux autres circuits, des précautions sont à prendre de ce point de vue pour que les masses du circuit intéressé ne se trouvent pas au contact d’autres masses, ce qui aurait pour effet de diminuer le niveau d’isolement et, par conséquent, d’annihiler la sécurité produite par cette mesure. Celle-ci trouve sa complète justification si l’alimentation du circuit séparé est limitée à un seul appareil d’utilisation, car elle ne nécessite aucune précaution particulière. Par contre, si un circuit séparé alimente plusieurs appareils, on reconstitue une petite installation du type IT Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique ________________________________________________________________________________________________________ et des mesures complémentaires sont nécessaires, telles que liaisons équipotentielles et coupure au deuxième défaut (§ 3.4). La séparation électrique n’est pas la réalisation d’un schéma IT, et elle ne doit pas être confondue avec ce schéma ; elle n’est pas destinée à alimenter des appareils présentant un faible niveau d’isolement tels que des fours ou des appareils de chauffage de forte puissance ; en pratique, ces appareils sont généralement alimentés, si nécessaire par l’intermédiaire d’un transformateur, suivant un schéma TN. 4.5 Protection par éloignement ou interposition d’obstacles Cette mesure consiste à disposer les masses et les éléments conducteurs de telle façon qu’une personne ne puisse toucher, dans les circonstances habituelles, simultanément soit une masse et un élément conducteur, soit deux masses. Cette mesure de protection peut résulter : — soit de l’éloignement respectif des masses et des éléments conducteurs ; — soit de l’éloignement respectif de deux masses ; — soit de l’interposition d’obstacles efficaces, de préférence isolants. Ces dispositions nécessitent que le sol soit isolant ou soit revêtu d’un revêtement isolant. En pratique, cette mesure de protection permettait l’utilisation des matériels de la classe 0 ; elle n’était admise que dans les installations domestiques. Du fait de la disparition des appareils de la classe 0 et de la généralisation de la mise en œuvre du conducteur de protection dans tous les locaux, y compris les locaux d’habitation, elle ne trouve plus guère d’application. INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT 5. Prises de terre et conducteurs de protection L’efficacité des mesures de protection par coupure automatique de l’alimentation (§ 3) prises contre les dangers de contacts indirects étant fonction de la valeur de la résistance de la prise de terre des masses, de la continuité et de la résistance des conducteurs de protection, il est donc nécessaire de les établir, et de les maintenir, dans de bonnes conditions. Par ailleurs, il y a lieu de tenir compte, pour leur réalisation, de l’importance des courants susceptibles de les parcourir, tant en permanence (courants de fuite) qu’en cas de défaut, pendant la durée de leur élimination. 5.1 Prises de terre 5.1.1 Prises de terre spécialement établies Elles sont constituées par des éléments conducteurs noyés dans le sol (§ 1.1) : — plaques ou grilles soit en cuivre, soit en acier galvanisé ; — piquets ou tubes soit en cuivre, soit en acier galvanisé ou revêtu, foncés ou forés (suivant la nature du terrain et la profondeur à atteindre) ; — conducteurs, rubans, feuillards en cuivre ou en acier galvanisé, enterrés dans une tranchée ou constituant une boucle à fond de fouille posée lors de la construction des bâtiments ; dans tous les cas, on emploie des éléments que leur nature ou leur mode de pose mettent à l’abri de la corrosion. 5.1.2 Prises de terre de fait 4.6 Protection par liaisons équipotentielles locales non reliées à la terre Il ne faut pas confondre ces liaisons équipotentielles locales avec les autres liaisons équipotentielles (principales et supplémentaires). Il s’agit en effet d’une mesure de protection indépendante, dont l’application est limitée en pratique à certains emplacements, tels que des postes de travail, où les autres mesures de protection sont difficilement réalisables ou d’application compliquée ou contraire aux conditions d’exploitation du poste considéré. Ces liaisons équipotentielles ne doivent pas être reliées à la terre, l’ensemble équipotentiel local ainsi constitué ne devant pas être susceptible d’élever le potentiel d’autres masses en cas de défaut dans une masse reliée à cet ensemble. Des dispositions doivent être prises pour assurer sans danger l’accès des personnes à la surface conductrice, c’est-à-dire à l’ensemble équipotentiel, au moyen d’un sas isolant de dimensions suffisantes pour que l’efficacité de cette mesure ne puisse être compromise par un contact entre une personne se trouvant sur la surface équipotentielle et une autre personne située au-dehors. Cette condition se trouve remplie si les emplacements contigus à la surface de l’ensemble équipotentiel sont secs et non conducteurs. Elles utilisent les éléments conducteurs de la construction en liaison avec la terre. Il s’agit, par exemple, d’armatures métalliques des fondations, de canalisations métalliques de distribution d’eau et de gaines de plomb des câbles enterrés (sous réserve, pour les deux dernières, de l’accord éventuel du distributeur s’il s’agit d’un réseau public). Dans les bâtiments anciens où aucune prise de terre volontaire n’a été établie, c’est une solution couramment pratiquée. 5.1.3 Combinaisons des deux systèmes Une telle combinaison peut être effectuée, par exemple, en reliant les poteaux métalliques (ou les armatures des poteaux en béton armé) par des liaisons enterrées en conducteurs nus. On améliore ainsi, par l’utilisation des prises de fait, la valeur de la résistance de terre des prises exécutées volontairement, tout en réalisant un ensemble équipotentiel sur la surface ainsi couverte, auquel seront reliées tous les éléments conducteurs provenant de l’extérieur (canalisations, chemins de câbles, etc.). Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique D 5 032 − 23 INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT _________________________________________________________________________________________________________ 5.1.4 Conditions générales 5.3.1 Détermination de la section minimale Outre la protection contre la corrosion, par nature ou par choix du mode de pose, les prises de terre doivent, lors de leur réalisation, tenir compte de leur évolution prévisible dans le temps et de l’augmentation possible de leur résistance en raison des effets suivants : — corrosion superficielle ; — assèchement du sol dû aux variations climatiques, saisonnières (y compris le gel) ; — contraintes mécaniques éventuelles (passages répétés de véhicules, travaux superficiels...). Dans le cas de terrains mauvais conducteurs, l’efficacité de prises de terre de faibles dimensions peut être améliorée par utilisation de procédés visant à augmenter la surface en contact avec le sol (remplissage de la fosse par de la terre arable, arrosage à l’aide de produits spécialement adaptés). On s’abstiendra totalement de l’utilisation de solutions susceptibles d’apporter une amélioration passagère, mais nuisible à terme (arrosages répétés, utilisation de sel, etc.). D’une façon générale, deux méthodes sont utilisées : — une méthode par calcul ; — une méthode par comparaison avec les autres conducteurs actifs du circuit. 5.2 Conducteurs et bornes de terre La jonction entre conducteur de terre et borne principale de terre (§ 1.1) doit comporter un dispositif permettant la mesure de la résistance de la seule prise de terre, dispositif utilisable seulement à l’aide d’un outil, mécaniquement et électriquement sûr. Les sections minimales conventionnelles pour les conducteurs de terre sont données dans le tableau 7. (0) ■ Le calcul de la section minimale se fait par application de la formule : 2 Id t S min = --------------k valeur efficace du courant de défaut, Id (A) S (mm2) section du conducteur, t (s ) temps de fonctionnement du dispositif de protection. Cette formule, identique à celle relative à la protection contre les courts-circuits (§ 6.2), est basée sur la limitation de la contrainte thermique des conducteurs. avec Le facteur k dépend de la nature du métal du conducteur, des isolations du conducteur ou des conducteurs proches, et de la température initiale et des températures finales admissibles pour ces isolants. Les tableaux 8 et 9 indiquent les valeurs de k pour les cas les plus fréquents. (0) Tableau 8 – Valeurs de k pour les conducteurs de protection isolés non incorporés aux câbles et les conducteurs de protection nus en contact avec le revêtement des câbles Nature de l’isolant des conducteurs de protection ou des revêtements de câbles Tableau 7 – Sections minimales conventionnelles des conducteurs de terre Conducteur de terre Protégé mécaniquement Non protégé mécaniquement Protégé contre la corrosion par une gaine Calculé suivant la formule (26) Cuivre : 16 mm2 Acier galvanisé : 16 mm2 Non protégé par une gaine Cuivre : 25 mm2 Acier galvanisé : 50 mm2 5.3 Conducteurs de protection (26) Polyéthylène Polychlorure réticulé (PR) de vinyle Éthylène Caoutchouc (PVC) propylène (EPR) Température finale (oC) 160 250 200 k pour conducteur en cuivre ........................ aluminium ................ acier........................... 143 95 52 176 116 64 166 110 60 La température initiale du conducteur est supposée être 30 oC. (0) Dans un circuit ou un ensemble de circuits électriques, les conducteurs de protection (§ 1.1) peuvent : — être nus, et sans risques dommageables pour leur voisinage ; — être isolés ou nus, avec risque de dommage pour leur voisinage ; — faire partie d’un câble multiconducteur ; — constituer l’armature ou la gaine d’un câble ; — être des éléments conducteurs particuliers (enveloppes métalliques de canalisations préfabriquées, charpentes, etc.). Selon ces différentes possibilités, et en raison de la température qu’ils sont susceptibles d’atteindre, différents paramètres doivent être considérés pour le calcul de leur section. D 5 032 − 24 Tableau 9 – Valeurs de k pour les conducteurs de protection constitutifs d’un câble multiconducteur Nature de l’isolant Polyéthylène Polychlorure réticulé (PR) de vinyle Éthylène Caoutchouc (PVC) propylène (EPR) Température initiale (oC) 70 90 85 Température finale (oC) 160 250 200 k pour conducteur en cuivre ........................ aluminium ................ 115 76 143 94 134 89 Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique ________________________________________________________________________________________________________ INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT Si le calcul conduit à une valeur non normalisée, il faut utiliser la valeur normalisée immédiatement supérieure. On peut également citer les mises à la terre de systèmes électroniques où il s’agit de fixer un potentiel qui ne doit pas d e m e u r e r fl o t t a n t [ é g a l e m e n t , l a t r è s b a s s e t e n s i o n fonctionnelle (§ 1.5)]. ■ Les sections des conducteurs sont indiquées dans le tableau 10, par comparaison avec les autres conducteurs actifs du circuit. 5.3.2.4 Conducteurs utilisés pour des raisons fonctionnelles et de protection combinées Pour les autres conditions d’installation, on se reportera à la norme NF C 15-100 qui fixe les valeurs à retenir. Les valeurs ne sont applicables que si le même métal constitue l’ensemble des conducteurs ; si tel n’est pas le cas, l’équivalence est établie sur la base du rapport des conductivités. (0) Tableau 10 – Détermination, par comparaison, de la section minimale du conducteur de protection Section S des conducteurs de phase du circuit (mm2) Section minimale du conducteur de protection (mm2) S 16 16 < S 35 S > 35 S 16 S/2 5.3.2 Différents types de conducteurs de protection Les conducteurs de protection peuvent être classés selon leurs fonctions. 5.3.2.1 Conducteurs utilisés en liaison avec des dispositifs de protection contre les surintensités Comme il importe, dans ce cas (§ 6), de réduire l’impédance de la boucle de défaut, il est fortement recommandé d’utiliser des conducteurs faisant partie des mêmes câbles ou, s’il est fait usage de conducteurs séparés, de les placer à proximité immédiate des conducteurs actifs du circuit, sans interposition d’éléments ferromagnétiques. 5.3.2.2 Conducteurs utilisés dans le cas de protection à tension de défaut Ce type de protection, réservé à des cas particuliers, nécessite une prise de terre indépendante de toute autre. La liaison du relais de protection à cette prise de terre ne doit en aucun cas être perturbée ou shuntée, donc doit être entièrement isolée. C’est notamment le cas des conducteurs PEN dans le schéma TN (§ 3.2). Dans ce schéma, et pour les seules installations fixes, le conducteur de protection et le conducteur neutre peuvent être confondus si la section du conducteur PEN est au moins égale à 10 mm2 en cuivre ou 16 mm2 en aluminium ; cette condition est justifiée par une notion de résistance mécanique, la rupture de ce conducteur étant dangereuse. C’est la raison pour laquelle aucun dispositif de coupure ne doit être introduit sur son parcours sauf, le cas échéant, d’un appareil omnipolaire pour un appareil d’utilisation. De plus, il ne doit exister, en amont de ce conducteur, aucun dispositif de protection à courant différentiel. 5.3.2.5 Conducteurs d’équipotentialité ■ Équipotentialité principale : leur section doit au moins être égale à la moitié de celle du plus grand conducteur de protection de l’installation (avec un minimum de 6 mm 2 pour le cuivre ou de 10 mm2 pour l’aluminium). Toutefois, en général, ces liaisons sont réalisées en conducteurs de 25 mm2 en cuivre. ■ Équipotentialité supplémentaire : si ce conducteur relie deux masses, sa section ne doit pas être inférieure à la plus petite de celle des conducteurs de protection des masses. S’il relie une masse à un élément conducteur (charpente par exemple), sa section ne doit pas être inférieure à la moitié de celle du conducteur de protection de cette masse. ■ Équipotentialité locale : ne devant pas être reliée à la terre, cette liaison ne doit pas être repérée par la double coloration vert-et-jaune. 5.3.3 Disposition des conducteurs de protection Les conducteurs de protection doivent être réalisés de façon telle que leur continuité soit assurée dans le temps ; en raison du fait que, sauf dans des cas fonctionnels, leur discontinuité ne peut être mise en évidence hors cas de vérifications, leur fiabilité justifie des exigences accrues : — ils doivent être protégés contre les dégradations mécaniques, chimiques et contre les efforts électrodynamiques ; — les connexions doivent rester accessibles, pour inspection, sauf cas particuliers (jonctions brasées ou soudées, boîtes ou joints scellés, etc.) ; — aucun appareillage ni élément de masse ne doit être interposé dans le circuit. 5.3.2.3 Conducteurs utilisés pour mise à la terre fonctionnelle C’est notamment le cas des matériels informatiques ; ceux-ci peuvent : — être le siège de courants de fuite importants, dus à leurs systèmes de filtres ; — être sensibles aux perturbations véhiculées par les conducteurs de mise à la terre, en cas de défauts sur d’autres matériels. Leur mise à la terre doit donc être particulièrement soignée ; toutefois, plutôt que de rechercher une valeur très basse de résistance de terre, on s’attache à mettre en place des terres sans bruit réalisées par des circuits entièrement isolés, raccordés directement à la prise de terre et repérés de façon telle que l’on ne risque pas de leur connecter une quelconque masse de matériel électrique. 6. Protection contre les surintensités Les surintensités sont classées en deux groupes : — les surcharges, faibles et souvent dues à un nombre trop grand d’appareils d’utilisation alimentés ou à des appareils trop puissants ; — les courts-circuits, pouvant avoir des valeurs très importantes et dus à des défauts entre conducteurs de polarités différentes. Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique D 5 032 − 25 INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT _________________________________________________________________________________________________________ 6.1 Protection contre les surcharges 6.2 Protection contre les courts-circuits Les règles de protection contre les surcharges sont rappelées ci-après et représentées sur la figure 25, avec les symboles suivants : Ib courant d’emploi du circuit ; In (ou Ir ) courant assigné (ou de réglage) du dispositif de protection ; courant admissible dans les conducteurs du circuit ; Iz f facteur de correction tenant compte, s’il y a lieu, de la température ambiante, du mode de pose, des groupements de circuits, etc. ; k3 rapport du courant conventionnel I2 de fonctionnement du dispositif à son courant assigné divisé par 1,45 (k 3 = I2 /1,45 In ). En pratique, on a : — pour les fusibles : ■ Les règles de protection contre les courts-circuits, quelle que soit la nature du dispositif de protection, sont les suivantes : — le pouvoir de coupure Ipc du dispositif de protection doit être au moins égal au courant maximal Icc max de court-circuit présumé au lieu de son installation : I pc I cc max (27) k 3 = 1,31 pour I n 10 A k 3 = 1,21 pour I n = 12, 16, 20 ou 25 A k 3 = 1,10 pour I n > 25 A — le temps t de fonctionnement du dispositif de protection doit 2 être compatible avec les contraintes thermiques ( I cc t ) admissibles des conducteurs du circuit qu’il protège : 2 ( I cc t ) t -----------------2 I cc min (28) Le courant minimal Icc min de court-circuit dans le circuit protégé est généralement le courant de court-circuit monophasé (courant entre phase et neutre) à l’extrémité de la canalisation. Pour les canalisations en conducteurs isolés ou en câbles, la contrainte thermique admissible est [relation (26)] : 2 ( I cc t ) = k 2 S 2 — pour les disjoncteurs : k3 = 1 Le courant assigné In ou de réglage (Ir ) du dispositif de protection doit satisfaire aux deux conditions suivantes : — être au moins égal au courant d’emploi Ib du circuit qu’il protège ; — ne pas être supérieur au courant admissible Iz affecté d’un coefficient qui tient compte de la nature du dispositif de protection et des facteurs de correction éventuellement nécessaires. Le courant assigné In du dispositif de protection (fusible ou disjoncteur) est choisi d’après la première règle ( I b I n ) , tandis que la deuxième règle détermine la section S des conducteurs du circuit. La valeur de k peut être calculée par la formule : k = avec c [J/(K · mm3)] B (oC) θf – θi c ( B + 20 ) ---------------------------- In 1 + ---------------ρ α + θi (29) capacité thermique du conducteur, inverse du coefficient α de température de la résistivité, θ f (oC) température maximale admissible en courtcircuit (160 oC pour les conducteurs isolés au polychlorure de vinyle, 250 oC pour les conducteurs isolés au polyéthylène), θ i (oC) température initiale du conducteur prise généralement égale à la température de régime (70 oC pour les conducteurs isolés au polychlorure de vinyle et 90 oC pour les conducteurs isolés au polyéthylène), ρ (en 10 – 6 Ω · m) résistivité électrique du conducteur, à 20 oC. Pour les canalisations préfabriquées, la contrainte thermique admissible est indiquée par le constructeur. ■ La deuxième condition [relation (28)] est automatiquement satisfaite lorsque le dispositif de protection assure à la fois la protection contre les surcharges et la protection contre les courtscircuits, et la vérification des contraintes thermiques des conducteurs n’est pas nécessaire. Cette vérification est, par contre, nécessaire dans les cas suivants : — le dispositif de protection contre les surcharges n’est pas placé à l’origine du circuit qu’il protège (figure 26) ; — le conducteur neutre ou le conducteur de protection a une section inférieure à celle des conducteurs de phase ; toutefois, on admet que si cette section n’est pas inférieure à la moitié de celle des conducteurs de phase, cette vérification n’est pas nécessaire ; — le dispositif protège une canalisation préfabriquée, les contraintes thermiques admissibles par ces canalisations, indiquées par les constructeurs, étant sans relation avec les conditions de protection. Figure 25 – Protection contre les surcharges D 5 032 − 26 Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique ________________________________________________________________________________________________________ La vérification des contraintes thermiques est différente suivant que le dispositif de protection est un fusible ou un disjoncteur : — pour les fusibles (figure 27a ), il suffit de vérifier que Icc min est au moins égal au courant IF correspondant à l’intersection de la caractéristique F de fusion du fusible et de la courbe C de contrainte thermique des conducteurs du circuit ; — pour les disjoncteurs (figure 27b ), deux conditions doivent être vérifiées : • d’une part, Icc min doit être au moins égal au seuil de fonctionnement instantané Im (= µ Ir ) du disjoncteur, • d’autre part, Icc max ne doit pas être supérieur au courant Ipc correspondant à l’intersection de la caractéristique D de contrainte thermique du disjoncteur et de la courbe C de contrainte thermique des conducteurs du circuit ; cette deuxième condition n’est à vérifier que dans des cas limités, notamment dans le cas de conducteurs de faibles sections issus d’un tableau dont le niveau de court-circuit est très élevé (par exemple, des conducteurs de 1,5 ou 2,5 mm2 issus du tableau général de l’installation). 