schémas de liaisons a la terre

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I. POURQUOI

DANGER : Electricité

DOMMAGES :
voir document 1 : courbes temps - courant (Norme CEI 479-1)
 Tétanisation
 Asphyxie
 Fibrilation cardiaque
 Brûlures

RISQUE : contact d'une personne avec une tension dangereuse (>50V)
 Contact direct avec un conducteur sous tension
 Contact indirect avec une masse (partie métallique normalement isolée susceptible
d'être touchée par une personne)
II. PREVENTION
A. Prévention passive
Pas de coupure automatique.
 emploi de matériel de classe Il (double isolation) ;
 isolation supplémentaire lors de l'installation ;
 séparation électrique (transformateurs d'isolement) ;
 liaisons équipotentielles locales, non reliées à la terre ;
 utilisation de matériel en bon état et adéquat ;
 formation du personnel ;
 emploi des équipements de protection collectifs (EPC) et individuels (EPI).
B. Prévention active
Utilisation d'un dispositif de coupure automatique.
1. Boucle de défaut
L'apparition d'un défaut d'isolement doit provoquer la circulation d'un courant de défaut,
ce qui nécessite l'existence d'un circuit dénommé « boucle de défaut ».
Ce circuit est déterminé par le schéma des liaisons à la terre (SLT) de l'installation.
Les normes CEI 364 et NFC 15-100 définissent 3 types de schéma de liaison à la terre.
Un schéma des liaisons à la terre des installations à basse tension (jusqu’à 1000V en
alternatif et 1500V en continu) est caractérisé par deux paramètres :
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 la situation du neutre par rapport à la terre,
 la situation des masses de l'installation;
 Première lettre
 Deuxième lettre
Situation du neutre par rapport à la terre
T
I
Situation des masses de l'installation
T Liaison des masses à une prise de
terre
Absence de liaison du neutre à la terre, N Liaison des masses au neutre
ou liaison par l'intermédiaire d'une
impédance
Liaison directe du neutre à la terre
Schémas de liaison à la terre normalisés :
TT
TN
IT
Neutre à la terre, masses à la terre
Neutre à la terre, masse au neutre
Neutre isolé ou impédant, masse à la terre
2. Détection et coupure
Le courant de défaut doit provoquer l'ouverture d'un dispositif automatique dans un
temps compatible avec les conditions de sécurité déterminées en fonction de la tension de
contact présumée. La nature et les caractéristiques des dispositifs de coupure
automatique dépendent du schéma des liaisons à la terre.
Voir document 2 : temps de coupure max
III. TT
A. Principe



La boucle de défaut est constituée par le conducteur actif siège du défaut, le
conducteur de protection reliant la masse à la prise de terre, la prise de terre des
masses de l'installation et la prise de terre du neutre de l'alimentation.
Le courant de défaut ayant une valeur insuffisante pour assurer le fonctionnement
des dispositifs de protection contre les surintensités, la coupure est assurée par des
dispositifs à courant différentiel-résiduel ( D.D.R. ), disjoncteur, interrupteur ou
relais différentiel de sensibilité In.
Deux règles à respecter :
 Toutes les masses des matériels protégés par un même dispositif de protection
doivent être interconnectées et reliées par un conducteur de protection électrique
(PE) à une même prise de terre.
 La condition de protection doit satisfaire à la relation:
RA InUL
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avec :
Icourant de fonctionnement du dispositif de protection en ampères
RA : résistance de la prise de terre des masses
UL : tension limite (50V en alternatif)
B. Schéma équivalent
Id
Ra : résistance de prise de terre des masses
Rb : résistance de prise de terre du neutre
Rd : résistance de défaut
V : tension simple (Phase - Neutre)
Id : courant de défaut
Uc : tension de contact
L
V
Rd
M
N
Rb
Ra
Uc
C. Avantages - Inconvénients
simplicité (peu de calcul) et sûreté de fonctionnement (si
respect des règles d'installation)
T
T
coupure de l'alimentation en cas de défaut
INCONVENIENTS
coût des DDR
AVANTAGES
IV. TN
A. Principe



