Régime de neutre (cours et TD)

LYCÉE ST GATIEN
BTS
Schéma de liaisons à la Terre
Régime de neutre
ÉLECTROTECHNIQUE
MODULE TECHNIQUE
Système :
 Protection des personnes
 Régimes TT, TN, IT
 Résistance de Terre
 Sensibilité de la protection
 Courbe de sécurité
1. Problème posé:
L’absence d’une liaison avec la prise de terre représente un danger . (voir ci-dessous)
La protection des personnes contre les contacts indirects ou défaut d’isolement est assurée par ce que la norme NF-C 15-100
appelle les schémas de liaison à la terre ou liaison à la terre.
2. Codification des schémas de liaison à la Terre
Il y a 3 régimes de neutre caractérisés par 2 lettres : TT, TN et IT

La 1ere lettre caractérise la source :
o T  un point du transformateur (le neutre) est relié à la terre locale.
o I  le point neutre du transformateur est isolé (ou impédant) de la terre locale.

La 2nde lettre caractérise les masses :
o T  les masses des équipements sont reliées à une terre locale.
o N  les masses des équipements sont reliées a la terre du neutre de la source.
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3. Le régime de neutre TT
3.1. Principe
Le neutre du transformateur de distribution est mis à la terre à travers une prise de terre de résistance Rn. Les masses sont mises
à la terre à travers une prise de terre de résistance RA.
Le courant de défaut Id est limité par les impédances du circuit
Id =
Vo
RA + RN
=
230
= 7.6 A
20 + 10
La tension de contact Uc est la tension auquelle la personne est soumise lorsqu’elle touche l’appareil en défaut.
Uc = Ra x Id
= 20 x 7.6 = 152V
 tension mortelle
Règles de protection:
 Coupure automatique de l’alimentation par DDR au premier défaut.
 Masses interconnectées entre elles et reliées à une même prise de terre.
 Satisfaire cette relation Ra x IΔn ≤ UL
3.2. Exercice
Une entreprise en régime de neutre TT installe des machines
dans un atelier alimenté en 230 / 400 V. La protection des
machines est assurée par des DDR 30 A / 500 mA.
1- La phase 3 de la machine 1 touche la masse avec une résistance de contact de 4 Ω:
Représenter le courant de défaut.
Déterminer ce courant de défaut
Id = 230 / ( 4 + 30 + 10 ) = 5.2 A.
A quelle tension est soumise la personne qui touche cette machine ?
Uc = 30 x 5.2 = 156 V.
Le DDR F1 se déclenche-t-il, pourquoi ?
Oui, 5.2 A est très supérieure à 500 mA.
.
2-
La phase 1 de la machine 2 touche la masse:
Représenter le courant de défaut
Déterminer ce courant de défaut
A quelle tension est soumise la personne qui touche cette machine ?
Le DDR F1 se déclenche-t-il, pourquoi ?
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Id = 230 / 1000 = 230 mA
Uc = 230 V
Non , 230 mA < 250 mA ( IΔn / 2
3.3. Exercices d’application
Exercice 1 :
1- On branche une lampe (230V, 150W) entre une phase et le neutre. Que se passe-t-il pour la lampe et le disjoncteur ?
I = 150 / 230 = 0.65 A, ce courant est très inférieur à Irth = 20A.
Fonctionnement normal.
2- On branche une lampe entre le neutre et la terre, que se passe-t-il ?
Pas de différence de potentiel, la lampe ne brille pas.
3- c) On branche une lampe entre une phase et la terre, que se passe-t-il ?
I = 150 / 230 = 650 mA, ce courant est supérieure au calibre du différentiel (500 mA).
Il y a déclenchement du DDR.
4- d) Un défaut d’isolement se produit sur le lave linge, à partir de quelle tension de contact Uc le déclenchement du
disjoncteur peut-il se produire ?
Le déclenchement du DDR peut se produire à partir de I_n / 2 = 500 / 2 = 250 mA.
Uc = Ru x I_n / 2 = 20 x 0.25 = 5 V.
Exercice 2 :
1- On considère un défaut d’isolement entre la phase L2 et la masse de la machine. Calculer le courant de défaut Id.
Id = 230 / (15 + 8 ) = 10 A.
2- Le DDR va-t-il déclencher ? Pourquoi ?
Oui, 10 A >> 500 mA.
3- Calculer la tension de contact Uc auquelle est soumise la personne. Cette tension est-elle dangereuse?
Uc = Ra x Id = 15 x 10 = 150 V.
Oui, c’est une tension mortelle.
4- La condition de sécurité Ra x IΔn ≤ UL est-elle respectée ? ( UL = 50 V )
15 x 0.5 = 7.5 V , elle est donc respectée.
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4. Le régime de neutre TN
4.1. Schéma TN-C (Neutre et PE confondus en un seul conducteur appelé PEN ).
4.2. Schéma TN-S ( Neutre et PE séparés )
Un défaut d’isolement est constaté entre la phase 1 et la masse:
1- représenter le courant de défaut Id.
Un défaut d’isolement est constaté entre la phase 1 et la masse:
1- représenter le courant de défaut Id.
2- déterminer ce courant de défaut. ( ρ cuivre = 0.0225 Ω.mm² / m )
( Hypothèse: les impédances amont réduisent la tension de 20 % d’où 0.8 Vn )
0.8 ∗ V0
0.8 ∗ 230
Id =
=
= 3577 A
L
L
40
40