6.3 Conditions d’installation 6.3.1 Généralités Les conditions auxquelles doivent satisfaire les disjoncteurs et les fusibles dépendent des fonctions qu’ils doivent assurer et, de ce point de vue, deux cas sont à distinguer. ■ Lorsque la protection du circuit est assurée contre les surcharges et contre les courts-circuits par le même dispositif, celui-ci est placé à l’origine du circuit (DP sur la figure 28). Pour des raisons pratiques, une distance d’au plus trois mètres est admise entre le point de dérivation de la canalisation et le dispositif de protection. La figure 28 résume les différentes conditions auxquelles les fusibles et les disjoncteurs doivent satisfaire. INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT ■ La protection contre les surcharges et la protection contre les courts-circuits sont assurées par des dispositifs distincts, lorsque le circuit ne comporte pas de dispositif de protection à son origine. Le dispositif assurant la protection contre les surcharges est placé en aval ou n’existe pas du fait que le circuit n’est pas susceptible d’être parcouru par des courants de surcharge. Le circuit est alors protégé contre les courts-circuits par le dispositif en amont, dispositif qui protège le circuit alimentant le circuit considéré. La figure 29 résume les différentes conditions auxquelles les fusibles et les disjoncteurs doivent satisfaire. Les conditions de protection du circuit peuvent être déterminées par la méthode du triangle (figure 30). Cette méthode peut également s’appliquer à la détermination des longueurs de canalisations protégées contre les contacts indirects dans les schémas TN et IT. Elle peut être extrapolée à trois canalisations en série de sections décroissantes, protégées contre les courts-circuits par le même dispositif de protection. En outre, lorsque le disjoncteur assure la protection contre les contacts indirects (pour les schémas TN et IT), le retard doit être inférieur au temps t 0 prescrit, soit en 230/400 V, 0,4 s en général ou 5 s pour les circuits de distribution. 6.3.2 Sélectivité Nota : le lecteur pourra utilement se reporter à l’article Protection des installations industrielles et tertiaires [D 4 820] dans ce traité. La sélectivité consiste à assurer la coordination entre les caractéristiques de fonctionnement de dispositifs de protection placés en série de telle manière qu’en cas de défaut ou de courtcircuit, seul le dispositif placé immédiatement en amont du siège du défaut ou du court-circuit fonctionne. Ainsi, la sélectivité permet de limiter les conséquences d’un défaut ou d’un court-circuit à la seule partie d’installation affectée par ce défaut ou ce court-circuit. La réalisation d’une sélectivité nécessite la comparaison des caractéristiques de fonctionnement des dispositifs de protection concernés. La sélectivité peut être totale ou partielle suivant qu’elle est valable quelle que soit la valeur du courant de défaut ou de court-circuit ou seulement pour une plage limitée de courants. Les conditions de réalisation d’une sélectivité dépendent de la nature des dispositifs de protection concernés (tableau 11). ■ Sélectivité entre disjoncteurs La sélectivité entre disjoncteurs peut être une sélectivité ampèremétrique, une sélectivité chronométrique ou une combinaison des deux. Dans le cas de la sélectivité chronométrique, le temps de retard doit être compatible avec les conditions de protection. ■ Sélectivité entre fusibles Compte tenu de leurs caractéristiques normalisées, la sélectivité entre deux fusibles nécessite que le courant assigné du fusible amont soit au moins égal à 2,5 fois celui du fusible aval. Par exemple, un fusible de 50 A est sélectif par rapport à un fusible de 20 A en aval mis pas avec un fusible de 25 A. ■ Sélectivité entre disjoncteurs et fusibles Elle nécessite la comparaison des caractéristiques de fonctionnement des deux dispositifs. Figure 26 – Protections contre les surcharges et les courts-circuits assurées par deux dispositifs différents [relation (28)] ■ Association entre fusibles et disjoncteurs Il ne s’agit pas à proprement parler d’une sélectivité mais d’une solution permettant d’utiliser des disjoncteurs ne possédant pas le pouvoir de coupure voulu. Un fusible ayant le pouvoir de coupure nécessaire, est placé en amont du disjoncteur. Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique D 5 032 − 27 INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT _________________________________________________________________________________________________________ Figure 28 – Protection contre les surcharges et protection contre les courts-circuits assurées par le même dispositif de protection : conditions d’installation Figure 27 – Vérification des contraintes thermiques des conducteurs ■ Quels que soient le mode de sélectivité et la nature des dispositifs de protection concernés, le dispositif placé en amont doit avoir un pouvoir de coupure supérieur ou au moins égal à celui placé en aval. En outre, il doit pouvoir supporter les contraintes thermiques dues au courant de court-circuit maximal coupé par le dispositif aval pendant le temps de retard. Cette dernière condition est facilitée, dans le cas des disjoncteurs, par l’utilisation de disjoncteurs limiteurs en aval. D 5 032 − 28 Figure 29 – Protection contre les surcharges et protection contre les courts-circuits assurées par deux dispositifs de protection : conditions d’installation Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique ________________________________________________________________________________________________________ INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT 6.3.3 Filiation La filiation consiste en une coordination entre deux disjoncteurs de telle manière que le courant de court-circuit soit éliminé par l’ouverture des deux disjoncteurs. Cette disposition permet l’utilisation de disjoncteurs ayant des pouvoirs de coupure limités, les tensions d’arc s’ajoutant pendant la coupure du courant de court-circuit. La filiation nécessite la vérification des caractéristiques de fonctionnement des deux disjoncteurs. Elle est indiquée par le constructeur, après essai en laboratoire. Soulignons que la filiation n’est possible qu’entre deux disjoncteurs du même constructeur et que, si elle permet des économies sur l’appareillage, elle ne permet pas une sélectivité totale. (0) Figure 30 – Méthode du triangle Tableau 11 – Conditions de réalisation d’une sélectivité Sélectivité ampèremétrique entre disjoncteurs Elle repose sur la différence de réglage des seuils de fonctionnement instantané des disjoncteurs. Elle est totale si le courant de court-circuit maximal au niveau du disjoncteur aval B est inférieur au seuil de fonctionnement instantané du disjoncteur amont A. Sélectivité chronométrique entre disjoncteurs Elle repose sur la différence des temps de fonctionnement des disjoncteurs et nécessite l’utilisation de disjoncteurs retardés. Elle permet de réaliser une sélectivité totale si le temps de fonctionnement du dispositif aval B est inférieur au temps de nonfonctionnement ou temps de retard du disjoncteur amont A. Combinaison d’une sélectivité ampèremétrique et d’une sélectivité chronométrique entre disjoncteurs Elle permet de réaliser une sélectivité totale dans les meilleures conditions. Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique D 5 032 − 29 INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT _________________________________________________________________________________________________________ Tableau 11 – Conditions de réalisation d’une sélectivité (suite) La sélectivité chronométrique est améliorée par la réduction de la Sélectivité par emploi de disjoncteurs limiteurs contrainte thermique I 2 t que laisse passer le disjoncteur limiteur aval B (courbe L). Cette sélectivité nécessite l’étude comparative des courbes de contraintes thermiques de chaque disjoncteur, étude qui ne peut être effectuée que par le constructeur. Sélectivité entre disjoncteurs et fusibles Elle est assurée si la limite supérieure de la zone de fonctionnement du fusible se trouve au-dessous de la caractéristique de fonctionnement du disjoncteur. Elle n’est utilisable que si le fusible se trouve en aval du disjoncteur. Association de fusibles et disjoncteurs Le disjoncteur D assure la protection pour tout courant de défaut ou de court-circuit supérieur à Im et inférieur à IF . Le fusible F assure la protection pour les courants de court-circuit supérieurs à IF . 7. Protection contre les surtensions Les surtensions pouvant affecter les installations électriques sont : — les surtensions à fréquence industrielle ; — les surtensions transitoires. 