La boucle de défaut est constituée par le conducteur de phase siège du défaut et le
conducteur de protection relié au neutre.
Le courant de défaut, qui est un courant de court-circuit entre phase et neutre, doit
assurer le fonctionnement des dispositifs de protection contre les surintensités prévus
à cet effet.
 Dans le schéma TN-C, le conducteur neutre et le conducteur de protection sont
confondus dans un seul conducteur dénommé conducteur PEN
Ce schéma n'est admis que si le conducteur PEN a une section d'au moins
10mm². Il n'est pas admis dans les canalisations mobiles.
 Dans le schéma TN-S, le conducteur neutre N et le conducteur de protection PE
sont séparés.
 Le schéma TN-S peut être combiné avec le schéma TN-C, le schéma TN-S étant
impérativement placé en aval du schéma TNC; le schéma TN-S est ainsi utilisé
dans les circuits terminaux et dans les canalisations mobiles.
Conditions à respecter :
 Le courant de défaut est égal à : Id = V / (ZPh + ZPEN) avec :
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V Tension entre phase et neutre,
ZPh Impédance du conducteur de phase,
ZPEN Impédance du conducteur PEN.
 Les conditions de coupure dépendent de la nature et des caractéristiques de
fonctionnement des dispositifs de protection :
- lorsque la protection est assurée par des fusibles, le courant assurant la fusion
du fusible dans le temps prescrit doit être inférieur au courant de défaut.
- lorsque la protection est assurée par des disjoncteurs magnéto-thermiques, le
courant assurant le fonctionnement instantané du disjoncteur doit être inférieur
au courant de défaut.
 Méthodes de calcul :
 Hypothèses simplificatrices :
- La tension entre la phase en défaut et le conducteur PE ou PEN à l'origine du
circuit est égale à 80 % de la tension simple nominale;
- On néglige les réactances des conducteurs devant leur résistance, sauf pour les
sections supérieures à 120 mm².
- Le conducteur de protection chemine à côté des conducteurs de phases
correspondants.
 Vérifier que la longueur du câble est inférieure à la longueur maximum :
Lmax =(0,xVSPh) / (1+m)xImag ( ou If)
avec :
- Lmax : longueur maximale de la canalisation, en mètres.
- V : tension simple nominale, en volts.
- SPh : section des conducteurs de phases en mm².
-  : résistivité des conducteurs à température normale de fonctionnement soit
22,5 x 10-3 . mm²/m pour le cuivre et 36 x 10-3 . mm²/m pour l'aluminium
- m = SPh/SPE : rapport entre section des phases et section du conducteur de
protection
- Imag : courant, en ampères, de fonctionnement du déclencheur magnétique.
- If : courant, en ampères, assurant la fusion du fusible en un temps t donné par
les courbes de sécurité pour une tension de contact
Uc = 0,8 x V x m / (1+m)
 Si L > Lmax on doit :
- augmenter la section des conducteurs ;
- réaliser des connexions équipotentielles supplémentaires ;
- agir sur le réglage du calibre du relais magnétique.
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B. Schéma équivalent
Id
L
V
Rb : résistance de prise de terre du neutre
Rd : résistance de défaut
V : tension simple (Phase - Neutre)
Id : courant de défaut
Uc : tension de contact
Rd
M
N
Uc
Rb
C. Avantages - Inconvénients
économie : pas d'appareillage de protection supplémentaire
et un conducteur en moins en TN-C
calcul délicat et à reprendre à chaque modification de
T
l'installation
N
INCONVENIENTS
courant de défaut élevé
circulation du courant de neutre dans le PEN en TNC
AVANTAGES
V. IT
A. Principe
La raison d'être du schéma IT est de maintenir l'alimentation après l'apparition d'un
premier défaut d'isolement.
Les deux conditions sont donc différentes après un premier défaut d'une part, et après un
deuxième défaut si le premier n'a pas été éliminé d'autre part.
PREMIER DEFAUT :
 La boucle de défaut est constituée par le conducteur actif siège du défaut, le
conducteur de protection reliant la masse à la prise de terre, la prise de terre des
masses de l'installation et la prise de terre du neutre de l'alimentation. Une
impédance limitatrice Zn élevée est insérée entre la prise de terre du neutre et
celui-ci. (Zn >> RA et RB)
 Le courant de défaut doit être suffisamment faible pour ne produire qu'une tension
de contact inférieure à la tension limite conventionnelle UL.
DEUXIEME DEFAUT :
 La boucle de double défaut est une boucle constituée comme en schéma TN si
les deux masses en défaut sont reliées à la même prise de terre et comme en
schéma TT si elles sont reliées à des prises de terre différentes.
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 Le courant de double défaut doit assurer le fonctionnement de l'un au moins des
deux dispositifs de protection des deux circuits en défaut, dans les conditions du
schéma TN si les masses sont interconnectées et du schéma TT si les masses ne
sont pas interconnectées.

