Installations e lectriques BT - Protections

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© Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique D 5 032 − 1
D 5 032 6 - 1993
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)
’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.
1. Généralités sur la protection contre les chocs électriques......... D 5 032 - 2
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........................................................................................... Doc. D 5 039
L

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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].
■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.
■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.
■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.
■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.
■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).
Cette expression concerne à la fois les contacts directs et les
contacts indirects. Il n’y a pas de différence d’effet physio-
pathologique entre les deux types de contacts, mais les mesures
de protection à prendre sont très différentes.
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 utili-
sés pour des tensions au plus égales à 500 V [D 5 034].
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.).
Figure 1 – Exemple de contact direct
Figure 2 – Exemple de contact indirect

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Figure 3 – Différentes tensions suivant le schéma des liaisons à la terre

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■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 équi-
potentielle 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 ; 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 approximative-
ment 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.
Les tensions de contact peuvent être mesurées par un voltmètre
ayant une résistance interne de . Une valeur moyenne de
l’impédance du corps humain de 3 kΩ est réaliste pour de grandes
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 simultané-
ment. 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 :
source d’alimentation ;
E terre de référence (terre lointaine) ;
Idcourant de défaut ;
L1, L2, L3conducteurs de phase ;
LEP liaison équipotentielle principale ;
M masse ;
N conducteur neutre ;
PE conducteur de protection ;
PEN conducteurs neutre et de protection confondus ;
RArésistance de la prise de terre des masses
de l’installation ;
RBrésistance de la prise de terre du neutre de
l’alimentation.
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.
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.
40 k
3 k
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 Électro-
technique et dans les différentes normes d’installations et de
produits. On trouvera certaines définitions particulières dans
d’autres paragraphes.
A

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■ 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).
■ 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 .
■ 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.
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.
■ 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 I
d
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 4 a ) ;
— la lettre S signifie que le conducteur neutre et le conducteur
de protection sont séparés (figure 4 b ).
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 ( R
A
) sont distinctes. En cas de défaut, le
courant de défaut I
d
se referme par les deux prises de terre. Ce
schéma est, en France, celui des réseaux de distribution publique à
basse tension.
■ 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
I
Isolation principale Mise à la terre et coupure automatique
de l’alimentation
II
Isolation principale Isolation supplémentaire
ou
Isolation renforcée
ou
Isolation principale Dispositions constructives appropriées
III Alimentation en très basse tension Séparation électrique de tout autre circuit
et de la terre