7.1 Surtensions à fréquence industrielle Ces surtensions proviennent de défauts entre installations HT et installations BT. Les règles destinées à limiter leurs valeurs dépendent des caractéristiques de l’installation HT et du schéma des liaisons à la terre du poste de transformation ; elles sont définies dans les normes traitant des installations HT (NF C 13-100 et NF C 13-200 [D 5 036]). Ces règles limitent la valeur de la résistance de la prise de terre des masses du poste de transformation HT/BT de telle façon que le niveau de surtension ne soit pas supérieur à la tension U t de tenue à fréquence industrielle des matériels alimentés par l’installation BT. D 5 032 − 30 La figure 31 montre que si le courant écoulé dans la prise de terre R B des masses du poste est trop élevé, l’ensemble de l’installation BT est porté à un potentiel, par rapport à la terre, supérieur à la tension de tenue diélectrique des matériels BT [généralement U t = (2U + 1 000)], soit 1 500 V pour une tension d’utilisation maximale U de 250 V. Lorsque la surtension est due à un coup de foudre à proximité des lignes du réseau HT, le courant qui circule dans la prise de terre des masses du poste est le courant de suite après amorçage du dispositif de protection contre les surtensions, disposé sur l’arrivée HT. Ce courant est limité à 300 A dans les réseaux aériens et à 1 000 A dans les réseaux souterrains. En pratique, un tel courant de suite n’existe que si le dispositif de protection est un éclateur à cornes ; soumis à une surtension de choc, il est le siège d’un arc électrique qui ionise l’air, le rend conducteur et laisse passer un courant qui n’est interrompu que par l’ouverture (en 0,2 s) du dispositif de protection contre les surintensités de la ligne HT ; ce temps est suffisant pour provoquer des amorçages dans les installations BT, amorçages pouvant être destructifs pour certains matériels (tels que ceux comportant des composants électroniques). Lorsque le dispositif de protection contre les surtensions est un parafoudre constitué de varistances à oxyde de zinc, la durée du courant s’écoulant par le parafoudre est limitée à la durée de la surtension transitoire, et il ne se produit aucun courant de suite. Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique ________________________________________________________________________________________________________ C’est pourquoi les éclateurs équipant les réseaux de distribution HT doivent être remplacés progressivement par des parafoudres (article Parafoudres [D 4 755] dans ce traité). 7.2 Surtensions d’origine atmosphérique 7.2.1 Généralités Nota : le lecteur pourra utilement se reporter à l’article Protection contre les perturbations. Composants de protection [D 5 171] dans ce traité. Les surtensions de choc propagées par les réseaux de distribution sont produites par effet d’induction dans les conducteurs de la ligne du réseau, résultant de l’écoulement d’un courant de foudre au voisinage de la ligne. La valeur de la surtension induite dans la ligne dépend d’un certain nombre de facteurs tels que l’intensité If du courant de foudre, la distance D entre le coup de foudre et la ligne ainsi que de la surface de la boucle d’induction (SABO) constituée par la ligne et le sol (figure 32). INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT Il en résulte que la valeur de la surtension induite par un coup de foudre dans une ligne souterraine est pratiquement négligeable à condition qu’elle ne comporte aucun parcours aérien. Dans le cas de ligne aérienne, la valeur de la surtension de choc dépend des conditions de mise à la terre de la ligne (c’est-à-dire de celle du neutre), la surtension étant nettement plus élevée si la ligne est seulement mise à la terre à la source, que si elle est également mise à la terre à son extrémité, c’est-à-dire à l’origine de l’installation. C’est pourquoi il est difficile d’estimer avec précision les valeurs des surtensions de choc pouvant être propagées par les réseaux de distribution ; mais il résulte de mesures statistiques, que les valeurs de crête de ces surtensions sont généralement inférieures à 6 kV et, le plus souvent, inférieures à 4 kV. De telles valeurs de surtension seraient certainement dépassées en cas de coup de foudre direct sur la ligne aérienne, mais la protection contre de tels coups de foudre directs ne peut être assurée que par des mesures prises par le distributeur d’électricité. Les surtensions de choc induites par des coups de foudre à proximité des lignes aériennes du réseau d’alimentation BT sont caractérisées par : — une onde de tension dite 1,2 /50 µs : 1,2 µs étant le temps de montée de la tension et 50 µs le temps de réduction à la moitié ; — une onde de courant dite 8 /20 µs : 8 µs étant le temps de montée du courant et 20 µs le temps de réduction à la moitié. 7.2.2 Situations contrôlées et situations non contrôlées Deux théories s’opposent : — d’une part, la théorie américaine basée sur une atténuation de l’onde de surtension et correspondant à des situations contrôlées ; — d’autre part, la théorie européenne qui ne tient compte d’aucune atténuation de l’onde de surtension, et qui correspond à des situations non contrôlées. Figure 31 – Surtensions à fréquence industrielle ■ Une situation contrôlée correspond à une installation dans laquelle le niveau de surtension est limité à une valeur définie par des moyens appropriés. La pratique consiste à prévoir des parafoudres, non seulement à l’origine de toute installation, mais aussi à différents niveaux, de façon à limiter la valeur de la surtension à celle admissible par les matériels raccordés en aval. ■ Une situation non contrôlée correspond à une installation dans laquelle aucun moyen n’est prévu pour limiter le niveau des surtensions provenant du réseau d’alimentation. Cette pratique est fondée sur de nouvelles expériences et sur des calculs qui ont montré que les liaisons n’apportaient aucune atténuation de l’onde de surtension qui se propageait dans toute l’installation ; ainsi, si l’on dispose (figure 33), deux parafoudres en parallèle à des niveaux différents d’une installation et de tensions résiduelles décroissantes, l’impédance entre les points A1 et A2 est négligeable ; le courant le plus élevé traverse le parafoudre ayant la plus faible résistance, c’est-à-dire le parafoudre P2, qui a la plus faible tension résiduelle. Le parafoudre P2 absorbe la plus grande partie de l’énergie de l’onde de surtension. Autrement dit, le parafoudre P1 situé à l’origine de l’installation ne contribue pas à la limitation de l’onde de surtension. Il pourrait donc être suffisant d’installer un seul parafoudre à l’origine d’une installation, ce parafoudre devant limiter la valeur des surtensions à celle acceptable par le matériel ayant la plus faible tension de tenue aux chocs. Figure 32 – Surtensions induites dans une ligne aérienne Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique D 5 032 − 31 INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT _________________________________________________________________________________________________________ 7.2.3 Installation de parafoudres 7.2.3.1 Critères Les règles pour l’installation de parafoudres reposent sur trois critères. ■ Le niveau de surtension présumé à l’origine de l’installation dépend de plusieurs paramètres : l’intensité du courant de foudre, la distance du point d’impact de la foudre à la ligne du réseau de distribution, la hauteur des conducteurs au-dessus du sol... Les deux premiers paramètres sont tout à fait aléatoires et ne peuvent en aucun cas être connus. Il est seulement possible de tenir compte d’études statistiques donnant des probabilités de valeurs de surtensions pouvant être atteintes. C’est pourquoi ce critère peut être négligé, considérant que si une surtension est induite dans le réseau de distribution, elle peut toujours atteindre une valeur dangereuse pour les matériels électriques. ■ La nature du réseau d’alimentation est, en fait, le critère fondamental, car elle conditionne l’existence ou non d’une boucle d’induction (§ 7.2.1) : — dans un réseau souterrain sans aucune portion aérienne, il n’existe aucune boucle d’induction, et un coup de foudre à proximité ne peut induire aucune surtension dans un tel réseau ; — une ligne aérienne présente une boucle d’induction permettant la génération de surtensions induites et ce quelle que soit la longueur du parcours aérien ; ainsi, un passage aérosouterrain dans un réseau souterrain suffit à créer un risque de surtension. Figure 33 – Comportement de parafoudres à différents points d’une installation ■ Le niveau kéraunique de la région où se trouve l’installation (article Protection contre les perturbations. Composants de protection [D 5 171]), bien que de caractère peu scientifique, est le seul critère dont on dispose actuellement. La valeur de 25 retenue résulte d’une information fournie par les Compagnies suisses d’assurances contre l’incendie, qui ont constaté que les dommages causés par la foudre étaient beaucoup plus importants lorsque le niveau kéraunique était supérieur à 25 (figure 34). 7.2.3.2 Application Il résulte des considérations du paragraphe 7.2.3.1 que, en pratique, les règles de protection contre les surtensions d’origine atmosphérique sont applicables de la manière suivante : — si l’installation est alimentée par un réseau entièrement souterrain ne comportant aucun parcours aérien, il n’est pas nécessaire de prévoir l’installation de parafoudres ; — si l’installation est alimentée par un réseau de distribution comportant tout ou partie des lignes aériennes, il est nécessaire d’installer des parafoudres à l’origine de l’installation, si celle-ci est située dans une région dont le niveau kéraunique est supérieur à 25 ; dans les mêmes conditions d’alimentation, l’installation de parafoudres peut être nécessaire, même si le niveau kéraunique est inférieur à 25, lorsque l’installation alimente des matériels sensibles et coûteux. Le niveau de protection assurée par les parafoudres est (en valeur de crête) de 2,5 kV en général et de 1,5 kV lorsque l’installation alimente des matériels particulièrement sensibles aux surtensions, tels que matériels électroniques, ordinateurs. 