+ 
0.0225
+
0.0225
Sphase
SPEN
35
35
 Id est un court-circuit Phase - Neutre en régime TN
2- déterminer ce courant de défaut. (ρ cuivre = 0.0225 Ω.mm² / m)
( Hypothèse: les impédances amont réduisent la tension de 20 % d’où 0.8 Vn )
0.8 ∗ V0
0.8 ∗ 230
Id =
=
= 3717 A
L
L
30
30

+ 
0.0225
+
0.0225
Sphase
SPEN
30
25
 Id est un court-circuit Phase - Neutre en régime TN
3- déterminer la tension de contact Uc
L
Uc = ρ
∗ Id = 92 V
SPEN
3- déterminer la tension de contact Uc
L
Uc = ρ
∗ Id = 100 V
SPEN
4.3. Règles de protection en schéma TN

Coupure au premier défaut


.
Protection par disjoncteur ou fusible
Vérification de la longueur des câbles.
Il faut s’assurer que Id ≥ Irm ( courant de réglage magnétique du disjoncteur )
Il faut s’assurer que tf ≤ tc.
 tf : temps de coupure du disjoncteur
 tc : temps de coupure maximal autorisé par la norme
( court-circuit phase-neutre )
L < Lmax ( donnée par tableaux )
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4.4. Exercice: Détermination par tableaux de la longueur maximale d’un câble en régime TN.
1.
A l’aide du tableau ci-dessous, déterminer L max sachant que: Sph = Spe = 10 mm² protégé par disjoncteur 20 A.
L max = 409 m
2.
Selon la nature et la section des conducteurs, on applique des coefficients (à multiplier à L max).
Déterminer « le nouveau Lmax » si les conducteurs sont en aluminium (utiliser le tableau ci-dessus)
L max = 0.62 x 409 = 253 m
3.
En utilisant les 2 tableaux précédents, déterminer L max sachant que:
- conducteurs en aluminium ;
- Sph = 50 mm² ; Spe = 25 mm² ;
- disjoncteur 63 A .
1er tableau  649 m
2ème tableau coefficient correcteur = 0.42, d’où Lmax = 0.42 x 649 = 272 m
4.
Que devient L max si la tension limite conventionnelle est de 25 V ?
L max = 272 x 0.5 = 136 m
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5. Le régime de neutre IT
5.1. régime IT avec masses séparées
5.2. Masses interconnectées
Un premier défaut d’isolement survient sur la machine 1 entre la phase 3 et la masse :
1- Représenter le courant de défaut Id1 et calculer le
V0
230
Id1 =
=
= 225 mA
R a1 + R n + Z
15 + 5 + 1000
Un premier défaut d’isolement survient sur la machine 1 entre la phase 3 et la masse :
1- Représenter le courant de défaut Id1 et calculer le :
V0
230
Id1 =
=
= 104 mA
Ru + Rn + Z
10 + 10 + 2200
2-
Calculer Uc1 ; cette tension est-elle dangereuse ? Y a-t-il déclenchement du DDR1 ?
Uc1 = Ra1 x Id = 15 x 0.225 = 3.4 V
La tension n’est pas dangereuse, pas de déclenchement
Un second défaut d’isolement survient sur la machine 2 entre la phase 2 et la masse :
3- Représenter le courant de défaut Id2 et calculer le
U0
400
Id2 =
=
= 8.9 A
R a2 + R a2
30 + 15
4- Calculer Uc1 et Uc2; ces tensions sont-elles dangereuses ? Y a-t-il déclenchement des
DDR ?
Uc1 = Ra1 x Id2 = 15 x 8.9 = 133 V
Uc2 = Ra2 x Id2 = 30 x 8.9 = 267 V
Ces tensions sont dangereuses, il y a déclenchement des DDR
5.3. Conditions de mise en oeuvre en IT
Utilisation:



du limiteur de surtension (entre le neutre du transformateur et la terre)
d’une impédance de limitation ( Z )
d’un CPI ( contrôleur permanent d’isolement)
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2- Calculer Uc1 ; cette tension est-elle dangereuse ? Y a-t-il déclenchement du DDR1 ?
Uc1 = Ru x Id = 10 x 0.104 = 1 V
La tension n’est pas dangereuse, pas de déclenchement
Un second défaut d’isolement survient sur la machine 2 entre la phase 2 et la masse
On donne : ρ cuivre = 0.0225 Ω.mm² / m
UAH
3- Représenter le courant de défaut Id2 et calculer le Id2 =
LCD
LFE =
2
0.8∗ 400
2∗ 0.0225
SCD
+2
SFE
50 = 3200 A
40
+ 2∗ 0.0225
25
35
4- Calculer Uc1 ; cette tension est-elle dangereuse ? Y a-t-il déclenchement du DDR1 ?
Uc1 = 
LEF
SEF
x Id2 = 0.0225 x
50
35
x 3200 = 103 V
Cette tension est dangereuse, il y a déclenchement des DDR
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6. Courbe de sécurité
6.1. Principe
Les dangers encourus par les personnes traversées par un courant électrique dépendent essentiellement de son intensité et du
temps de passage.
La norme NF C 15-100 définit le temps de coupure maximal du dispositif de protection selon les conditions d’utilisation (UL)
Courbe de sécurité
Tension limite UL
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Milieu sec
U < 50 V
Milieu humide
U < 25 V
Milieu mouillé
U < 12 V
6.2. Exercice d’application
Une installation monophasée alimente une machine électrique dont la masse est métallique. Le régime de neutre de cette
installation électrique est TT.
La résistance de la prise de Terre du transformateur de distribution a pour valeur Ra=10 Ω., quant à la prise de terre des masses
de l'installation, sa résistance vaut Rb= 20 Ω. Le transformateur délivre une tension de 230 V.
a.
Schéma électrique
 Faites un schéma de l'installation en fonctionnement normal.
 Dessinez le schéma équivalent électrique prenant en compte le régime de neutre.
b.
Contact indirect
 avant contact : Dans le cas d'un défaut d'isolation au niveau de la machine, calculer le courant de défaut dans le pire
cas. En déduire la valeur de la tension de contact.
Vo
230
Id =
=
= 7.7 A
Ra + Rb
10 + 20
Uc = Rb x Id = 20 x 7.7 = 153 A

après contact : Un homme d'impédance équivalente Rh = 1k Ω entre en contact avec la masse de l'appareil. Redessinez
le schéma électrique équivalent. Calculez à nouveau la tension de contact et le courant qui traverse le malheureux.
Que faire ?
V
230
Id =
20∗ 1000 = 7.8 A
Rb ∗ Rh =
Ra +
Uc =
Rb +Rh
10+
20+1000
Rb ∗ Rh
20 ∗ 1000
∗ Id =
∗ 7.8 = 152 V
Rb + Rh
20 + 1000
Cette tension est dangereuse, il faut mettre un DDR dans le dispositif

Quel seuil de différentiel faut il choisir pour être sur d’interrompre une tension de contact U c>50 V ?
D’après le cours, il faut satisfaire à cette relation
Rb ∗ Rh
∗ IΔn  50
Rb + Rh
Ce qui nous donne : IΔn < 2.55 A

Quel est le temps maximal admis pour couper l’alimentation ?
On lit, pour UC = 152V, t < 0.15s
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