Conditions à respecter :
 Le courant de premier défaut Id = V / Zn doit être inférieur à UL / RA afin de
n'entraîner qu'une tension de contact sans danger.
V Tension entre phase et neutre,
Zn Impédance du neutre,
UL tension limite de sécurité
RA résistance de prise de terre du neutre.
 La coupure n'est pas obligatoire.
Le premier défaut est signalé par le CPI (Contrôleur Permanent d'Isolement) et
devrait être éliminé avant l'apparition d'un second défaut.
 En cas de non élimination du premier défaut et d'apparition d'un second défaut, le
courant de second défaut doit être suffisant pour déclencher l'une des protections
contre les courts-circuits comme en régime TN.
ld2 =0,8 x U / ( ZPh1 + ZPE1 + ZPh2 + ZPE2 ) (si le Neutre n'est pas distribué)
U : Tension entre phases.
Si les masses sont interconnectées, c'est-à-dire reliées à la même prise de terre, les
calculs montrent que les conditions de protection sont satisfaites si le dispositif de
protection de chaque circuit assure la coupure, dans le temps prescrit, d'un courant au
moins égal à la moitié du courant de défaut franc qui circulerait si l'installation était réalisée
en schéma TN.
 Méthodes de calcul :
 Hypothèses simplificatrices :
- La tension entre la phase en défaut et le conducteur PE à l'origine du circuit est
égale à 80 % de la tension simple nominale;
- On néglige les réactances des conducteurs devant leur résistance, sauf pour les
sections supérieures à 120 mm².
- Le conducteur de protection chemine à côté des conducteurs de phases
correspondants.
- On suppose une répartition identique de la tension entre chacun des deux
défauts.
 Vérifier que la longueur de la dérivation est inférieure à la longueur maximum :
Non-distribution du neutre :
Lmax = 0,8 x U x Sph / 2 x  x (1 + m) x Imag (ou If)
UC = (0,8 x U x m)/(1+m)
Distribution du neutre :
Lmax = 0,8 x V x S1 / 2 x  x (1 + m) x Imag (ou If)
UC = (0,8 x V x m)/(1+m)
avec :
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- Lmax ,longueur maximale de la canalisation, en mètres
- U, tension composée nominale, en volts
On constate que la distribution du Neutre réduit de façon importante la longueur
maximale protégée. Aussi la norme NF C 15-100 recommande-t-elle de ne pas
distribuer le Neutre en régime IT.
B. Schéma équivalent
Ra : résistance de prise de terre des masses
Rb : résistance de prise de terre du neutre
Zn : Impédance limitatrice
Rd : résistance de défaut
V : tension simple (Phase - Neutre)
Id : courant de défaut
Uc : tension de contact
Id
L
Rd
V
M
N
Z
n
1er défaut :
Uc
Ra
Rb
2ème défaut :
L2
Zph1
Id
Rd1
U
N
M1
ZPE
1
Uc12
Zph2
L1
ZPE
Rd2
Zn
M2
Uc2
2
Ra
U : tension composée entre phases
Zph : conducteur de phase
ZPE : conducteur de protection
Uc12 : tension de contact entre
masses
Uc1 : tension de contact
Rb
C. Avantages – Inconvénients
AVANTAGES
continuité de service
I
nécessite la présence de personnel qualifié
T INCONVENIENTS matériel onéreux (CPI, limiteur de surtension)
alimentation par transformateur
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VI. AUTRES CRITERES
A. Incendie
Un défaut d'isolement peut être à l'origine d'un échauffement pouvant entraîner incendie
ou explosion. Un courant de 500 mA suffit pour amorcer un feu.
La norme (NF C 15-100 et CEI 364) recommande l'emploi de DDR de sensibilité  500 mA
et interdit le schéma TN-C (valeur importante du courant de défaut) dans les locaux à
risque d'incendie ou d'explosion.
B. Disponibilité