7.2.4 Choix des matériels La catégorie de surtensions correspond à une situation contrôlée en un point d’une installation (§ 7.2.2), selon les règles de coordination de l’isolement. Elle s’applique aux matériels en tenant compte de leurs conditions d’installation. Figure 34 – Importance des dommages causés par des surtensions atmosphériques en fonction du niveau kéraunique (d’après une statistique suisse) — soit par une catégorie de surtensions, lorsque la relation entre la catégorie de surtensions et la tension de tenue aux chocs est univoque : il en est ainsi pour les appareils d’utilisation, qui sont spécifiés par une seule tension assignée ; — soit par une tension de tenue aux chocs, lorsque le matériel peut fonctionner sous différentes tensions ; c’est, par exemple, le cas de l’appareillage spécifié par une tension assignée qui est la valeur maximale de la tension sous laquelle il peut fonctionner, ses caractéristiques de fonctionnement étant souvent différentes suivant la tension d’alimentation. Ainsi, les normes de matériels comprendront à l’avenir un essai de tenue aux surtensions transitoires, et les matériels seront spécifiés : D 5 032 − 32 Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique ________________________________________________________________________________________________________ 8. Protection différentielle INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT tels déclenchements, dus notamment aux surtensions transitoires induites dans les lignes du réseau de distribution, peuvent se produire lors d’orages à proximité. Les constructeurs ont donc recherché des dispositions permettant d’éviter de tels déclenchements et des essais ont été mis au point dans ce sens (tableau 12). La plupart des dispositifs différentiels comportent maintenant des dispositions constructives garantissant leur immunité contre les surtensions transitoires de choc ; ces dispositifs portent le marquage d’un symbole en forme d’aileron de requin qui est analogue à celui d’une onde de tension de choc. 8.1 Principe et différents types de dispositifs La protection différentielle se compose de trois parties (figure 35) qui peuvent être incorporées dans le même appareil ou être séparées : — la détection, constituée d’un tore qui entoure tous les conducteurs actifs du circuit à protéger ; lorsque la somme vectorielle des courants dans les conducteurs est nulle, aucun courant ne parcourt le circuit secondaire du tore ; si une différence se produit, par exemple en cas d’un défaut à la terre en aval, un courant va être induit dans le circuit secondaire ; — la mesure du courant détecté par le tore ; lorsque ce courant atteint une valeur prédéterminée, il envoie un signal. Ce dispositif peut comporter un amplificateur et nécessiter une source d’alimentation auxiliaire, indépendante ou prise sur le réseau d’alimentation ; il peut être électronique ; — le dispositif qui, recevant le signal provenant de la mesure, provoque la coupure de l’alimentation ; la coupure est généralement électromécanique et intéresse l’ouverture des contacts de chacun des pôles. ■ Les dispositifs de protection différentielle peuvent être : — des interrupteurs différentiels qui remplissent les fonctions de protection différentielle et de commande ; de ce fait, leur courant assigné est limité, et ils n’ont pas de pouvoir de coupure ; — des disjoncteurs différentiels qui, en plus des fonctions des interrupteurs différentiels, remplissent les fonctions de protection contre les surintensités ; — des déclencheurs qui sont constitués de tores indépendants mesurant le courant différentiel, associés à des relais pouvant agir soit sur la bobine d’un contacteur, soit sur la bobine d’un disjoncteur. 8.2 Limitation des déclenchements indésirables Figure 35 – Protection différentielle : principe Les utilisateurs se sont souvent plaints de déclenchements indésirables des dispositifs différentiels qui étaient provoqués pour des raisons autres que l’apparition de défauts dans l’installation. De (0) Tableau 12 – Essais d’immunité contre les déclenchements indésirables des dispositifs différentiels Causes Surtensions de foudre Surtensions de coupure Caractéristiques des essais Onde de tension 1,2 /50 µs ; 6 kV Onde de courant 8 /20 µs ; 200 A 5 ns, 4 kV par rafales d’ondes à front raide Normes de référence NF C 61-140 ; NF C 62-411 CEI 60 CEI 801-4 Courant de démarrage de moteurs 6 In NF C 61-140 Courant d’allumage de tubes fluorescents 0,5 ns ; 100 kHz ; 200 A IEEE 587 Fermeture sur charges capacitives Fermeture sur une capacité de 470 nF NF C 62-411 Champs électromagnétiques rayonnés 27 à 500 MHz ; 10 V/m CEI 801-3 Décharges électrostatiques 15 kV ; 5 à 30 ns CEI 801-2 Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique D 5 032 − 33 INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT _________________________________________________________________________________________________________ 8.3 Influence des composantes continues Les matériels d’utilisation comportent de plus en plus des dispositifs électroniques redresseurs qui permettent un fonctionnement mieux adapté aux besoins, mais qui ont l’inconvénient de déformer l’onde sinusoïdale de courant, qui comprend alors une quantité appréciable d’harmoniques. En cas de défaut à la terre en aval de tels matériels, le courant de défaut qui traverse le dispositif différentiel comporte une composante continue qui peut désensibiliser ce dispositif, au point qu’il ne puisse déclencher ; la désensibilisation dépend de la nature du dispositif de détection et de mesure du courant de défaut. Un certain nombre de solutions permettent de remédier à ces inconvénients ; en particulier, la réalisation en classe II de la partie du matériel en aval du dispositif redresseur permet d’éviter l’apparition de toute composante continue dans le courant de défaut, mais une telle réalisation ne paraît pas possible pour tous les matériels électriques. Il ne semble pas que la présence de composantes continues ait été, jusqu’à présent, la cause d’accidents, d’autant qu’elle n’inhibe pas complètement le fonctionnement correct du dispositif différentiel en cas de défaut dans un autre appareil ou dans une autre partie de l’installation. Les dispositifs différentiels à haute sensibilité ( I ∆n 30 mA ) ne peuvent jamais être du type S. 8.5 Sélectivité 8.5.1 Sélectivité totale La sélectivité est destinée à n’éliminer, en cas de défaut, que la partie d’installation dans laquelle se trouve ce dernier. Elle est totale si les deux conditions suivantes sont respectées (figure 36) : — le courant de non-déclenchement du dispositif en amont doit être supérieur au courant de déclenchement du dispositif en aval : I ∆n A -------------- > I ∆nB 2 — le temps minimal de non-déclenchement du dispositif en amont doit être supérieur au temps minimal de déclenchement du dispositif en aval : t nf A > t f B La figure 37 donne un exemple de réalisation avec une sélectivité totale des circuits. 8.5.2 Sélection des circuits (sélectivité horizontale) 8.4 Caractéristiques des dispositifs différentiels Du point de vue de leurs caractéristiques de fonctionnement, il existe deux types de dispositifs différentiels. — Les dispositifs à usage général ne comportent aucun retard intentionnel. — Les dispositifs dits sélectifs (type S) comportent un retard intentionnel et sont définis par : • une caractéristique de non-déclenchement fixant, en fonction du courant différentiel, le temps pendant lequel il ne doit pas s’ouvrir ; • une caractéristique de déclenchement fixant, en fonction du courant différentiel, le temps pendant lequel il doit s’ouvrir. Les temps de déclenchement sont indiqués dans le tableau 13 en fonction du courant différentiel qui les traverse. Les temps de non-déclenchement sont compatibles avec les temps de coupure définis pour la protection contre les chocs électriques [D 5 030]. Le tableau 13 montre, de plus, que les temps de non-déclenchement des dispositifs du type S permettent d’assurer la sélectivité, compte tenu des conditions du paragraphe 8.5. (0) Tableau 13 – Temps de déclenchement et de non-déclenchement des dispositifs différentiels Dispositif Courant différentiel assigné Courant différentiel Caractéristiques > 0,03 A D 5 032 − 34 2 I n 5 I n 500 A (s) (s) (s) 0,5 0,2 0,04 0,04 de non-déclenchement 0,13 0,06 0,05 0,04 de déclenchement 0,2 0,15 à usage général quelconque de déclenchement sélectif (type S) I n 0,5 0,15 (s) La sélection des circuits consiste à répartir une installation en plusieurs groupes de circuits, et à protéger chacun d’eux par un dispositif différentiel de sensibilité appropriée aux risques rencontrés dans les locaux desservis par ces circuits (figure 38). Dans ce schéma, il est possible de ne pas prévoir de dispositif différentiel à l’origine de l’installation sous réserve que la partie d’installation comprise entre l’origine et les dispositifs différentiels (rectangle en tireté) soit réalisée suivant les conditions de la classe II ou de l’isolation supplémentaire lors de l’installation. 8.6 Protection complémentaire contre les contacts directs La plupart des accidents d’origine électrique sont dus à des contacts directs résultant du manque d’entretien des matériels, de la négligence ou de l’imprudence des usagers. Ainsi, l’usure des câbles souples peut entraîner la disparition de l’isolation des conducteurs ou la rupture du conducteur de protection, rupture qui n’est pas détectée ; tout contact avec le câble souple devient dangereux. De nombreux accidents sont également dus à des interventions sur des matériels à des fins de réparation sans mettre hors tension l’appareil. Afin d’assurer la sécurité des usagers, la protection différentielle à haute sensibilité ( 30 mA ) coupe le courant avant que son passage à travers la personne n’ait des conséquences dangereuses ; le dispositif ne limite pas le courant, mais intervient dans un temps compatible avec la sécurité. Les améliorations et perfectionnements apportés par les constructeurs, dans la conception et la construction de ces dispositifs, ont permis d’imposer leur emploi dans toutes les circonstances où ils pouvaient contribuer à l’amélioration de la sécurité. Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique ________________________________________________________________________________________________________ INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT Figure 38 – Sélection des circuits Figure 36 – Sélectivité totale : principe Figure 37 – Sélectivité totale : exemple La protection par ces dispositifs est imposée pour les circuits alimentant des socles de prises de courant, du fait que ces socles alimentent des appareils raccordés par câbles souples. Elle peut intéresser un circuit ou plusieurs circuits, si les conséquences du fonctionnement du dispositif n’affectent pas le fonctionnement des autres appareils alimentés. Dans les installations domestiques, un seul dispositif est en principe suffisant pour protéger tous les circuits, mais, pour des raisons de confort d’exploitation, il est souvent préférable de prévoir au moins deux dispositifs différentiels, dont l’un protège également le circuit desservant la salle d’eau. Toutefois, une telle protection peut être incompatible avec le fonctionnement des installations, notamment lorsque les circuits alimentent des matériels produisant des courants de fuite dont la somme pourrait être supérieure au courant de non-déclenchement du dispositif différentiel, soit 15 mA. Ainsi, l’alimentation, par un même circuit, d’une dizaine d’appareils dont chacun produit en service normal un courant de fuite de 2 mA, peut conduire à l’impossibilité de maintenir le dispositif différentiel fermé. L’application la plus générale est constituée des appareils électroniques et informatiques ; ils sont maintenant munis d’alimentations à découpage produisant un taux d’harmoniques excessif et limité par des filtres avec des condensateurs qui sont une source de courants de fuite. Théoriquement, les normes tolèrent un courant de fuite de 3,5 mA par appareil, mais, en pratique, de telles valeurs ne sont jamais atteintes. Différentes dispositions doivent donc être prises afin d’éviter des incompatibilités de fonctionnement, telles que : — effectuer l’alimentation des matériels produisant de tels courants de fuite par des circuits spécialisés sans protection différentielle, ces circuits étant alimentés par des transformateurs ou des onduleurs ; — protéger chaque socle de prise de courant par un dispositif différentiel ; — répartir les socles de prises de courant protégés par un même dispositif différentiel sur les trois phases d’un circuit triphasé, les courants de fuite se compensant et pouvant s’annuler. En outre, il convient d’éviter, dans de telles installations, le schéma IT, car, après un premier défaut d’isolement, les courants de fuite des appareils alimentés par les autres phases sont augmentés dans un rapport de 2 à 3. Cette protection n’est pas imposée pour les socles de prises de courant assigné supérieur à 32 A dans les locaux non mouillés (c’est-à-dire correspondant aux conditions d’influences externes AD1, AD2 ou AD3 [D 5 030]) car les appareils alimentés par de telles prises de courant sont des appareils fixes, ou installés à poste fixe, et sont utilisés dans des installations surveillées par un personnel d’entretien. Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique D 5 032 − 35 INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT _________________________________________________________________________________________________________ Cette protection par dispositifs différentiels à haute sensibilité doit être considérée comme une protection complémentaire contre les contacts directs pour pallier la défaillance des mesures normales, mais ne saurait dispenser en aucun cas des mesures de protection imposées pour la protection contre les chocs électriques et, en particulier, de relier les masses des appareils à une prise de terre ; s’il est vrai que ces dispositifs assurent la coupure avant que la personne touchant un élément sous tension ne soit dans une situation dangereuse, il n’en est pas moins vrai qu’il convient d’éviter que ce soit le contact d’une personne qui provoque le fonctionnement du dispositif. Toutefois, dans certaines circonstances où il n’existe pas de prise de terre, et où la réalisation d’une prise de terre se révèle difficile, pour des raisons pratiques ou économiques, des appareils peuvent être protégés par des dispositifs différentiels à haute sensibilité sans mise à la terre. Une telle utilisation doit être strictement limitée et n’est admise que dans des installations existantes et dans des locaux secs (condition d’influence externe AD1). De toute manière, une telle protection ne protège pas une personne qui toucherait simultanément deux parties actives à des potentiels différents, car le dispositif ne saurait faire de distinction entre un appareil d’utilisation et une personne. Heureusement, de telles circonstances sont très rares. Ainsi, la généralisation des dispositifs différentiels à haute sensibilité constitue une amélioration importante du niveau de sécurité des installations et peut être considérée également comme un élément de confort pour l’usager. 8.7 Compatibilité entre dispositifs différentiels et parafoudres La notion de disjoncteur de branchement (frontière entre réseau de distribution publique et installation intérieure) est le plus souvent associée à celle de protection différentielle. Il en existe trois types : — le disjoncteur de branchement avec fonction différentielle (500 mA) non retardée ; — le disjoncteur de branchement avec fonction différentielle (500 mA) retardée (type S) ; — le disjoncteur de branchement sans fonction différentielle. Le tableau 14 montre les avantages et inconvénients respectifs de ces trois solutions. 9. Commande, sectionnement, coupure Ces trois fonctions ont été codifiées, pour bien distinguer les cas d’application et les matériels à utiliser. Nous ne ferons ici qu’un rappel, les dispositions étant développées dans l’article Appareillage électrique à basse tension. Généralités. Principes. Technologie [D 4 860] de ce traité. commande fonctionnelle, ainsi désignée pour la distinguer des autres fonctions de coupure qui concernent la sécurité. Les matériels correspondants (interrupteurs, commutateurs, contacteurs ou relais, thermostats, gradateurs, etc.) peuvent être soit à action directe, soit asservis à la variation d’une grandeur physique (tableau 15). ■ Règles Indépendamment de l’adaptation de tout appareil de commande à sa fonction, les organes de commande doivent être signalés de façon compréhensible : indication en clair des appareils, circuits, locaux concernés, pour éviter toute interprétation erronée. 9.2 Sectionnement ■ Définition C’est une fonction destinée à assurer la mise hors tension de tout ou partie d’une installation, en séparant celle-ci de toute source d’énergie électrique, pour des raisons de sécurité. Les matériels correspondants (interrupteurs, disjoncteurs, coupe-circuit, sectionneurs) sont conformes, outre leurs normes propres, à des règles spécifiques au sectionnement (tableau 15). ■ Règles En application de ce principe, les conditions régissant les appareils de sectionnement, en plus par exemple des distances d’ouverture de contacts propres à la commande, tiennent compte des possibilités d’amorçage par surtensions, dans la gamme des contraintes prévues. De la même façon, la position ouverte doit être indiquée sans ambiguïté, même en cas de dysfonctionnement de la chaîne cinématique. Un sectionnement doit intéresser tous les conducteurs actifs, et être disposé sur tout circuit pour permettre les interventions hors tension en aval. Il peut être effectué par des dispositifs unipolaires, sous réserve d’un regroupement fonctionnel évident, repéré, séparé d’autres groupements similaires. La déconnexion d’un conducteur d’une borne n’est pas admise comme moyen de sectionnement. Des dispositions doivent être prises pour que des dispositifs de sectionnement, non capables d’assurer une coupure ou une commande, ne puissent être manœuvrés en charge (blocage, verrouillage, indications). Ils ne doivent pas pouvoir être refermés intempestivement, cette prescription pouvant être réalisée soit par construction, soit par installation. 9.3 Coupure C’est une action destinée à couper (en charge) l’alimentation d’un appareil ou d’un circuit, pour des raisons et sous les conditions relatives au type de coupure considéré. 9.3.1 Coupure pour entretien mécanique 9.1 Commande ■ Définition C’est une action destinée à assurer la fermeture, l’ouverture ou la variation de l’alimentation électrique de tout ou partie d’un circuit, à des fins de fonctionnement normal. Il s’agit ici de la D 5 032 − 36 ■ Elle est destinée à éviter les dangers autres que les chocs électriques et les arcs, lors des travaux d’entretien d’ordre non électrique sur des matériels. Citons, par exemple, la non-remise en marche intempestive d’un broyeur. Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique ________________________________________________________________________________________________________ INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT (0) Tableau 14 – Avantages et inconvénients des différents types de disjoncteurs de branchement Disjoncteur de branchement Protection en cas de défaut à la terre Protection contre les surtensions En cas de défaut à la terre en aval du dispositif différentiel (30 mA), le disjoncteur de branchement amont peut également déclencher. Le fonctionnement du parafoudre provoque l’ouverture du disjoncteur de branchement. En cas de défaut à la terre en aval du dispositif différentiel (30 mA), grâce à la temporisation du disjoncteur de brancheI∆n = 30 mA ment différentiel sélectif, seule l’alimenA f i n d ’ a s s u r e r l a tation des circuits en sélectivité avec ce dis- aval est interrompue. positif, le disjoncteur de branchement est du En cas de défaut sur les type S. autres circuits, la totalité de l’installation est La sélectivité est par- coupée, à moins d’instielle à moins d’installer taller en amont de ces un dispositif différentiel circuits une protection à moyenne sensibilité différentielle approen A. priée. Le fonctionnement du parafoudre ne provoque pas l’ouverture du disjoncteur de branchement. Les différents circuits de l’installation sont protégés par groupes par des dispositifs différentiels de sensibilité appropriée aux risques : — circuit alimentant les socles de prises de courant et la salle d’eau, par des dispositifs à haute sensibilité : L’installation de parafoudres nécessiterait un dispositif de déconnexion automatique incorporé ou en amont du parafoudre. Le fonctionnement du parafoudre ne provoque pas l’ouverture du disjoncteur de branchement. Sélectivité Les circuits alimentant des socles de prises de courant et la salle d’eau sont protégés par un dispositif différentiel : I∆n = 30 mA La sélectivité est non assurée. DIFFÉRENTIEL NON RETARDÉ I∆n = 500 mA Les circuits alimentant des socles de prises de courant et la salle d’eau sont protégés par un dispositif différentiel : DIFFÉRENTIEL SÉLECTIF TYPE S I∆n = 500 mA ∆t < 40 ms NON DIFFÉRENTIEL I∆n = 30 mA En cas de défaut à la terre, seuls les circuits protégés par le même dispositif différentiel sont coupés. La partie entre le disjoncteur et les dispositifs différentiels doit être réalisée en double isolation. Des dispositifs différentiels doivent protéger tous les circuits (par groupes). La totalité de l’installation est alors coupée. L’ensemble de l’installation restée saine est toujours alimenté. — les autres circuits par des dispositifs à moyenne sensibilité : I∆n = 100 ou 300 mA Ce schéma assure une sélectivité totale par sélection des circuits. BT PE T borne principale de terre de l’installation. conducteur de protection. prise de terre. Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique D 5 032 − 37 INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES BT _________________________________________________________________________________________________________ ■ Règles Les dispositifs doivent être conçus de façon à empêcher toute remise en marche intempestive, ou être sous la surveillance constante des personnes effectuant cet entretien. Ils sont, de préférence, disposés dans le circuit principal d’alimentation. Leur insertion dans les seuls circuits de commande n’est admise que sous réserve de sécurités complémentaires (asservissements mécaniques par exemple). 9.3.2 Coupure d’urgence ■ Elle est destinée à supprimer, aussi rapidement que possible, les dangers qui peuvent survenir de façon imprévue (choc électrique, incendie, explosion). On peut citer, par exemple, la coupure d’une chaufferie et celle des enseignes lumineuses extérieures (coupures pompiers), la coupure d’urgence des grandes cuisines. ■ Règles Cette action doit être conçue pour assurer : — la coupure en charge de tous les conducteurs actifs ; — une action aussi directe que possible, en une seule manœuvre, d’un organe de commande, sur tous les conducteurs concernés. Elle doit être aisément reconnaissable, facilement et rapidement accessible. Elle peut être adaptée à un appareil, un circuit, voire à un ensemble de circuits terminaux ; il est, par exemple, admis qu’une petite installation soit munie d’un seul dispositif (interrupteur général, disjoncteur de branchement, etc.). Dans le cas d’installation d’un tel appareil dans un emplacement où peuvent circuler des personnes étrangères à l’exploitation (public), ce dispositif peut être à accès conditionnel (bris de vitre par exemple). Les prises de courant ne sont pas admises comme étant de tels dispositifs. 9.3.3 Arrêt d’urgence ■ C’est un cas particulier de la coupure d’urgence, destiné à arrêter un mouvement devenu dangereux ; il peut, éventuellement, maintenir temporairement une partie d’alimentation des systèmes de freinage ou de blocage. Ce type de coupure concerne, par exemple, l’arrêt d’un escalier mécanique, d’un ascenseur ou d’une machine-outil. 9.4 Choix et nature des dispositifs Un dispositif peut assurer plusieurs fonctions s’il satisfait aux prescriptions de chacune de ces fonctions. Il faut noter que les prises de courant d’intensité assignée In inférieure ou égale à 16 A sont réputées pouvoir assurer la fonction de commande et, bien entendu, celle de sectionnement. Par exemple, les fonctions de coupure d’urgence et de commande fonctionnelle peuvent être assurées par le même dispositif si celui-ci est conçu et mis en œuvre pour chacune de ces différentes fonctions. Ce dispositif peut également remplir la fonction de sectionnement s’il est apte au sectionnement. Selon les normes qui leur sont applicables, les différents dispositifs peuvent assurer les fonctions données dans le tableau 15. (0) Tableau 15 – Fonctions de coupure assurées par divers dispositifs Dispositifs Commande fonctionnelle Interrupteurs, commutateurs, thermostats, etc................... Sectionneurs........................................................................... Contacteurs............................................................................. Disjoncteurs ............................................................................ Télérupteurs............................................................................ Prises de courant ( I n 16 A ) ................................................ Prises de courant (In > 32 A).................................................. Fusibles ................................................................................... Dispositifs de commande à semi-conducteurs ; gradateurs Appareil de commande et de protection autocoordonnées O X O O O O X X O O O S X (1) (2) (3) Coupure Sectionnement pour entretien mécanique S O X (1) S X O O O X S O X (2) O O X O X (3) X X O Coupure d’urgence Arrêt d’urgence O X (2) O O X X X (3) X X O O X (2) O O X X X (3) X X O Fonction assurée. Fonction assurée si le dispositif est reconnu apte au sectionnement par sa norme. Fonction non assurée. Dans certains cas, la fonction peut être assurée suivant la conception et la mise en œuvre du dispositif. La fonction peut être assurée par la manœuvre d’un sectionneur équipé de contacts de précoupure commandant un dispositif de coupure en charge sous réserve qu’ils fassent partie d’un ensemble d’appareillage coordonné et qu’il soit à sécurité positive ou à double signalisation ouvert-fermé. L’article 20 du décret du 14.11.88 exige que la réunion ou la séparation des deux constituants des prises de courant supérieures à 32 A ne puisse s’effectuer que hors charge. D 5 032 − 38 Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique P O U R Installations électriques par E N Roland AUBER Ancien Ingénieur en Chef de la Fédération Nationale de l’Équipement Électrique (FNEE) Secrétaire Général de l’Association Internationale des Entreprises d’Équipement Électrique (AIE) et Claude RÉMOND Ingénieur de l’École Supérieure d’Électricité Ancien Ingénieur en Chef de l’Union Technique de l’Électricité (UTE) Bibliographie Revues françaises Spécialisées en installations électriques Enjeux (courrier de la normalisation). Journal des Électriciens (JE). Journal de l’Équipement Électrique et Électronique (J3E). EPURE (DER-EDF). L’Artisan Électricien, Électronicien. Lux. Spécialisées en électricité, traitant parfois de sujets relatifs aux installations Revue Internationale de l’Éclairage. Spécialisées en éclairage Sécurité Bulletin de l’UTE. Revues des constructeurs de matériels électriques Revue Générale de l’Électricité (RGE). Revue Brown Boveri. Les Cahiers de l’Ingénierie (CINELI). Cahiers Techniques Merlin Gérin. Industrie – Cahiers Français de l’Électricité (CFE). Revue GEC-Alsthom. Traitant occasionnellement de sujets relatifs aux installations électriques Mazda Contact. Maintenance et Entreprise. Les Cahiers Techniques du Bâtiment. Revue Technique des APAVE. DEBOMY (P.). – La maintenance des équipements gaz et électricité. CEGIBAT, Eyrolles (1981). BARBIER, BECHU et DUMESNY. – Aide-mémoire de métreur en électricité. Eyrolles (1966). Électro-Négoce (FGMEE). FOLLIOT (D.). – Les accidents d’origine électrique. Masson (1982). CHOQUET (R.) et GILLET (J.C.). – Vademecum de la sécurité électrique. Sté Alpine de publication (1991). Publication 479 de la CEI. Effets du courant électrique sur le corps humain. Les Cahiers de notes documentaires de l’INRS (Institut National de Recherche et de Sécurité). Établissement des prix. Maintenance GUIGNARD (F.). – La pratique des contrats de maintenance dans les immeubles. Ed. du Moniteur (1982). Les cahiers de l’OPPBTP (Office Professionnel de Prévention du Bâtiment et des Travaux Publics). Normalisation Doc. D 5 039 9 - 1994 L’Union technique de l’électricité (UTE) met à la disposition des lecteurs les collections de normes françaises, étrangères et internationales, ainsi que des reproductions de textes réglementaires : les unes et les autres peuvent également être acquises à l’Association française de normalisation (AFNOR). Dans chaque pays, le service national de normalisation peut rendre les mêmes services. NF C 11-201 9-91 Textes officiels relatifs à la sécurité contre l’incendie dans les immeubles de grande hauteur. C 12-101 2-92 Textes officiels relatifs à la protection des travailleurs dans les établissements qui mettent en œuvre des courants électriques. C 12-201 4-94 Textes officiels relatifs à la protection contre les risques d’incendie et de panique dans les établissements recevant du public (extraits concernant les installations électriques). C 12-330 5-80 Textes officiels relatifs à la protection du personnel dans les mines et carrières qui mettent en œuvre des courants électriques. Textes UTE C 00-105 9-86 La directive Basse Tension du Conseil des Communautés Européennes. Décret d’application de 1975. Décret d’application de 1981. UTE C 00-106 6-88 La directive Basse Tension du Conseil des Communautés Européennes. Application. C 00-230 5-86 Réseaux de distribution publique d’énergie électrique. C 12-061 10-82 Arrêté ministériel du 29 mai 1986 : tensions normales de 1re catégorie des réseaux de distribution d’énergie électrique. Normes C 00-300 10-69 Arrêté ministériel du 22 octobre 1969 : Règlement des installations électriques des bâtiments d’habitation. NF C 04-200 12-80 Repérage des conducteurs (CEI 152, 391 et 446). NF C 04-445 9-91 C 00-301 12-72 Textes officiels relatifs au contrôle et à l’attestation de conformité des installations électriques intérieures aux règlements et normes de sécurité en vigueur. Identification des bornes de matériels et des extrémités de certains conducteurs désignés et règles générales pour un système alphanumérique (NF EN 60-445 ; CEI 445). C 11-001 Textes officiels relatifs aux conditions techniques auxquelles doivent satisfaire les distributions d’énergie électrique (arrêté du 2.4.91). NF C 13-100 6-83 Postes de livraison établis à l’intérieur d’un bâtiment et alimentés par un réseau de distribution publique de deuxième catégorie. 