La non disponibilité de l'énergie électrique suite à un défaut d'isolement a des
conséquences sur la sécurité des personnes (manque d'éclairage, arrêt d'équipements
vitaux ou de sécurité, ...) et sur la production (coûts liés à l'arrêt, nettoyage, redémarrage,
réparations, ...).
Le schéma IT permet d'éviter une coupure au premier défaut. Une sélectivité bien étudiée,
une répartition judicieuse des circuits (double circuit d'éclairage) ou l'utilisation de sources
d'énergie de secours permettent également d'éviter la non disponibilité de l'énergie.
C. Perturbations
Il importe de prendre ne compte l'influence des perturbations harmoniques et
électromagnétiques sur le comportement des dispositifs de protection (harmonique de
rang 3 dans le PEN en TN-C, composante continue, surtensions dues à la foudre, ...).
Réciproquement, les forts courants de défaut peuvent eux même être générateur de
perturbations.
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DOCUMENT 1
C2 : probabilité de fibrillation = 5%
C3 : probabilité de fibrillation = 50 %
ND : Zone de Non Déclenchement d'un DDR type G de In = 30 mA(15 mA)
D : Zone de déclenchement
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LES SLT
DOCUMENT 1
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DOCUMENT 2
Extrait de la Norme NF C 15-100
411.3.2.2 Selon la tension nominale entre phase et neutre U0, le temps de coupure maximal
du tableau 41A doit être appliqué à tous les circuits terminaux.
Tableau 41A - Temps de coupure maximal (en secondes) pour les circuits terminaux
Temps de coupure
(s)
Schéma TN ou IT
Schéma TT
50 V < U0 ≤120 V
alternatif
continu
120 V < U0 ≤230 V
alternatif
continu
230 V < U0 ≤400 V
alternatif
continu
U0 > 400 V
alternatif
continu
0,8
5
0,4
5
0,2
0,4
0,1
0,1
0,3
5
0,2
0,4
0,07
0,2
0,04
0,1
NOTE - Le courant continu lisse est défini conventionnellement par un taux d'ondulation non supérieur à 10 %
valeur efficace; la valeur maximale de crête n'est pas supérieure à 140 V pour une tension nominale de 120 V en
courant continu lisse et 70 V pour une tension nominale de 60 V en courant continu lisse.
Ces temps dérivent d’une courbe définissant le temps de coupure du dispositif de protection
en fonction de la tension de contact présumée. Cette courbe a été établie en tenant compte
des études internationales sur les effets du courant électrique sur le corps humain
rassemblées dans le guide UTE C 15-110.
Les temps de coupure ci-dessus sont satisfaits notamment par les dispositifs différentiels non
volontairement retardés ou, lorsque U0 est inférieure ou égale à 230 V, de type S.
En pratique, les temps de coupure des dispositifs de protection ne sont à prendre en
considération que si ces dispositifs sont des fusibles ou des disjoncteurs dont le
déclenchement est retardé. Lorsque la protection est assurée par d'autres types de
disjoncteurs, il suffit de vérifier que le courant de défaut est au moins égal au plus petit
courant assurant le fonctionnement instantané du disjoncteur.
Les temps de coupure en schéma TT sont plus faibles qu'en schéma TN ou IT, les tensions
de contact présumées dans ce schéma pouvant être proches de la tension simple U0.
411.3.2.3 Un temps de coupure conventionnel non supérieur à 5 s est admis pour les circuits
de distribution.
Toutefois, il est recommandé de réaliser la sélectivité des protections dans les temps les plus
courts compatibles avec une utilisation normale.
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DOCUMENT 2