4-91 Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. − © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique Doc. D 5 039 − 1 S A V O I R P L U S P O U R E N S A V O I R P L U S INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES ___________________________________________________________________________________________________________ NF C 13-101 12-85 Postes de livraison. Postes semi-enterrés préfabriqués sous enveloppe, alimentés par un réseau de distribution publique de deuxième catégorie. UTE C 15-421 12-86 Installations électriques à basse tension. Guide pratique. Installations alimentées à des fréquences de 100 à 400 Hz. NF C 13-102 12-85 Postes de livraison. Postes simplifiés préfabriqués sous enveloppe, alimentés par un réseau de distribution publique de deuxième catégorie. UTE C 15-476 12-91 Installations électriques à basse tension. Guide pratique. Sectionnement, commande, coupure. UTE C 15-520 3-92 NF C 13-103 12-85 Postes de livraison. Postes sur poteau, alimentés par un réseau de distribution publique de deuxième catégorie. Installations électriques à basse tension. Guide pratique. Canalisations. Modes de pose. Connexions UTE C 15-531 12-86 NF C 13-200 12-89 Installations électriques à haute tension : Règles. Installations électriques à basse tension. Guide pratique. Protection contre les surtensions d’origine atmosphérique. Installation de parafoudres. UTE C 15-559 7-94 Installations électriques à basse tension. Installations d’éclairage en très basse tension. UTE C 15-720 2-75 Équipement de chauffage électrique des locaux. Équipements de chauffage électrique incorporés à la construction des bâtiments. Règles de sécurité électrique : prescriptions provisoires. C 13-211 9-85 Installations électriques à haute tension. Installations des chaudières à électrodes immergées ou à jets. NF C 14-100 2-84 Installations de branchement de première catégorie comprises entre le réseau de distribution et l’origine des installations intérieures : Règles. NF C 15-100 5-91 Installations électriques à basse tension : Règles. UTE C 15-103 9-92 Installations électriques à basse tension. Guide pratique. Choix des matériels électriques (y compris les canalisations) en fonction des influences externes. UTE C 15-104 12-91 Installations électriques à basse tension. Guide pratique. Méthode simplifiée pour la détermination des sections de conducteurs et le choix des dispositifs de protection. UTE C 15-105 6-91 Guide pratique. Détermination des sections des conducteurs et choix des dispositifs de protection. UTE C 15-106 5-93 Guide pratique. Sections des conducteurs de protection, des conducteurs de terre et des conducteurs de liaison équipotentielle. C 15-801 9-85 Produits mobiliers comportant un équipement électrique. Mise en œuvre des règles de sécurité électrique. NF C 17-100 2-87 Protection contre la foudre. Installations de paratonnerres : règles. NF C 17-200 3-93 Installations d’éclairage public : règles. UTE C 17-205 9-92 Éclairage public. Guide pratique. Détermination des caractéristiques des installations d’éclairage public. NF C 17-300 8-88 Conditions d’utilisation des diélectriques liquides. Première partie : risques d’incendie. UTE C 18-510 11-88 Recueil d’instructions générales de sécurité d’ordre électrique (mise à jour 1991). UTE C 18-530 5-90 Carnet de prescriptions de sécurité électrique destiné au personnel habilité – non électricien (B0, H0), exécutant (B1, H1), chargé d’interventions (BR). NF C 20-000 12-90 Construction électrique. Classification des conditions d’environnement. UTE C 15-107 5-92 Guide pratique. Détermination des caractéristiques des canalisations préfabriquées et choix des dispositifs de protection. UTE C 15-131 2-82 Conditions particulières d’installation des appareils d’utilisation alimentés par des circuits appartenant à des installations différentes : Prescriptions provisoires. NF C 15-140 1-63 Clôtures électriques : Règles d’établissement et d’entretien. NF C 15-150 12-82 Installations de lampes à décharge à cathode froide alimentées en haute tension à partir d’une installation électrique à basse tension. UTE C 15-201 9-92 Installations électriques à basse tension. Guide. Installations électriques des grandes cuisines. NF C 20-030 7-77 Matériel électrique à basse tension. Protection contre les chocs électriques : règles de sécurité. NF C 15-211 12-90 Installations électriques à basse tension. Installations dans les locaux à usage médical. NF C 20-070 5-93 UTE C 15-401 5-93 Installations électriques à basse tension. Guide pratique. Installations des groupes moteurs thermiques-générateurs. Codage des dispositifs indicateurs et des organes de commande par couleurs et moyens supplémentaires (NF EN 600-73 ; CEI 73). UTE C 15-411 9-86 Installations électriques à basse tension. Guide pratique. Installation des systèmes d’alarme. Sécurité électrique. NF C 20-010 10-92 Degrés de protection procurés par les enveloppes. NF C 20-015 Classification des degrés de protection procurée par les enveloppes contre les impacts mécaniques (code iK) (en projet). Normes de matériels électriques d’installation (voir catalogue méthodique de l’UTE) Textes officiels Réglementation de la construction Arrêté du 22 octobre 1969 (pris en application du décret du 14 juin 1969). Obligation de la conformité aux normes NF C 14-100, NF C 15-100, JO du 30 octobre 1969 (C 00 -300). Contrôle des installations électriques Décret 72-1120 du 14 décembre 1972 et arrêté du 17 octobre 1973. Contrôle et attestation de conformité des installations électriques intérieures aux règles et normes de sécurité en vigueur (C 00-301). Protection des travailleurs Décret no 65-48 du 8 janvier 1965. Mesures particulières de protection et de salubrité applicables aux établissements dont le personnel exécute des travaux du bâtiment, des travaux publics et tous autres travaux concernant les immeubles. JO Publ. 65-10. o Décret n 77-1321 du 29 novembre 1977 et du 10 février 1982. Travaux effectués dans un établissement par une entreprise extérieure. OPPBTP no 191. Doc. D 5 039 − 2 Décret no 88-1056 du 14 novembre 1988. Protection des travailleurs dans les établissements qui mettent en œuvre des courants électriques (JO Publ. 1078 et C 12-101 UTE). Décret no 82-167 du 16 février 1982. Mesures particulières destinées à assurer la sécurité des travailleurs contre les dangers d’origine électrique lors des travaux de construction, d’exploitation et d’entretien des ouvrages de distribution d’énergie électrique. JO du 17 février 1982. Nota : l’ensemble de ces textes fait l’objet de la publication ED 723 de l’INRS. Établissements recevant du public Décret no 73-1007 du 31 octobre 1973 – Arrêté du 25 juin 1980. Règlement de sécurité contre les risques d’incendie et de panique dans les établissements recevant du public. JO Publ. 1477. Décret no 76-589 du 15 juin 1976 modifié le 30 décembre 1983. Protection contre les risques d’incendie et de panique dans les immeubles de grande hauteur (Publ. JO 1536 et C 12-061 UTE). Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. − © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique ___________________________________________________________________________________________________________ INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES Réseaux Matériels Arrêté du 2 avril 1991. Conditions techniques auxquelles doivent satisfaire les distributions d’énergie électrique. JO Publ. 1112 (C 11-001 UTE). Décret no 78-779 du 17 juillet 1978. Règlement de la construction du matériel électrique utilisable en atmosphère explosive (JO du 25 juillet 1978). Arrêté du 29 mai 1986. Tension normale des réseaux BT portée à 230 volts. (JO du 25 juin 1986 – C 00-230). Décret no 75-848 du 26 août 1975 mod. 30 décembre 1981. Application de la directive basse tension de la CEE. Sécurité des matériels électriques (Publ. UTE C 00-105). Environnement Loi du 19 juillet 1976. Installations classées pour la protection de l’environnement. JO Publ. 1001. Décret no 81-1238 du 30 décembre 1981. Sécurité des prises de courant électrique (JO du 10 janvier 1982). Décret no 87-59 du 2 février 1987 : mise sur le marché, utilisation et élimination des polychlorobiphényles et polychloroterphényles. Mémentos professionnels Promotelec Locaux d’habitation : installation électrique intérieure. E - Canalisations électriques enterrées. Exploitations agricoles : installation électrique. F - Moulures, plinthes et goulottes dans les locaux d’habitation. Établissements recevant du public : installation électrique. G - Installation triphasée dans les locaux d’habitation. Locaux recevant des travailleurs : installation électrique haute et basse tension. H - Mise à la terre. Locaux artisanaux et commerciaux : installation électrique. I - Prise de terre. Piscines et établissements sportifs : installation électrique. J - Prise de terre dans les immeubles anciens. Équipements frigorifiques thermodynamiques : installation électrique. K - Liaison équipotentielle principale d’un bâtiment. Locaux d’habitation. Étude thermique et isolation. L - Conduits isolants conformes à une norme internationale. Enseignes lumineuses : installations électriques d’éclairage à haute tension. Information PROMOTELEC Automates programmables. no 1 - Installation électrique intérieure. Installations d’éclairage public. no 2 - Symboles normalisés. Immeubles collectifs. Installation électrique des services généraux no 3 - Alimentation électrique de la maison individuelle. Feuillets d’information A à L no 4 - Éclairage de sécurité dans les établissements recevant des travailleurs. A - Appareils électriques dans la salle d’eau. no 5 - Éclairage de sécurité dans les établissements recevant du public. B - Équipement électrique de la salle d’eau. no 7 - Éclairage de sécurité des immeubles d’habitation. C - Liaison équipotentielle dans la salle d’eau. no 8 - Alimentation appareils heures creuses et EJP. D - Chaufferies, sous-stations et locaux annexes. no 9 - Éclairage de sécurité par blocs autonomes. Technique générale des installations Guide de l’ingénierie électrique des réseaux intérieurs d’usines, GIMELECEDF-SYNTEC, Technique et Documentation, LAVOISIER, 1985. Avenir du génie électrique, Actes du colloque national. Ministère de la Recherche et de l’Enseignement supérieur, janvier 1987. GIMELEC. L’électricité dans l’industrie. Questions et réponses. L’Usine nouvelle 1986. Le transformateur de puissance. CEM 1982. Assises interprofessionnelles de l’électricité. Actes du colloque. Lyon. GIMELEC mai 1988. L’équipement électrique des bâtiments. C. RÉMOND. Eyrolles 1986. Guide NORMELEC. Pratique des règles pour les installations électriques à basse tension. SEPP. Guide de l’installation électrique. Merlin Gérin. France Impression Conseils 1991. 300 questions pratiques d’électricité dans le bâtiment. Éd. du Moniteur – CEGIBAT 1992. Comparatif entre les NF C 15-100 de 1977 et 1991. C. RÉMOND – SEPP 1990. Les installations électriques dans l’industrie et le tertiaire. P. JOURDREN, Masson 1990. Les Cahiers techniques du J3E-NORMELEC – SEPP : — no 1 - La protection différentielle ; — no 2 - La protection par fusibles et disjoncteurs ; — no 3 - Les canalisations ; — no 4 - Méthodes de calcul des installations électriques ; — no 6 - Les installations d’éclairage public ; — no 8 - Les installations électriques à haute tension ; — no 9 - Les postes MT et HT dans l’industrie et le tertiaire ; — no 12 - La coordination de l’isolement ; — no 13 - Protection contre la foudre. Le Mémo : 85 fiches de calcul pour la conception des équipements électriques - J3E-SEPP. Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. − © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique Doc. D 5 039 − 3 P O U R E N S A V O I R P L U S